《红外谱图解析基本知识.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《红外谱图解析基本知识.pdf（8页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、红外谱图解析基本知识 基团频率区 中红外光谱区可分成 4000 cm-1 1300（1800）cm-1和 1800（1300）cm-1 600 cm-1两个区域。最有分析价值的基团频率在 4000 cm-1 1300 cm-1 之间，这一区域称为基团频率区、官能团区或特征区。区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，比较稀疏，容易辨认，常用于鉴定官能团。在 1800 cm-1（1300 cm-1）600 cm-1 区域内，除单键的伸缩振动外，还有因变形振动产生的谱带。这种振动基团频率和特征吸收峰与整个分子的结构有关。当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的差异，并显示出分子特征。这种情况就像人的指纹
2、一样，因此称为指纹区。指纹区对于指认结构类似的化合物很有帮助，而且可以作为化合物存在某种基团的旁证。基团频率区可分为三个区域(1)4000 2500 cm-1 X-H 伸缩振动区，X 可以是 O、N、C 或 S 等原子。O-H 基的伸缩振动出现在 3650 3200 cm-1 范围内，它可以作为判断有无醇类、酚类和有机酸类的重要依据。当醇和酚溶于非极性溶剂（如 CCl4），浓度于.dm-3时，在 3650 3580 cm-1 处出现游离 O-H 基的伸缩振动吸收，峰形尖锐，且没有其它吸收峰干扰，易于识别。当试样浓度增加时，羟基化合物产生缔合现象，O-H 基的伸缩振动吸收峰向低波数方向位移，在
3、3400 3200 cm-1 出现一个宽而强的吸收峰。胺和酰胺的 N-H 伸缩振动也出现在 35003100 cm-1，因此，可能会对 O-H 伸缩振动有干扰。C-H 的伸缩振动可分为饱和和不饱和的两种：饱和的 C-H 伸缩振动出现在 3000 cm-1以下，约 30002800 cm-1，取代基对它们影响很小。如-CH3 基的伸缩吸收出现在 2960 cm-1和 2876 cm-1附近；R2CH2基的吸收在 2930 cm-1 和 2850 cm-1附近；R3CH 基的吸收基出现在 2890 cm-1 附近，但强度很弱。不饱和的 C-H 伸缩振动出现在 3000 cm-1以上，以此来判别化合
4、物中是否含有不饱和的 C-H 键。苯环的 C-H 键伸缩振动出现在 3030 cm-1附近，它的特征是强度比饱和的C-H 浆键稍弱，但谱带比较尖锐。不饱和的双键=C-H 的吸收出现在 30103040 cm-1范围内，末端=CH2的吸收出现在 3085 cm-1附近。叁键 CH 上的 C-H 伸缩振动出现在更高的区域（3300 cm-1）附近。(2)25001900 cm-1为叁键和累积双键区，主要包括-C C、-C N 等叁键的伸缩振动，以及-C=C=C、-C=C=O 等累积双键的不对称性伸缩振动。对于炔烃类化合物，可以分成 R-C CH 和 R-C C-R 两种类型：R-C CH 的伸缩振
5、动出现在 21002140 cm-1附近；R-C C-R 出现在 21902260 cm-1附近；R-C C-R 分子是对称，则为非红外活性。-C N 基的伸缩振动在非共轭的情况下出现 22402260 cm-1附近。当与不饱和键或芳香核共轭时，该峰位移到 22202230 cm-1附近。若分子中含有 C、H、N 原子，-C N 基吸收比较强而尖锐。若分子中含有 O 原子，且 O 原子离-C N 基越近，-C N 基的吸收越弱，甚至观察不到。(3)19001200 cm-1为双键伸缩振动区 该区域重要包括三种伸缩振动：C=O 伸缩振动出现在 19001650 cm-1，是红外光谱中 特征的且往
6、往是最强的吸收，以此很容易判断酮类、醛类、酸类、酯类以及酸酐等有机化合物。酸酐的羰基吸收带由于振动耦合而呈现双峰 苯的衍生物的泛频谱带，出现在 20001650 cm-1范围，是 C-H 面外和 C=C 面内变形振动的泛频吸收，虽然强度很弱，但它们的吸收面貌在表征芳核取代类型上有 一定的作用。指纹区(1)1800（1300）cm-1 900 cm-1区域是 C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、P-O、Si-O 等单键的伸缩振动和 C=S、S=O、P=O 等双键的伸缩振动吸收。其中：1375 cm-1的谱带为甲基的 dC-H对称弯曲振动，对识别甲基十分有用，C-O 的伸缩振动在 130010
7、00 cm-1，是该区域最强的峰，也较易识别。(2)900 650 cm-1区域的某些吸收峰可用来确认化合物的顺反构型。利用上区域中苯环的 C-H 面外变形振动吸收峰和 2000 1667cm-1区域苯的倍频或组合频吸收峰，可以共同配合确定苯环的取代类型。红外光谱 红外光区划分：通常将红外波谱区分为近红外(near-infrared)，中红外(middle-infrared)和远红外(far-infrared)。区域 波长范围(m)波数范围(cm-1)频率(Hz)近红外 中红外 4000-200 1012 远红外 50-1000 200-10 1011 常用 4000-670 1013 当样品
8、受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收某些频率的辐射，产生分子振动能级和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。物质的红外光谱是其分子结构的反映，谱图中的吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。通过比较大量已知化合物的红外光谱，发现：组成分子的各种基团，如 O-H、N-H、C-H、C=C、C=O 和 CC 等，都有自己的特定的红外吸收区域，分子的其它部分对其吸收位置影响较小。通常把这种能代表基团存在、并有较高强度的吸收谱带称为基团频率，其所在的位置一般又称为特征吸收峰。分子吸收红外辐射后，由基态振动能级（=
9、0）跃迁至第一振动激发态（=1）时，所产生的吸收峰称为基频峰。因为（振动量子数的差值）=1 时，L=，所以 基频峰的位置（L）等于分子的振动频率。在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能级由基态（=0）跃迁至第二激发态（=2）、第三激发态（=3），所产生的吸收峰称为倍频峰。由=0 跃迁至=2 时，=2，则L=2，即吸收的红外线谱线（L）是分子振动频率的二倍，产生的吸收峰称为二倍频峰。下图是双原子分子的能级示意图，图中 EA和 EB表示不同能量的电子能级，在每个电子能级中因振动能量不同而分为若干个 =0、1、2、3的振动能级，在同一电子能级和同一振动能级中，还因转动能量不同而分为若干个J=0、1、
10、2、3的转动能级。由于分子非谐振性质，各倍频峰并非正好是基频峰的整数倍，而是略小一些。以 HCl 为例：基频峰（01）cm-1 最强 二倍频峰（02）cm-1 较弱 三倍频峰（03）cm-1 很弱 四倍频峰（04）cm-1 极弱 五倍频峰（05）cm-1 极弱 除此之外，还有合频峰（1+2，21+2，），差频峰（1-2，21-2，）等，这些峰多数很弱，一般不容易辨认。倍频峰、合频峰和差频峰统称为泛频峰。红外光谱特点 1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低；2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；3）分子结构更为精细的表征：通过红外光谱的波数位置、波峰数目及强度确定分子
11、基团、分子结构；4）定量分析；5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；6）分析速度快；7）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能；试样的处理和制备 红外光谱法对试样的要求 红外光谱的试样可以是液体、固体或气体，一般应要求：1、试样应该是单一组份的纯物质，纯度应98%或符合商业规格，才便于与纯物质的标准光谱进行对照。多组份试样应在测定前尽量预先用分馏、萃取、重结晶或色谱法进行分离提纯，否则各组份光谱相互重叠，难于判断。2、试样中不应含有游离水。水本身有红外吸收，会严重干扰样品谱，而且会侵蚀吸收池的盐窗。3、试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于
12、10%80%范围内。制样的方法 1.固体试样(1)压片法 将 12mg 试样与 200mg 纯 KBr 研细均匀，置于模具中，用（510）107Pa 压力在油压机上压成透明薄片，即可用于测定。试样和 KBr 都应经干燥处理，研磨到粒度小于 2 微米，以免散射光影响。(2)石蜡糊法 将干燥处理后的试样研细，与液体石蜡或全氟代烃混合，调成糊状，夹在盐片中测定。(3)薄膜法 主要用于高分子化合物的测定。可将它们直接加热熔融后涂制或压制成膜。也可将试样溶解在低沸点的易挥发溶剂中，涂在盐片上，待溶剂挥发后成膜测定。当样品量特别少或样品面积特别小时，采用光束聚光器，并配有微量液体池、微量固体池和微量气体池，采用全反射系统或用带有卤化碱透镜的反射系统进行测量。2.液体和溶液试样(1)液体池法 沸点较低，挥发性较大的试样，可注入封闭液体池中，液层厚度一般为1mm。(2)液膜法 沸点较高的试样，直接滴在两片盐片之间，形成液膜。对于一些吸收很强的液体，当用调整厚度的方法仍然得不到满意的谱图时，可用适当的溶剂配成稀溶液进行测定。一些固体也可以溶液的形式进行测定。常用的红外光谱溶剂应在所测光谱区内本身没有强烈的吸收，不侵蚀盐窗，对试样没有强烈的溶剂化效应等。3.气体样品 气体样品可在玻璃气体池内进行测定，它的两端粘有红外透光的 NaCl 或 KBr 窗片。先将气体池抽真空，再将试样注入。