第三章红外吸收光谱分析
3.1概述
3.1.1红外吸收光谱的基本原理
红外吸收光谱法又称为分子振动转动光谱,属于分子光谱的范畴，是有机物结构分析的重要方法之一。当一定频率的红外光照射分子时，若分子中某个基团的振动频率和红外辐射的频率一致，两者产生共振,光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子，该基团就吸收了这个频率的红外光，产生振动能级跃迁；如果红外辐射的频率和分子中各基团的振动能级不一致，该频率的红外光将不被吸收。如果用频率连续变化的红外光照射某试样,分子将吸收某些频率的辐射,引起对应区域辐射强度的减弱,用仪器以吸收曲线的形式记录下来，就得到该试样的红外吸收光谱,稀溶液谱带的吸光度遵守Lamｂerｔ-Beer定律。
图3-1为正辛烷的红外吸收光谱。红外谱图中的纵坐标为吸收强度，通常用透过率或吸光度表示,横坐标以波数或波长表示，两者互为倒数。图中的各个吸收谱带表示相应基团的振动频率。各种化合物分子结构不同,分子中各个基团的振动频率不同。其红外吸收光谱也不同,利用这一特性，可进行有机化合物的结构分析、定性鉴定和定量分析。
图３-1 正辛烷的红外光谱图
几乎所有的有机和无机化合物在红外光谱区均有吸收。除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及一些同系物外,结构不同的两个化合物,它们的红外光谱一定不会相同。吸收谱带出现的频率位置是由分子振动能级决定,可以用经典力学（牛顿力学)的简正振动理论来说明。吸收谱带的强度则主要取决于振动过程中偶极矩的变化和能级跃迁的概率。也就是说，红外光谱中,吸收谱带的位置、形状和强度反映了分子结构的特点,而吸收谱带的吸收强度和分子组成或官能团的含量有关。
?因此，红外吸收光谱在化学领域中的应用，大体上可分为两个方面，即分子结构的基础研究和用于化学组成的分析。
首先,红外光谱可以研究分子的结构和化学键。利用红外光谱法测定分子的键长和键角，以此推断出分子的立体构型;利用红外光谱法测定分子的力常数和分子对称性等,根据所得的力常数就可以知道化学键的强弱;由简正频率来计算热力学函数等等。
其次,红外光谱可对物质的化学组成进行分析,这是它最广泛和最重要的应用。用红外光谱法可以根据光谱中吸收谱带的位置、形状和强度来推断未知物结构,依照特征吸收谱带的强度来测定官能团和混合物中各组分的含量。
总之,红外吸收光谱法是物质结构研究、定性鉴定和定量分析中不可缺少的工具,在诸多科学研究领域发挥着重要作用。
3.1.２红外吸收光谱法的特点
红外吸收光谱反映的是物质的分子结构,属于分子光谱的范畴,与其他仪器分析法相比较，红外光谱法有如下特点:
（1)红外光谱是依据样品在红外光区吸收谱带的位置、强度、形状、个数，并参照谱带与溶剂、聚集态温度、浓度等的关系求化学键的力常数、键长和键角,推测分子的空间构型，判断分子中某种官能团的存在与否,以及各官能团的连接次序,从而确定化合物结构。
?(2)红外光谱适用范围广,几乎所有的有机和无机化合物在红外光谱区均有吸收。无论是纯净物,还是混合物都可以进行分析,并且对任何状态的样品，如气体、液体、可研细的固体或薄膜物质等都适用，对不透光样品还可采用反射技术等等，测定方便，制样简单。
（3)红外光谱特征性高。由于红外光谱信息多,可以对不同结构的化合物给出特征性的谱图,从“指纹区”就可以确定化合物的异同。对于一些同分异构体、几何异构体和互变异构体也可以鉴定。
（4)分析时间短。一般红外光谱做一个样可在１0～3０min内完成,傅里叶变换技术的采用更是为快速分析、在线分析和化学动力学研究提供了重要手段。
(５) 红外光谱所需样品用量少，一次用样量约1~5mg,有时甚至可以低到几十微克，而且不破坏样品,可以回收。
3.１.3 红外光谱法的应用
根据仪器及应用不同,习惯上又将红外光区分为近红外光区、中红外光区、和远红外光区三个区域。
近红外光区的波长范围为12800~400０ｃm-１（0.78~2．5μm），该光区的吸收谱带主要是由低能电子跃迁、含氢原子团(如Ｏ－Ｈ、N－H、Ｃ－Ｈ)伸缩振动的倍频及组合频吸收产生的，可用来研究稀土和其他过渡金属离子的化合物,并适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量分析,测量准确度及精密度与紫外、可见吸收光谱相当。
中红外光区波长范围为４０００~200ｃm-1（2.5～50μm），绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带都出现在中红外光区。由于基频振动是分子中吸收最强的振动,所以该区最适于进行化合物的定性和定量分析。随着傅里叶变换技术的出现，该光谱区也开始用于表面的显微分析,通过衰减全反射、漫反射以及光声测定法等对固体试样进行分析。
由于中红外光谱仪最为成熟、简单,而且已经积累了该区大量的标准谱图数据,因此它是应用最为广泛的光谱区。通常所说的红外光谱就是指中红外区的光谱。
远红外光区波长范围为200～1０ｃｍ-１（５0～１０00μm）,气体分子中的纯转动跃迁、振动-转动跃迁、液体和固体中重原子的伸缩振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动都在此区。由于低频骨架振动能灵敏地反映出结构的变化，所以对异构体的研究特别方便。此外,由于参与金属-配位体振动的原子质量比较大或由于振动力常数比较低，使金属原子与无机及有机配体之间的伸缩振动和弯曲振动的吸收出现在<2０0cm-1的波长范围,故该区特别适合研究无机化合物，提供晶格能及半导体材料的跃迁能量；还能用于金属有机化合物(包括配合物)、氢键、吸附现象的研究。但此区能量弱，应用受到了极大的限制。然而随着傅里叶变换仪器的出现,这个区域的研究又变得活跃起来。
3.２红外吸收光谱仪
3.2.1色散型红外光谱仪
色散型红外光谱仪的基本结构和工作原理如图3-2所示,主要由光源、单色器、检测器、放大器和记录仪等部件组成。
图3－２色散型光学零位平衡式红外光谱仪示意图
作为红外光谱仪的光源,要求能发射出稳定的高强度的连续红外光,中红外区通常使用能斯特灯和硅碳棒。能斯特灯是由氧化锆、氧化钇和氧化钍等粉末按一定比例混合压制成棒状,并在高温下烧结而成。能斯特灯在室温下是非导体,加热到700℃以上才成为导体，因此．需由一个辅助加热器预热,当能斯特灯被点燃后，辅助加热器停止加热。该灯的优点是发出的光强度高，使用寿命较长，可达2０00ｈ。缺点是性脆易碎,且在光源线路上还需加一限制电流的稳流装置。硅碳棒是由硅碳砂压制成型后经高温烧结而成，在室温下是一导体,工作前不需预热，工作温度为１０00℃左右,成品坚固耐用，寿命比能斯特灯长，缺点是电极接触部分需用水冷却。
?单色器是由色散元件(光栅或棱镜)、入射与出射狭缝以及准直反射镜等组成。其功能是将连续光色散为一组波长单一的单色光,然后将单色光按波长大小依次由出射狭缝射出。红外光谱仪中目前大多采用闪耀光栅,在进行光谱级次分离时采用滤光片或棱镜。大部分的红外光学材料易吸湿（KRS-5除外)，因此，红外光
谱仪放置和使用环境应保持干燥。
?红外光谱仪常用真空热电偶、高莱槽或测辐射热计等作检测器。检测器受到红外光照射时，将产生的热效应转变为十分微弱的电信号经放大器放大后,带动伺服马达工作，记录红外吸收光谱,记录方式有光学零位式和比例记录式两类。这些检测器具有对红外辐射接受灵敏度高，响应快,热容量小等特点。
3．２.２ 傅里叶变换红外光谱仪
傅里叶变换红外光谱仪（ＦT ＩR)是20世纪7０年代出现的新—代红外光谱测量技术和仪器。它没有色散元件,主要由光学检测系统和数据处理系统组成。 取代色散元件的是FT ＩR 的光学检测系统,由光源、主干涉仪、激光干涉仪、检测器和各种红外反射镜组成,其中主干涉仪是ＦＴIR 的核心部分，最常用的是迈克尔逊干涉仪,包括分束器、定镜、动镜和动镜驱动结构,其结构和工作原理如图３-3所示。
1.动镜驱动机构;
2.动镜;
3.顶镜;
4. 分束器;
5. 光源;６.激光检测器；7．红外检测器
图 3-3 ＦTIR 光谱仪和迈克尔逊干涉仪的结构示意图
?迈克逊干涉仪的作用是获得样品干涉图,激光干涉仪的作用是实现干涉图的等间隔取样、动镜速度和移动距离的监控和采样初始位置的确定。样品干涉图经计算红外光源
分束器
激光二极管
He-Ne 激光
样品 动镜
x 0 -x
动镜移动产生可以
预测的周期性信号 检测器
机进行傅里叶变换而得到红外光谱图。
在FI'IR中常用的检测器有通用型的热释电检测器,如TＧＳ(硫酸三甘肽)、DＴGS(氘代TGＳ)、LAＴＧS(L-丙氨酸ＴGS)、DLATGＳ（氘代LATGS)）,高灵敏的光电导检测器，如MCT（汞镉碲）、锑化铟，和氦冷式热辐射计等。
计算机通过接口与光学测量系统电路相连，把检测器得到的信号经放大器、滤波器等处理,然后送到计算机接口，再经处理后送到计算机数据处理系统，计算结果输出给显示器或打印机。另外,由键盘输入仪器控制指令，对干涉仪动镜等光学系统进行自动控制。
傅里叶变换红外光谱仪不用狭缝机构和分光系统,消除了狭缝对光谱能量的
限制，使光能的利用率大大提高。使仪器具有测量时间短、高通量、高信噪比、高分辨的特性。与色散型仪器的扫描不同，傅里叶红外光谱仪能同时测量记录全波段光谱信息,使得在任何测量时间内都能够获得辐射源的所有频率的全部信息。
傅里叶变换红外光谱仪价格贵，环境要求高,但是它具有分辨率高,波数准确度高，扫描时间短，灵敏度高，测量范围宽、极低的杂散光等特点，使得它可用于快速化学反应的追踪、研究瞬间的变化,同时又特别适合与各种仪器联机,如与色谱仪联用的GC- FTIR,与超临界色谱联用的ＳFC- ＦTIR,与热重联用的ＦTIR-ＴGA，因而发展迅速,并逐步取代色散型红外光谱仪。
3.3 操作要领
下面以美国热电公司Nexus470 FTＩR为例介绍FＴIR仪器的操作要领。?1. 开机:打开仪器光学台(主机)的电源开关；打开计算机的电源开关，双击OM ＮIC图标．打开OＭNIC应用软件。
2．检查光谱仪的工作状态在OMNIＣ窗口的BeｎcｈStatus（光学台状态）指示显示绿色“√”,即为正常。
3.设定光谱收集参数:在Colｌect命令下单击Experiment Setup,弹出如下菜单，按实验要求设置包括采集的波数范围、扫描次数、光谱分辨率、显示所收集数据的形式等参数,
也可以在实验设置下拉列表框中选择已有的实验方法。
实验设置下拉列表框
采集背景按钮
采集样品按钮
?4. 采集试样的光谱图，按软件的提示,在确认光路中没有试样时,采集背景的干涉图；将制好的试样插入光路,采集试样的干涉图。计算机将自动进行傅里叶变换和背景扣除处理，最后给出扣除背景后的试样红外光谱图。
5. 光谱处理:对试样光谱图进行基线校正、平滑和标峰等处理。
?6. 从试样架上移走试样。
?7.结果的处理：建立或选取摸板，按要求填入谱图和其他必要信息，而后以报告的形式打印出来,或加入笔记本中保存。
采集谱图工具谱图处理工具谱库工具
报告工具选择工具区间工具坐标工具峰高工具峰面积工具标峰工具
?８．复原并关闭仪器和辅助设施。
3．4红外吸收光谱分析的制样技术
要获得—张高质量的红外光谱图，除仪器本身因素之外,还必须对不同状态和性质的试样，采用相应的制备方法，以适应不同的分析目的和测试仪器。
选择制样方法时，首先要考虑样品的聚集态和物化性质。纯度不高的样品，建议进行提纯处理。含有水分和溶剂的样品要先进行干燥处理。不稳定样品要避免使用压片法。制样过程中,要避免空气中的水分、二氧化碳和其他污染物的混入。
图３-4 2米光程气体池
3.4.１气体试样
气体试样一般是在气体池内进行测定。气体池长度和光程可以选择。气体池的两端粘合有透红外光的盐基窗片,窗片的材质一般是氯化钠或溴化钾。进样时,先将池体抽成真空，然后导入测试气体至所需压力，即可进行测量。
3．4．２液体试样
?液体试样可采用液膜法或溶液法进行测定。
?液膜法是将试样直接滴放在可拆池的一块盐片上,在盖上另一块盐片之前，放上适当厚度的间隔片,借助池架的螺丝拧紧两盐片。此法不适于定量分析和低沸点试样的测试。如果试样吸收很强。不必放置间隔片;高挥发性样品可用密闭固定池进行测定。?
?溶液法是将液体(或固体)试样溶在适当的红外溶剂中,然后注入固定池中进行测定。该法特别适于定量分析。此外,它还能用于红外吸收很强,用液膜法不能得到满意谱图的液体试样的定性分析。
?在使用溶液法时,必须特别注意红外溶剂的选择。除了对试样有一定的溶解度外,要求溶剂不侵蚀窗片，不与试样起反应，对试样没有强烈的溶剂化效应,在所测光谱范围内没有强烈吸收。分子简单的非极性溶剂如四氯化碳和二硫化碳最为适用，极性较强的氯仿，因其溶解能力较强也广为应用。四氯化碳在1300cm-１以上吸收较小，而二硫化碳在1３00cm-1以下几乎没有吸收,为得到完整的红外光谱图，可以并行使用这两种溶剂,或使用溶剂补偿法避免干扰。?
、?１．前框；2.后框;3. 溴化钾;4. 垫圈;５.间隔片;6.螺帽
图3－５可拆卸液体池和固定液体池的示意图
3.4.3固体试样
固体试样的制备，除前面介绍的溶液法外,还有糊状法、压片法、薄膜法、反射法等，其中尤以糊状法、压片法和薄膜法最为常用。
?糊状法又称Ｎujol法。该法是将研细的试佯粉末分散在与其折射率相近的液体介质(即糊剂)中进行测定。最常用的分散剂是石蜡油，但它不适于用来研究结构与其相似的饱和烃，此时可采用六氯丁二烯代替石蜡油。操作时,用干净的玛瑙研钵将3～4ｍg固体试样研细，滴两滴石蜡油后继续研磨，用不锈钢刀刮到盐片上,压上另一块盐片，放在可拆液体池的池架上,测定光谱图。
?压片法是把固体试样分散在碱金属卤化物，如溴化钾和氯化钠等中，压成透明薄片后进行测定，操作时,取约０.５~2mg固体试样于玛瑙研钵中，在红外灯下研磨成细粉,加约100mg干燥的溴化钾再一起研磨至2μm以下,然后移入压模的底模片上,小心放入顶模,并用顶模施压旋动使粉末分布均匀铺平，将装配好的模具放在油压机下,抽真空预排气２min,用压把加压至７×１０3Pa左右,维持5ｍin。
第四章振动光谱 一、教学目的 理解掌握震动光谱分析的基本理论，掌握红外光谱图的分析处理，了解红外光谱实验技术。 二、重点、难点 重点：震动光谱分析的基本理论，红外光谱图的分析处理。 难点：震动光谱分析的基本理论。 三、教学手段 多媒体教学 四、学时分配 4学时 引言： ●1900～1910年间，科布伦茨（W．W．C。blentz）首先用红外光测量了一些有 机物液体的吸收光谱而建立起一种新的分析方法——红外光谱法。他发现分子中的一定原子群可以吸收特定的频率，这些特定的频率犹如人类的指纹，可以用来辨认分子中特定原子群的存在。 ●它主要可以用作分子结构的基础研究和物质化学组成（物相）的分析（包括定性和 定量）。红外光谱法作分子结构的研究可以测定分子的键长、键角大小，并推断分子的立体构型，或根据所得的力常数，间接得知化学键的强弱，也可以从正则振动频率来计算热力学函数等。 ●不过红外光谱法更多的用途是根据谱的吸收频率的位置和形状来判定本知物，并按 其吸收的强度来测定它们的含量。因此红外光谱法在目前已成为十分方便而有效的分析方法之一。 ●红外光谱法应用得较多的是在有机化学领域，对无机化合物和矿物的红外鉴定开始 较晚。红外光谱法对测定矿物的结构或组分虽不如X射线衍射分析那么成熟，却也有其独特长处。 所谓振动光谱是指物质因受光的作用，引起分子或原子基团的振动，从而产生对光的吸收。如果将透过物质的光辐射用单色器加以色散，使波长授长短依次排列，同时测量在不同波长处的辐射强度，得到的是吸收光谱。如果用的光源是红外光波，即0.78～1000μm，就是红外吸收光谱。如果用的是强单色光，例如激光，产生的是激光拉曼光谱。本章主要介绍红外光谱的原理及其在无机非金属材料中的应用，对拉曼光谱只作简单的介绍。
1.下列羰基化合物中，C=O伸缩振动频率出现最高的是：（） （A）RCOF （B）RCOCl （C）RCOH （D）RCOR 2.在醇类化合物中，O-H伸缩振动频率随溶液C上升，向低波数方向移动的原因是（）（A）溶液极性增加（B）诱导效应增加（C）分子间氢键的增加（D）易产生振动偶合 3.一种氯苯的红外谱图在900cm-1~690cm-1间无吸收带，它的可能结构为：（） （A）对二氯苯（B）间三氯苯（C）六氯苯（D）四取代氯苯 4.CO2的平动、转动、振动的自由度分别为：（） （A）324 （B）234 （C）342 （D）423 5.乙炔分子的平动、转动、振动自由度为（） A. 2, 3, 3 B. 3, 2, 8 C. 3, 2, 7 D. 2, 3, 7 6.分子式为C7H11N2OSCl的不饱和度Ω为：（） （A）1 （B）2 （C）3 （D）4 7.下面四种气体无红外吸收光谱的为（） （A）H2O （B）CO2（C）HCl （D）N2 8. 红外光谱法中的红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度, 可以用来（） A. 鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团及进行定量分析与纯度鉴定; B. 确定 配位数; C. 研究化学位移; D. 研究溶剂效应. 9. 下列哪种方法是由外层电子跃迁引起的？( ) A. 原子发射光谱和紫外吸收光谱 B. 原子发射光谱和核磁共振谱 C. 红外光谱和Raman光谱 D. 原子光谱和分子光谱 10. 同时具有红外活性和拉曼活性的是：( ) A. O2对称伸缩振动 B.CO2的不对称伸缩振动 C. H2O的弯曲振动 D. CS2的弯曲振动 11. 分子不具有红外活性的者,必须是：( ) Ａ：分子的偶极矩为零Ｂ：分子没有振动Ｃ：非极性分子Ｄ：分子振动时没有偶极矩变化Ｅ：双原子分子 12 .试比较以下五个化合物,羰基伸缩振动的红外吸收波数最大者是:( ) A: B: C: D: E: 13．以下五个化合物羰基伸缩振动的红外吸收波数最小的是：( ) A: B: C: D: E:
第二章红外光谱 一、判断题 [1] 红外光谱不仅包括振动能级的跃迁，也包括转动能级的跃迁，故又称为振转光谱。（√） [2] 同核双原子分子N≡N、Cl-Cl、H-H等无红外活性。（√） [3] 由于振动能级受分子中其他振动的影响，因此红外光谱中出现振动耦合谱带。（√） [4] 确定某一化合物骨架结构的合理方法是红外光谱分析法。（×） [5] 对称结构分子，如H2O分子，没有红外活性，水分子的H-O-H对称伸缩振动不产生吸收峰。（×） [6] 红外光谱图中，不同化合物中相同基因的特征频率峰总是在特定波长范围内出现，故可以根据红外光谱图中的特征频率峰来确定化合物中该基团的存在。（√） [7] 不考虑其他因素的影响，下列羰基化合物υc=0伸缩频率的大小顺序为：酰卤>酰胺>酸>醛>酯。（×） [8] 醛基中υC=H伸缩频率出现在2720cm-1。（√） [9] 红外光谱与紫外光谱仪在构造上的差别是检测器不同。（×） [10] 当分子受到红外光激发，其振动能级发生跃迁时，化学键越强吸收的光子数目越多。（×） [11] 游离有机酸C=O伸缩振动υc=0频率一般出现在1760cm-1，但形成多聚体时，吸收频率会向高波数移动。（×） [12] 醛、酮、羧酸等的羰基的伸缩振动在红外光谱中的吸收峰频率相同。（×） [13] 红外吸收峰的数目一般比理论振动数目少，原因之一是有些振动是非红外活性的。（√） [14] 红外光谱的特点是一方面官能团的特征吸收频率的位置基本上是固定的，另一方面它们又不是绝对不变的，其频率位移可以反映分子的结构特点。（√） [15] Fermi共振是一个基频振动与倍频(泛频)或组频之间产生耦合作用。（√） 二、选择题（单项选择） [1] 红外光可引起物质的能级跃迁是（C）。 A. 分子的电子能级的跃迁，振动能级的跃迁，转动能级的跃迁； B. 分子内层电子能级的跃迁； C. 分子振动能级及转动能级的跃迁； D. 分子转动能级的跃迁。 [2] H2O在红外光谱中出现的吸收峰数目为（A）。 A. 3 B. 4 C. 5 D. 2 [3] 在红外光谱中，C=O的伸缩振动吸收峰出现的波数(cm-1) 范围（A ）。 A. 1900~1650 B. 2400~2100 C. 1600~1500 D. 1000~650 [4] 在下列分子中，不能产生红外吸收的是（D ）。 A. CO B. H2O C. SO2 D. H2 [5] 下列化学键的伸缩振动所产生的吸收峰波数最大的是（D）。 A. C=O B. C-H C. C=C D. O-H [6] 表示红外分光光度法通常是（C）。 A. HPLC B. GC C. IR D. TLC [7] 羰基化合物①RCOR、②RCOCl、③RCOH、④RCOF中，C=O伸缩振动频率最高的是（D ）。 A. ① B. ② C. ③ D. ④ [8] 在醇类化合物中，O-H伸缩振动频率随溶液浓度增加而向低波数移动，原因是（B ）。
红外光谱的吸收
第六章红外吸收光谱法 基本要点： 1. 红外光谱分析基本原理； 2. 红外光谱与有机化合物结构； 3. 各类化合物的特征基团频率； 4. 红外光谱的应用; 5. 红外光谱仪. 学时安排：3学时 第一节概述 分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱。 红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。 当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产
生分子振动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。 一、红外光区的划分 红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约为 0.75 ~ 1000μm，根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光区分为三个区：近红外光区（0.75 ~ 2.5μm ），中红外光区（2.5 ~25μm ），远红外光区（25 ~ 1000μm ）。 近红外光区（0.75 ~ 2.5μm ） 近红外光区的吸收带主要是由低能电子跃迁、含氢原子团（如O—H、N—H、C—H）伸缩振动的倍频吸收等产生的。该区的光谱可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化合物，并适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量分析。中红外光区（2.5 ~ 25μm ） 绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现在该 光区。由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。同时，由于中红外光谱仪最为成熟、简单，而且目前已积累了该区大量的数据资料，因此它是应用极为广泛的光谱区。通常，中红外光谱法又简称为红外光谱法。 远红外光区（25 ~ 1000μm ）该区的吸收带主要是由气体分子中的纯转动跃迁、 振动-转动跃迁、液体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动所引起的。由于低频骨架振动能很灵敏地反映出结构变化，所以对异构体的研究特别方便。此外，还能用于金属有机化合物（包括络合物）、氢键、吸附现象的研究。但由于该光区能量弱，除非其它波长区间内没有合适的分析谱带，一般不在此范围内进行分析。 红外吸收光谱一般用T~ 曲线或T~ 波数曲线表示。纵坐标
第二章红外光谱习题
第二章红外光谱 一、判断题 [1]红外光谱不仅包括振动能级的跃迁，也包括转动能级的跃迁，故又称为振 转光谱。（√） [2]同核双原子分子N≡N、Cl-Cl、H-H等无红外活性。（√） [3]由于振动能级受分子中其他振动的影响，因此红外光谱中出现振动耦合谱 带。（√） [4]确定某一化合物骨架结构的合理方法是红外光谱分析法。（×） [5]对称结构分子，如H2O分子，没有红外活性，水分子的H-O-H对称伸缩振 动不产生吸收峰。（×） [6]红外光谱图中，不同化合物中相同基因的特征频率峰总是在特定波长范围 内出现，故可以根据红外光谱图中的特征频率峰来确定化合物中该基团的存在。（√） [7]不考虑其他因素的影响，下列羰基化合物υc=0伸缩频率的大小顺序为：酰 卤>酰胺>酸>醛>酯。（×） [8]醛基中υC=H伸缩频率出现在2720cm-1。（√） [9]红外光谱与紫外光谱仪在构造上的差别是检测器不同。（×） [10]当分子受到红外光激发，其振动能级发生跃迁时，化学键越强吸收的光子 数目越多。（×） [11]游离有机酸C=O伸缩振动υc=0频率一般出现在1760cm-1，但形成多聚体 时，吸收频率会向高波数移动。（×） [12]醛、酮、羧酸等的羰基的伸缩振动在红外光谱中的吸收峰频率相同。（×） [13]红外吸收峰的数目一般比理论振动数目少，原因之一是有些振动是非红外 活性的。（√） [14]红外光谱的特点是一方面官能团的特征吸收频率的位置基本上是固定的， 另一方面它们又不是绝对不变的，其频率位移可以反映分子的结构特点。 （√） [15]F ermi共振是一个基频振动与倍频(泛频)或组频之间产生耦合作用。（√） 二、选择题（单项选择） [1]红外光可引起物质的能级跃迁是（ C）。 A. 分子的电子能级的跃迁，振动能级的跃迁，转动能级的跃迁； B. 分子内层电子能级的跃迁； C. 分子振动能级及转动能级的跃迁； D. 分子转动能级的跃迁。
第六章红外吸收光谱法 一选择题 1分子光谱是由于___B___而产生的。 A 电子的发射 B 电子相对于原子核的运动以及核间相对位移引起的振动和转动 C 质子的运动 D 离子的运动 2溶剂对电子光谱的影响较为复杂，改变溶剂的极性，__B_____。 A 不会引起吸收带形状的变化 B 会使吸收带的最大吸收波长发生变化 C 精细结构并不消失 D 对测定影响不大 3红外光谱法中的红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度，可以用来_____A__。 A 鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团及进行定量分析与纯度鉴定 B 确定配位数 C 研究化学位移 D 研究溶剂效应 4红外光谱的谱带较多，能较方便地对单组分或多组分进行定量分析，但红外光谱法的灵敏度较低，尚不适于____B___的测定。 A 常量组分 B 微量组分 C 气体试样 D 固体和液体试样 5 在有机化合物的红外吸收光谱分析中，出现在4000~1350cm-1频率范围的吸收峰可用于鉴定官能团，这一段频率范围称为_____A_。 A．指纹区，B．基团频率区，C．基频区，D．和频区。 6光学分析法主要根据物质发射、吸收电磁辐射以及物质与电磁辐射的相互作用来进行分析的。电磁辐射（电磁波）按其波长可分为不同区域，其中中红外区
波长为B______。 A 12820~4000cm-1 B 4000~200 cm-1 C 200~33 cm-1 D 33~10 cm-1 7 下列羰基化合物中C＝O伸缩振动频率最高的是：C A RCOR’ B RCOCl C RCOF D RCOBr 8. 红外光谱法中的红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度，可以用来____A___。 A. 鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团及进行定量分析与纯度鉴定; B. 确定配位数; C. 研究化学位移; D. 研究溶剂效应. 二填空题 1 共轭效应使共轭体具有共面性，且使电子云密度平均化，造成双键略有伸长，单键略有缩短。因此，双键的红外吸收频率往___低_____波数方向移动。 2 在化合物R—C—H与R—C—F中，前者的C=O的伸缩振动产生的吸收峰的波数比后者的____低____；而在化合物R—C—R与R—C—NH2中，前者的C=O 的伸缩振动产生的吸收峰的波数比后者的______高__。 3在有机化合物中，常常因取代基的变更或溶剂的改变，使其吸收带的最大吸收波长发生移动，向长波方向移动称为___红（长）移______，向短波方向移动称为_____蓝（短）移______。 4 红外光谱是由于分子振动能级的跃迁而产生，当用红外光照射分子时，要使分子产生红外吸收，则要满足两个条件：(1)_____红外光辐射的频率与分子中某基团的震动频率相同 (2)_在震动的过程中，分子必须有偶极矩的改变 5红外光谱的强度与_______分子或基团的极性强弱______________成正比。
班级____________姓名________________作业编号____________教师评定_______________ 1. 已知HF 的键力常数为9 N cm -1，试计算3H （氚）F 伸缩振动的吸收峰波数。 2. CHCl 3中C-H 的伸缩振动在3100 cm -1处，请估算C 2H （氘）Cl 3中该振动的位置。 3. 请判断下列振动形式的红外活性。 （1）CH 3-CH 3中的C-C 伸缩振动（ ） （2）CH 3-CCl 3中的C-C 伸缩振动（ ） （3） （ ） （4） （ ） （5） （ ） （6） （ ） （7）（ ） （8）（ ） 4. 按v C=O 递增的顺序排列下列化合物，并说明理由。 A. O B. O C. O O D. O 5. 试解释下列化合物红外光谱中1748、 1715和1656 cm -1三个羰基伸缩振动吸收峰的归属。 O C O OC 2H 5
6. 根据如下红外光谱图回答问题：（1）该化合物属于脂肪族还是芳香族？（2）是否含有-OH、-NH2或C=O？（3）是否含有甲基？（4）是否含有双键或三键？（5）综合上述问题给出该化合物的可能类型。（前四个问题要简单说明原因） 7. 某化合物的分子式为C5H8O，存在下列吸收谱带（cm-1）：3020，2900，1690和1620，其UV光谱在227 nm（ε=104 L?mol-1?cm-1）处有最大吸收，试判断该化合物的结构。（UV数据也要利用起来！）
8. 某化合物的可能结构为A 、B 或C ，试根据下列红外图谱确定其结构，并简单阐明理由。 A ．C N B. C N OCH 3 C. C O NH 2 9. 请根据所给红外光谱图推断化合物C 5 H 10O 的合理结构式。
第二章 红外光谱 一．分析 1. 指出下列各种振动形式，哪些是红外活性振动，(Δμ≠0)，哪些是红外非活性振动(Δμ=0)。 分子 振动形式 (1) CH 3–CH 3 νC —C (2) CH 3–CCl 3 ν C —C (3) O ═ C ═ O νS ,CO2 (4) SO 2 νS , SO2 (5) CH 2═CH 2 νS , C ═ C (6) CH 2═CH—CHO νS , C ═ C 二、回答下列问题： 1. C —H ，C —Cl 键的伸缩振动峰何者要相对强一些?为什么 2. νC═O 与νC═C 都在6.0μm 区域附近。试问峰强有何区别?意义何在 三、分析比较 1. 试将C═O 键的吸收峰按波数高低顺序排列，并加以解释。 (1)CH 3COCH 3 CH 3COOH CH 3COOCH 3 CH 3CONH 2 CH 3COCl CH 3CHO (A ) (B ) (C ) (D ) (E ) (F ) (2) (A ) (B ) (C ) (D ) (E ) 2．能否用稀释法将化合物(A )、(B )加以区分，试加以解释。 (A ) (B ) 四．结构分析 1. O CH 3C O CH 3C CH 3 O CH 3C CH 3 CH 3 CH O O OH O O OH O CH 3C NH 2 O CH 3C NO 2
(1 ) (2) (A ) (B ) (A ) (B ) (3) (4) (A ) (B ) (A ) (B ) 2．某化合物在4000～1300cm –1区间的红外吸收光谱如下图所示，问此化合物的结构是(A)还是(B)? (A) (B) 3．用IR 光谱(下图)表示的化合物C 8H 9O 2N 是下面哪一种 C 8H 9O 2N O COOC 2H 5 O COOC 2H 5 COCH 3 COCH 3 CH 3 CH 3CH 3 O O Me O O Me OH C O CH 3 OH C CH 3 O HO C N C O NH 2 NHCOCH 3OH NH 2COOCH 3 CONH 2 OCH 3 CH 2NH 2COOH NHCH 3COOH
第二章 红外光谱 一、判断题 [1] 红外光谱不仅包括振动能级的跃迁，也包括转动能级的跃迁， 故又称为振转光谱。（√） [2] 同核双原子分子N≡N、Cl-Cl、H-H等无红外活性。（√） [3] 由于振动能级受分子中其他振动的影响，因此红外光谱中出现 振动耦合谱带。（√） [4] 确定某一化合物骨架结构的合理方法是红外光谱分析法。（×） [5] 对称结构分子，如H2O分子，没有红外活性，水分子的H-O-H对 称伸缩振动不产生吸收峰。（×） [6] 红外光谱图中，不同化合物中相同基因的特征频率峰总是在特 定波长范围内出现，故可以根据红外光谱图中的特征频率峰来 确定化合物中该基团的存在。（√） [7] 不考虑其他因素的影响，下列羰基化合物υc=0伸缩频率的大小顺 序为：酰卤>酰胺>酸>醛>酯。（×） [8] 醛基中υC=H伸缩频率出现在2720cm-1。（√） [9] 红外光谱与紫外光谱仪在构造上的差别是检测器不同。（×） [10] 当分子受到红外光激发，其振动能级发生跃迁时，化学键越强 吸收的光子数目越多。（×） [11] 游离有机酸C=O伸缩振动υc=0频率一般出现在1760cm-1，但形成 多聚体时，吸收频率会向高波数移动。（×） [12] 醛、酮、羧酸等的羰基的伸缩振动在红外光谱中的吸收峰频率 相同。（×） [13] 红外吸收峰的数目一般比理论振动数目少，原因之一是有些振 动是非红外活性的。（√） [14] 红外光谱的特点是一方面官能团的特征吸收频率的位置基本上 是固定的，另一方面它们又不是绝对不变的，其频率位移可以 反映分子的结构特点。（√） [15] Fermi共振是一个基频振动与倍频(泛频)或组频之间产生耦合作 用。（√） 二、选择题（单项选择） [1] 红外光可引起物质的能级跃迁是（ C）。