红外光谱分析
一．基本原理
红外吸收光谱(Infrared Absorption Spectrum，IR)是利用物质的分子吸收了红外辐射后，并由其振动或转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，得到分子振动能级和转动能级变化产生的振动-转动光谱，因为出现在红外区，所以称之为红外光谱。利用红外光谱进行定性、定量分析及测定分子结构的方法称为红外吸收光谱法。
当分子受到红外光的辐射，产生振动能级的跃迁，在振动时伴有偶极矩改变者就吸收红外光子，形成红外吸收光谱。若用单色的可见光照射(今采用激光，能量介于紫外光和红外光之间)，入射光被样品散射，在入射光垂直面方向测到的散射光，构成拉曼光谱。通常将红外光谱区按波长分为3个区域，即近红外区、中红外区、远红外区，如下表所示：
1. 分子振动类型
有机分子中诸原子通过各类化学键联结为一个整体，当它受到光的辐射时，发生转动和振动能级的跃迁。简单的双原子化合物如A-B 的振动方式是A 和B 两个原子沿着键的方向作节奏性伸和缩的运动，可以形象地比作连着A、B 两个球的弹簧的谐振运动。为此A-B 键伸缩振动的基频可用胡克定律推导的公式计算其近似值
式中，f 是键的振动基频，单位为cm-1；c 是光速；k 是化学键力常数，相当于胡克弹簧常数，是各种化学键的属性，代表键伸缩和张合的难易程度，与原子质量无关；m 是原子的折合质量，即
m=m1·m2/(m1+m2)。上式表明键的振动基频与力常数成正比，力常数越大，振动的频率越高。振动的基频与原子质量成反比，原子质量越轻，连接的键振动频率越高。上述是双原子化合物。多原子组成的非线型分子的振动方式就更多。含有n 个原子就得用3n 个坐标描述分子的自由度，其中3 个为转动、3 个为平动、剩下3n-6 个为振动自由度。每一种振动按理在红外光谱中都应该有其吸收峰，但是事实上只有在分子振动时有偶极矩的改变才会产生明显的吸收峰。如顺式二氯乙烯在1580 cm-1处有双键振动的强吸收峰。高度对称的化学键，如反式二氯乙烯分子中的双键，由于分子振动前后的偶极矩没有改变，此种双键在红外光谱中无吸收峰(1665 cm-1处的弱吸收峰是845cm-1和825 cm-1的合频)。由于对称双键极化度发生改变，因此在拉曼光谱中1580 cm-1 处有强吸收峰。
如3-甲基-l,2-丙二烯的红外光谱在2000～1925 cm-1处有丙二
烯基团(C= C= C)的特征峰。同样含有该基团的4-甲基-1,2-丙二烯，由于分子对称，在振动中无偶极矩变化而无此吸收峰。
3-甲基-1，2-丙二烯4-甲基-1，2-丙二烯非线型分子中各基团有两种振动：伸缩振动用符号“ν”表示；弯曲振动用符号“δ”表示。前者是沿原子间化学键的轴作节奏性伸和缩的振动。当两个化学键在同一平面内均等地同时向外或向内伸缩振动为对称伸缩振动(νs)(见下图a)。若是一个向外伸展，另一个向内收缩为不对称伸缩振动(νas )(见下图b)。在正常振动中引起键角改变的振动称弯曲振动。向内弯曲的振动为剪动(δ)(见
下图c)。同时向左或向右弯曲的振动(见下图d)为摆动( β)。这两种运动都在同一平面内进行，统称为面内弯曲振动(δ面内)。下图e和f 中“+”“-”符号分别表示原子作垂直纸面向上、向下的运动。前者两个键同方向运动，称仰动(π或ω)。后者两个键异方向运动，为扭动(τ)。它们都是平面外的弯曲振动(面外)。上述面内和面外弯曲振动有时以“β”和“γ”分别表示之。
同等原子之间键的伸缩振动所需能量远比弯曲振动的能量高，因此伸缩振动的吸收峰波数比相应键的弯曲振动峰波数高。
2. 基团频率及影响峰的因素
物质的红外光谱，是分子结构的反映。谱图中的吸收峰，与分子中各基团的振动形式相对应。多原子分子的红外光谱与其结构的关系，一般是通过实验的手段得到的。这就是通过大量的已知化合物的红外光谱，从中总结出各种基团的吸收规律来，实验表明，组成分子的各种基团，如O－H、N－H、C－H、C= C、C= O 等，都有自己特定的红外吸收区域，分子的其他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，其所在位置一般又称为特征吸收峰。
由上述内容可知，伸缩振动和弯曲振动都是基团内部原子间化学键的振动。键的振动波数，与原子的质量成反比，与键的刚度成正比，键的刚度即力常数的大小取决于键的性质。弯曲振动与伸缩振动的方向性是不相同的，因此同一种化学键两者振动所需能量大小刚好相反。
既然基团的振动频率取决于原子的质量和化学键的刚度，那么由相同原子和化学键组成的基团在红外光谱中的吸收峰位置应该是固
定的，但事实上并不尽然，不同化合物中的同一种基团吸收峰位置往往不一样。例如脂肪族的乙酰氧基(ROCOCH3)在1724 cm-1，而芳香族的乙酰氧基(Ar—OCOCH3)在1770 cm-1)。同样都是乙酰氧基中的
羰基振动，其频率竟相差近50 cm-1，显然是由于基团的环境不同所引起的，此为内在因素。此外还有外在因素。
1) 影响吸收峰位置的外在因素
外在因素大多是机械因素，如制备样品的方法、溶剂的性质、样品所处物态、结晶条件、吸收池厚度、仪器光学系统以及测试温度等均能影响基团的吸收峰位置及强度，甚至峰的形状。
相的不同是吸收峰变动的主要原因之一。如N—甲基乙酰胺(CH3CNHCH3O)的羰基峰，气态在1720 cm-1，为单分子的吸收特征。稀溶液在1700 cm-1，液体降至1650 cm-1。
不含极性基团的样品在溶液中检测，与溶剂有无极性关系并不大。但是含极性基团的样品在溶液中检测，不仅与溶液浓度和温度有关，而且与溶剂极性大小有关。极性大的溶剂围绕在极性基团的周围，形成氢键缔合，使基团的伸缩振动波数降低。在非极性溶剂中，因是游离态为主，故振动波数稍高。
固态与液态也有所不同。分子在固相晶格中排列非常有秩序，因此吸收峰比较尖，峰的数目比在其他相时增多或减少。加之分子间距离缩短，相互之间的吸引力加大，基团的振动波数低于液态。综上所述，同一基团伸缩振动波数降低的顺序是气态→溶液→纯液体→结晶固体。因为分子间距离随上述顺序渐次缩短，所以分子间的相互作用依次增强,而弯曲振动波数是依次升高的。
2) 影响吸收峰位置的内在因素
内在因素实质上就是分子的结构问题。有机化合物的结构千变万化，所以内在因素相当多。主要有取代基的质量、同一分子中数种振动频率的偶合效应、立体因素如空间张力、场效应和环的张力，以及诱导或共轭等电性效应。后者在某些分子中越过空间起到跨环效应。此外还有氢键等。
(1) 质量效应(Mass Effects) 凡由质量不同的原子构成的化学键，其振动波数是不同的。如下表中X－H键的伸缩振动波数。
VC-H VN-H VO-H3600(VO-D2600) VP-H4000
VGe-H2070 VAs-H2150 VSe-H2300 VBr-H2650
当X 是同族元素时，由于彼此质量差别较大，随质量增大波数明显地变小，如V C－H 3000 cm-1，V Sn－H 降至1856 cm-1。但是同周期的元素却因质量差异较小，电负性差别很大的缘故，随原子序数的增大，V X－H反而升高。如V F－H比V C－H 大1000 cm-1。
(2) 耦合效应(Coupling Effects) 当基团在光谱中表现出不正常吸收时，应考虑到两个频率之间的耦合作用。当分子中两个类同的基团彼此靠得较近时，它们的振动频率发生干扰，蜕变为距离较大的两个吸收峰，这种现象称为耦合。例如嘧啶酮酯4-位酮基同3-位酯羰基处顺式构象，彼此耦合，3-位酯基的νC= O升高至1750 cm-1(极强)，而4-位酮基降低至1680 cm-1，两个羰基峰相距约80 cm-1。温度升至140 ℃，顺式转为反式，两个羰基之间的耦合消失，两峰间隔变小，强度相等，如下图所示：
（a）室温（b）140℃KBr片（c）室温，三氯甲烷溶液
还有就是两个不同的基团紧连在一起，振动方式虽不同，但是频率相近，也能耦合，出现高于或低于正常波数的异常峰。
(3) 费米共振(Fermi Resonance)。当弱的倍频(或组合频)峰位于某强的基频吸收峰附近时，它们的吸收峰强度常常随之增加，或发生谱峰分裂。这种倍频(或组合频)与基频之间的振动耦合，称费米共振。
例如，正丁基乙烯醚(n－C4H9O-CH＝CH2)分子中的双键与氧原子相连接，=CH面外弯曲振动次数由990 cm-1降至810 cm-1，它的倍频(2×810cm-1＝1620 cm-1)刚好与双键基频(1623 cm-1)靠近，因此发生费米共振，从而出现1640 cm-1和1613 cm-1两个强吸收峰。
(4) 立体因素包括空间障碍、场效应和环的张力等因素。
①空间障碍(Stric Hindrance) 指分子中的大基团在空间的位
阻作用，迫使邻近基团间的键角变小或共轭体系之间单键键角偏转，使基团的振动波数和峰形发生变化，红外峰移向高波数。
②场效应(Field Effects) 指基团在空间的极化作用，常使伸缩振动能量增加，弯曲振动能量减小。同分旋转异构体中同一基团的吸收峰位置之所以不同，通常是场效应引起的。
③环的张力(Ring Strain) 小环化合物由于碳的键角变小而使键长发生改变，从而使键的振动波数升高或降低，须视具体情况而定。一般：四元环>五元环>六元环，随环张力增加，红外峰移向高波数。
(5) 电性因素有诱导效应和中介效应两类，分述如下：
①诱导效应(Inductive Effects) 分推电子诱导效应(+I)和吸电子
诱导效应(-I)两种。烷基为推电子基团，腈基为吸电子基团，当它们连接到某个化学键上后，将使该键的极性改变，因此振动波数也发生相应的变动。如丙酸酯的乙基推电子作用比乙酸酯中的甲基强，羰基氧原子上电子云密度增加，偶极也就增大，使振动能量下降，羰基吸收峰移往低波数。α－腈基乙酸酯由于腈基的吸电子性，羰基氧原子电荷相对贫乏，羰基键的伸缩振动能升高，羰基峰波数增加。诱导效应是沿化学键直接起作用的，它与分子的几何形状无关。
②中介效应(Mesomeric Effects) 氧、氮和硫等原子有孤电子对，能与相邻的不饱和基团共轭，为了与双键的π电子云共轭相区分，称其为中介效应(M)。此种效应能使不饱和基团的振动波数降低，而自身连接的化学键振动波数升高。电负性弱的原子，孤电子对容易供出去，中介效应大，反之中介效应小。酰胺分子由于中介效应羰基趋于单键，振动能降低，v C=O波数变小。N-H键变成=N-H，键长缩短，伸缩振动波数反而升高。
电性效应是一个很复杂的因素，同一基团或元素的诱导效应和中介效应不能截然分开，而它们的作用方向刚好相反，故在同一分子中须视何种效应占优势才能推知振动波数是升高还是降低。以普通脂肪酯和硫醇酯分子中碳基振动波数为例，前者的v C=O 波数比饱和酮的高，后者却低，究其原因在于氧原子电负性强，吸电子诱导效应大于中介效应，羰基上电荷密度减少，伸缩振动频率增大。硫醇酯分子中的硫原子电负性较弱，中介效应大于吸电子诱导效应，使羰基的电荷密度增加，因此振动频率降低。
(6) 氢键的因素由于形成氢键之后，基团的键力常数变小，因此有氢键的基团伸缩振动频率减少。氢键每增加千克卡，基团的振动频率就往低波数移35 cm-1。形成氢键的X－H 键的伸缩振动波数降低，吸收强度增加，峰变宽。峰移动的幅度以O－H 最大(～100 cm-1)，N－H次之，S－H和P－H最小。
3. 影响吸收峰的强度
吸收峰的强弱取决于基团偶极矩改变的难易程度。基团的极性越大，吸收峰越强。如羰基特征峰在整个图谱中总是最强之一。如果在羰基吸收区仅出现弱的吸收，就只能将其视作样品中少量含羰基的杂质产生的，或是其他峰的倍频峰和合频峰。
同一种基团当其化学环境不相同时，除了吸收峰位置有变动外，吸收强度也发生变化。有些基团如氰基强度变化比位置的变动更突
出。如芳香腈或α，β-不饱和腈与饱和脂肪腈的氰基峰位置仅差30～40 cm-1，而吸收强度相差4～5 倍。
二．基本结构
傅里叶变换红外光谱仪包括：红外光源、干涉仪(包含分束器)、检测器、数据处理和记录装置。
1.红外光源
目前比较理想的红外光源是能够连续发射高强度红外光的物体，最常用的光源有能斯特灯和硅碳棒。能斯特灯是由耐高温的氧化锆、氧化铱和氧化钍等稀土元素混合烧结而成的，有空心和实心两种，两端绕以铂丝作导线，室温下是非导体，加热到700 ℃以上时变为导体，工作温度为1700 ℃左右。其优点是发出的光强度高、稳定性较好，但机械强度差，价格较贵。硅碳棒是由碳化硅经高温烧结而成，两端绕以金属导线通电，工作温度为1200～1500 ℃。其优点是坚固、发光面积大、操作方便、价格便宜，但使用前必须用变压器调压后才能用。
2.干涉仪
干涉仪是光谱仪的心脏，光束进入干涉仪后一分为二：一束(T)透过到动镜、另一束(R)反射到定镜。透射光从定镜反射回来(在这里被调制)到达分束器一部分透射返回光源(TT)，另一部分反射到样品(TR)。反射光从定镜反射回来到分束器，一部分反射返回光源(RR)，
一部分透射到样品(RT)。也就是说在干涉仪的输出部分有两部分，它们被加和：TR + RT。根据动镜的位置，这两束光得到加强或减弱，产生干涉，得到一干涉图。干涉图信号经检测器转变成电信号，通过计算机经傅里叶变换后即得红外光谱图，如下图所示：
3.检测器
傅里叶变换红外光谱仪检测器响应时间短，多用热电型和光电型检测器。热电型检测器的波长特性曲线平坦，对各种频率的响应几乎一样，室温下即可使用，且价格低廉，但响应速度慢、灵敏度低。光电型检测器的灵敏度高、响应快，适合用于高速测量，但需要液氮冷却。
三．基本应用
1.红外光谱在聚合物定性分析中的应用
红外光谱在聚合物定性分析中的应用又叫谱图解析，主要是依据吸收峰的位置、形状和强度及数目来推测聚合物的结构。谱图解析又可分为已知物的鉴定和未知物结构的测定。
(1).已知物的鉴定
已知物谱图解析最直接、最可信的方法是直接查对标准谱图，目前已出版了多种有关有机物和高聚物材料的红外光谱数据和谱图集。使用这些谱图集时，应注意测试样品的状态，使用的溶剂与标准谱图是否一致，否则谱图会出现一些变化。
常用谱图集有：
最广泛应用的谱图是美国Sadtler研究实验室编辑和出版的大型光谱集Sadtler Reference Spectra Collections.这套大型谱图集包括标准红外光谱、标准紫外线、核磁共振氢谱核磁共振碳谱，共收集7.9万张IR谱图（1990年，vol.99），UV谱图4.36万张（1991，vol.150）,1H-NMR谱图5.4万张（1991，vol.98）,标准13C-NMR谱3.3万张（1991，vol.160）。
(2).未知物结构测定
红外光谱最重要的用途是测定未知物的结构。常用的解析方法有以下几种：
1）否定法。如果已知某波数的谱带对某一基团具有特征性，那么，当这个波段没有出现这一谱带时，我们即可判断在样品中不存在这个分子基团。可用基团频率特征谱图来查找，一般先查找1300cm-1以上的区域，确定没有哪些官能团，再查1000 cm-1以下的区域，检查C-H面外弯曲振动情况，最后再查1300 cm-1～1000 cm-1区域，就可确定没有哪些基团了。
2）肯定法。肯定法主要是针对谱图中的主要吸收带，确定未知物具有的官能团，然后再分析有较强特征的吸收带。但是对于一些弱吸收带往往不容易解释清楚。有些谱带是很特征的，比较容易判断。但在某些波段内，很多基团的吸收谱带都可能存在，比较难做出明确的判断。有时单从一个谱带不能得到肯定的结论，则需要一个基团的各种振动频率，从几个波数区域谱带的组合来判断某官能团的存在。或借助于NMR、UV等其他技术，来确定某种官能团或某种结构的存在。
3）肯定法与否定法相结合。在审视一张未知物的光谱图时，往往同时采用肯定法与否定法，即根据谱带，一面肯定某些官能团的存在，一面又排除某些结构存在的可能性。
2.红外光谱在聚合物定量分析中的应用
红外光谱的定量分析主要依据朗伯-比尔定律。当光通过一个均匀吸收光的介质时，其吸光强度（A）与入射光强（I0）和透射光强（I）的关系式：
A=lg(I0/I)=lg(1/T)= єbc
式中，T—红外光谱的透过率；
Є—摩尔吸收系数，单位为L/（mol·cm）；
C—溶液浓度，单位为mol/L；
b—样品池厚度，单位为cm。
在聚合物结构研究中，红外光谱定量分析主要应用于多组分聚合物（如共混和共聚）多组分分析，聚合物中添加剂和残余单体的定量分析以及聚合物某些结构特征（如端基、不饱和性、结晶性、取向度等）的定量测定。常用的定量分析有以下几种：
(1).直接计算法
为了测定组分的浓度，可直接测定某吸收峰的吸光度，用L-B定律进行计算：
C=A/ Єb
式中，b为溶液池的厚度，已知。
为了测定吸收系数的值，可采用一个或一组已知浓度的标准样品放在已知厚度的样品池中，由下面式子计算出Є的值：
Є=A已知/bc已知
值得注意的是，使用此方法时，应选用相对孤立的吸收峰作为分析对象，从而保证测定不受其他谱带的干扰。
(2).标准曲线法
即用所测组分的纯物质配制成一系列不同浓度的标准溶液，测定各标准溶液的吸光度，以标准溶液的浓度为横坐标，所对应的吸光度为纵坐标，绘制出浓度-吸光度曲线，这就是所谓的标准曲线。当进行样品分析时，所测溶液注入相同的液体池，测定其在同一波长处的吸光度，即可从标准曲线上找出相应的浓度。
(3).求解法
以上两种方法都要求分析波长处无干扰，但当被测样品的组分较多时，由于各组分相互干扰，选择适合的分析波长十分困难，因此可选用求解法。
假设某一混合物由三种组分组成，根据L-B定律及吸光度的叠加性，则在三个选定分析波长处的总吸光度A1，A2，A3分别可由以下几个方程算出：
A1= є11bc1 +є12bc2+ є13bc3
A2= є21bc1 +є22bc2+ є23bc3
A3= є31bc1 +є32bc2+ є33bc3
式中，є11，є12，є13分别是混合物组分在分析波长1处的吸光系数；
є21，є22，є23分别是混合物组分在分析波长2处的吸光系数；
є31，є32，є33分别是混合物组分在分析波长3处的吸光系数。
Є值可由三种纯物质配成不同浓度的溶液预先测得。b是样品池的厚度，已知。解上述联立方程，即可求出各组分的浓度c1，c2，和c3。
定量分析法还有其他方法，如内标法等，课依据不同情况做出选择。
3.聚合物立体结构、构象分析及结晶度测定
聚合物分子链通过C-C键的旋转产生不同的构象异构体。聚合物立体结构不同，反映在红外光谱上谱带吸收位置、强度不同，因此，可通过红外光谱图的比较来确定聚合物的立体异构体或进行构象分析。例如，1,4-聚丁二烯光谱中C-H面外弯曲振动的谱带，反式异构时出现在967cm-1，而顺式则出现在738cm-1。
结晶度是影响聚合物物理性能的重要因素之一，用红外光谱可以方便的测定，结晶度可由下式求出：
X=kA晶/A内标
式中，k为比例常数，应用不同的谱带测定，其值也随着改变。测量时，选择对结构变化敏感的晶带为分析谱带，选择对结构变化不敏感的非晶带作为内标。选用已知结晶度的样品，求出k值，然后测定未知样品的A晶和A内标，即可求出未知样品的结晶度X。
高分子链上支链的数目、长短分布对聚合物形态有较大的影响，会破坏结晶度，可以用红外吸收测定聚合物的支化度。其中研究最多的是聚乙烯的支化度。目前，商品聚乙烯的支化度测定多采用红外光谱法。
4.共聚物研究
共聚物的性能与共聚物组成和序列分布有关。用红外光谱可测定两种单体反应活性的比率（竞争率）及共聚物的组成分析及序列分布等。
嵌段和接枝共聚物的红外光谱一般等于两种单体单元光谱的叠加，与混合物光谱区别不大，但对于无规共聚物，特别是一些偶合敏感振动，其谱图有些差别。因此从红外光谱中谱带位移及强度的微小变化，可反映出重复单元的长度及序列结构，给出共聚物微观连接的信息。
5.聚合反应的研究
用傅里叶变换红外光谱，可直接对高聚物反应进行原位测定反应等级及化学过程。可研究聚合反应动力学和降解，老化过程的反应机
理等。例如环氧树脂与环氧酸酐的固化反应通过检测1858cm-1的酸酐的羰基谱带的强度变化，测定其反应动力学，如在体系中加入适当的二胺促进剂，在80℃条件下固化，用红外光谱可测定其交联度。
6.聚合物表面研究
FI-IR-ATR在聚合物表面结构定性及定量方面发挥了重要作用。很多高分子材料如橡胶制品、纤维、纺织品和涂层等，用一般的透射法测量困难，而FI-IR-ATR技术却可以很方便地测定其红外吸收谱图。把透射法和ATR法结合起来，可以了解样品表面和本体的组成或结构差异。
一般的透射红外光谱技术的灵敏度对测定单分子膜（L-B膜）还有一定困难。但用FI-IR-ATR法则可得到L-B膜分子排列的重要信息。如用FI-IR-ATR可测得1～11层硬脂酸L-B膜的红外光谱，而FI-IR 透射法只可测得3～11层的红外光谱。比较各层间红外光谱的差别，可推论出L-B膜各层结构方式。
红外光谱图解析大全 一、预备知识 （1）根据分子式计算不饱和度公式： 不饱和度Ω＝n4+1+(n3-n1)/2其中： n4：化合价为4价的原子个数（主要是C原子）， n3：化合价为3价的原子个数（主要是N原子）， n1：化合价为1价的原子个数（主要是H,X原子） （2）分析3300~2800cm-1区域C-H伸缩振动吸收；以3000 cm-1为界：高于3000cm-1为不饱和碳C-H伸缩振动吸收，有可能为烯，炔，芳香化合物；而低于3000cm-1一般为饱和C-H伸缩振动吸收； （3）若在稍高于3000cm-1有吸收,则应在2250~1450cm-1频区，分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰，其中炔2200~2100 cm-1，烯1680~1640 cm-1 芳环1600,1580,1500,1450 cm-1若已确定为烯或芳香化合物，则应进一步解析指纹区，即1000~650cm-1的频区，以确定取代基个数和位置（顺、反，邻、间、对）；（4）碳骨架类型确定后,再依据官能团特征吸收，判定化合物的官能团； （5）解析时应注意把描述各官能团的相关峰联系起来，以准确判定官能团的存在,如2820，2720和1750~1700cm-1的三个峰，说明醛基的存在。 二、熟记健值 1.烷烃：C-H伸缩振动（3000-2850cm-1）C-H弯曲振动（1465-1340cm-1） 一般饱和烃C-H伸缩均在3000cm-1以下，接近3000cm-1的频率吸收。 2.烯烃：烯烃C-H伸缩（3100~3010cm-1），C=C伸缩(1675~1640 cm-1)，烯烃C-H面外弯曲振动（1000~675cm-1）。 3.炔烃：炔烃C-H伸缩振动（3300cm-1附近），三键伸缩振动（2250~2100cm-1）。 4.芳烃：芳环上C-H伸缩振动3100~3000cm-1, C=C 骨架振动1600~1450cm-1, C-H面外弯曲振动880~680cm-1。 芳烃重要特征：在1600，1580，1500和1450cm-1可能出现强度不等的4个峰。C-H面外弯曲振动吸收880~680cm-1，依苯环上取代基个数和位置不同而发生变化，在芳香化合物红外谱图分析中，常用判别异构体。 5.醇和酚：主要特征吸收是O-H和C-O的伸缩振动吸收，
红外光谱分析 序言 二十世纪初叶，Coblentz发表了一百多个有机化合物的红外光谱图，给有机化学家提供了鉴别未知化合物的有力手段。到四十年代红外光谱技术得到了广泛的研究和应用。当今红外光谱仪的分辨率越来 -1 越高，检测范围扩展到10000-200cm,样品量少至微克级。红外光谱提供的某些信息简捷可靠，检测样品中有无按基及属于哪一类（酸酹、酯、酮或醛）是其他光谱技术难以替代的。因此，对从事有机化合物为研究对象的化学工作者来说，红外光谱学是必需熟悉和掌握的一门重要光谱知识。 一、基本原理 1、基本知识 光是一种电磁波。可根据电磁波的波长范围分成不同类型的光谱，它们各自反映出物质的不同类型的运动形式。表1列出这些电磁波的波长，其所在区域的光谱名称，以及对应的运动形式。 表1常用的有机光谱及对应的微观运动 红外光谱研究的内容涉及的是分子运动，因此称之为分子光谱。通常红外光谱系指2-25 Li之间的吸收光谱，常用的为中红外区 •1 4000-650cm 或4000-400cm。 这段波长范El反映岀分子中原子间的振动和变角振动，分子在振
动运动的同时还存在转动运动。在红外光谱区实际所测得的图谱是分子的振动与转动运动的加合表现，即所谓振转光谱。 每一化合物都有其特有的光谱，因此使我们有可能通过红外光谱对化合物作岀鉴别。 -1 红外光谱所用的单位波长u,波数cm o光学中的一个基本公式是入U = C,式中入为波长，u为频率，C为光速(3 X 1O1o cm/s) o设U 为波数，其含义是单位长度(1cm)中所含的波的个数，并应具有以下关系: 波数(crrr1) =104/波长(卩) 波长和波数都被用于表示红外光谱的吸收位置，即红外光谱图的横坐标。目前倾向于普遍采用波数为单位，而在图谱上方标以对应的波长值。红外光谱 图的纵坐标反映的是吸收强度，一般以透过率(T%) 表示。 2、红外光谱的几种振动形式 主要的基本可以分为两大类：伸缩振动和弯曲振动。 (1) 伸缩振动(u) 沿着键轴方向伸或缩的振动，存在对称与非对称两种类型。它的吸收频率相对在高波数区。 ⑵弯曲振动(6) 包括面内、面外弯曲振动，变角振动，摇摆振动等。它的吸收频率相对在低波数区。 4000cm '1(高) _________ m 」(低) 3、红外光谱吸收峰主要的几种类型 (1) 基频峰：伸缩振动，弯曲振动产生的吸收峰均为基频峰。 (2) 倍频峰：出现在基频峰波数二倍处。如基频为900cm,倍频为 -1 1800cm o 4红外光谱吸收峰的强度
红外光谱分析 红外光谱与分子的结构密切相关，是研究表征分子结构的一种有效手段，与其它方法相比较，红外光谱由于对样品没有任何限制，它是公认的一种重要分析工具。在分子构型和构象研究、化学化工、物理、能源、材料、天文、气象、遥感、环境、地质、生物、医学、药物、农业、食品、法庭鉴定和工业过程控制等多方面的分析测定中都有十分广泛的应用。 红外光谱可以研究分子的结构和化学键，如力常数的测定和分子对称性等，利用红外光谱方法可测定分子的键长和键角，并由此推测分子的立体构型。根据所得的力常数可推知化学键的强弱，由简正频率计算热力学函数等。分子中的某些基团或化学键在不同化合物中所对应的谱带波数基本上是固定的或只在小波段范围内变化，因此许多有机官能团例如甲基、亚甲基、羰基，氰基，羟基，胺基等等在红外光谱中都有特征吸收，通过红外光谱测定，人们就可以判定未知样品中存在哪些有机官能团，这为最终确定未知物的化学结构奠定了基础。 由于分子内和分子间相互作用，有机官能团的特征频率会由于官能团所处的化学环境不同而发生微细变化，这为研究表征分子内、分子间相互作用创造了条件。 分子在低波数区的许多简正振动往往涉及分子中全部原子，不同的分子的振动方式彼此不同，这使得红外光谱具有像指纹一样高度的特征性，称为指纹区。利用这一特点，人们采集了成千上万种已知化合物的红外光谱，并把它们存入计算机中，编成红外光谱标准谱图库，人们只需把测得未知物的红外光谱与标准库中的光谱进行比对，就可以迅速判定未知化合物的成份。 下面将对红外光谱分析的基本原理做一个简单的介绍。 红外吸收光谱是物质的分子吸收了红外辐射后，引起分子的振动-转动能级的跃迁而形成的光谱，因为出现在红外区，所以称之为红外光谱。利用红外光谱进行定性定量分析的方法称之为红外吸收光谱法。 红外辐射是在 1800年由英国的威廉.赫谢(Willian Hersher) 尔发现的。一直到了1903年，才有人研究了纯物质的红外吸收光谱。二次世界大战期间，由于对合成橡胶的迫切需求，红外光谱才引起了化学家的重视和研究，并因此而迅速发展。随着计算机的发展，以及红外光谱仪与其它大型仪器的联用，使得红外光谱在结构分析、化学反应机理研究以及生产实践中发挥着极其重要的作用，是“四大波谱”中应用最多、理论最为成熟的一种方法。 红外光谱法的特点： 1•气态、液态和固态样品均可进行红外光谱测定；
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 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 ~ 1000叩，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 ~ 2.5 叩），中红外光区（2.5 ~ 25卩m ），远红外光区（25 ~ 1 OOO^m ）。 近红外光区（0.7 5 ~ 2.5叩） 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 ~ 25叩） 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（25〜10 00叩）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。纵坐标为百分透射比T%，因而吸收峰向下，向上则为谷；横坐标是波长■（单位为叩），或波数（单位为cm-1）。 波长，与波数之间的关系为： 1 4 波数/ cm- =10 / （■ / ^m ） 中红外区的波数范围是4000〜400 cm-1。 二、红外光谱法的特点 紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特别是具有共轭体系的有机化合物，而红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）。因此，除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等之外，几乎所有的有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在分子量上只有微小差异的化合物外，凡是具有结构不同的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱。通常红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度，反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与分子组成或化学基团的含量有关，可用以进行定量分析和纯度鉴定。由于红外光谱分析特征性强，气体、液体、固体样品都可测定，并具有用量少，分析速度快，不破坏样品的特点。因此，红外光谱法不仅与其它许多分析方法一样，能进行定性和定量分析，而且该法是鉴定化合物和测定分子结构的最有用方法之一。 一、产生红外吸收的条件
红外光谱分析（FT-IR） 傅立叶变换红外光谱（FT-IR）是一种强大的技术，可用于获取吸收/排放固体、液体或气体的红外光谱。当红外辐射穿过被测样品时，一部分红外辐射会被官能团的特定共价键吸收，另一部分红外辐射则直接穿透收集到的光谱代表了分子的吸收和传输，形成了用于化学鉴定的分子指纹。这也使得红外光谱可用于多种类型的分析。傅立叶变换红外光谱仪同时收集宽波长范围内的高分辨率光谱，这与色散光谱仪相比具有显著的优势，色散光谱仪一次只能测量相当窄波长范围内的峰值强度。 傅立叶变换红外光谱（FT-IR）分析。 傅立叶变换红外光谱仪可用于所有使用色散仪来提高灵敏度和速度的应用，能够优
于红外光谱分析的色散法或滤光片法取决于其：1，非破坏性；2，无需外部校准；3，速度更快；4，灵敏度更高；5，光通量更高；6，操作更简单。 傅立叶变换红外光谱仪分析应用。 1.基于同质异性、同系物、几何和光学异构体的光谱差异进行化学鉴定； 2.根据吸收的波长鉴定被测化学品中的官能团； 3.通过研究潜在污染物的峰值进行纯度估算； 4.通过比较特定官能团的峰跟踪化学反应过程； 5.通过监测特定峰对化学物质进行定量分析。 百泰派克生物科技BTP基于CNAS/ISO9001双重质量认证体系建立七大检测平台，采用Thermo公司Nicolet系列仪器建立FT-IR分析平台，测定样品中蛋白和多肽的红外光谱，并进行后续的基线校正、Gaussian去卷积、二阶导数拟合，最终根据峰面积确定样品中蛋白和多肽的二级结构信息。联系我们，免费项目咨询。 百泰派克生物科技生物制品表征服务内容。 FT-IR分析一站式服务。 您只需下单-寄送样品。 百泰派克生物科技一站式服务完成：样品处理-上机分析-数据分析-项目报告。
红外光谱解析方法 红外光谱解析是一种常用的分析方法，通过测量样品在红外辐射下吸收或散射的光谱信息，来获取样品的结构和化学成分。以下是几种常见的红外光谱解析方法： 1.峰位分析 峰位分析是最常用的红外光谱解析方法之一。它通过观察和分析红外光谱图中各个峰的位置，来推断样品中存在的基团或化学键。不同功能基团或化学键的振动频率和强度在红外光谱上表现出不同的峰位和峰型，可以根据这些特征进行定性和定量分析。 2.强度比较 强度比较是一种简单而有效的红外光谱解析方法。它通过比较不同峰的吸收峰值强度，来判断样品中不同基团或化学键的相对含量。通常情况下，吸收峰的强度与样品中相应基团或化学键的浓度成正比关系，因此可以通过计算峰的积分面积或峰高来确定各个组分的相对含量。 3.区域积分 区域积分是一种基于峰下面积的红外光谱解析方法。它通过选择特定的波数范围，在该范围内计算吸收峰的积分面积，来确定样品中某个组分的含量。这种方法常用于定量分析和比较不同样品之间的差异。 4.傅里叶变换 傅里叶变换是一种在红外光谱解析中广泛应用的数学方法。它可以将时域信号转换为频域信号，通过分析不同频率的成分来获取样品的结构和化学成分。傅里叶
变换可用于去除背景干扰、峰形修正、谱图平滑等处理，从而提高红外光谱的质量和解析度。 5.拉曼光谱 拉曼光谱是一种与红外光谱密切相关的分析技术。它通过测量样品散射的光谱信息，来研究样品的振动和转动模式。与红外光谱相比，拉曼光谱能够提供更多关于分子结构和化学键的信息，尤其对于非极性物质的分析具有重要意义。 综上所述，红外光谱解析方法包括峰位分析、强度比较、区域积分、傅里叶变换和拉曼光谱等。这些方法可以单独使用或结合起来，用于对样品进行定性和定量分析，推断其化学成分和结构特征，从而在化学、材料科学、生物医学等领域中发挥重要作用。
红外光谱分析 一．基本原理 红外吸收光谱(Infrared Absorption Spectrum，IR)是利用物质的分子吸收了红外辐射后，并由其振动或转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，得到分子振动能级和转动能级变化产生的振动-转动光谱，因为出现在红外区，所以称之为红外光谱。利用红外光谱进行定性、定量分析及测定分子结构的方法称为红外吸收光谱法。 当分子受到红外光的辐射，产生振动能级的跃迁，在振动时伴有偶极矩改变者就吸收红外光子，形成红外吸收光谱。若用单色的可见光照射(今采用激光，能量介于紫外光和红外光之间)，入射光被样品散射，在入射光垂直面方向测到的散射光，构成拉曼光谱。通常将红外光谱区按波长分为3个区域，即近红外区、中红外区、远红外区，如下表所示： 1. 分子振动类型 有机分子中诸原子通过各类化学键联结为一个整体，当它受到光的辐射时，发生转动和振动能级的跃迁。简单的双原子化合物如A-B 的振动方式是A 和B 两个原子沿着键的方向作节奏性伸和缩的运动，可以形象地比作连着A、B 两个球的弹簧的谐振运动。为此A-B 键伸缩振动的基频可用胡克定律推导的公式计算其近似值
式中，f 是键的振动基频，单位为cm-1；c 是光速；k 是化学键力常数，相当于胡克弹簧常数，是各种化学键的属性，代表键伸缩和张合的难易程度，与原子质量无关；m 是原子的折合质量，即 m=m1·m2/(m1+m2)。上式表明键的振动基频与力常数成正比，力常数越大，振动的频率越高。振动的基频与原子质量成反比，原子质量越轻，连接的键振动频率越高。上述是双原子化合物。多原子组成的非线型分子的振动方式就更多。含有n 个原子就得用3n 个坐标描述分子的自由度，其中3 个为转动、3 个为平动、剩下3n-6 个为振动自由度。每一种振动按理在红外光谱中都应该有其吸收峰，但是事实上只有在分子振动时有偶极矩的改变才会产生明显的吸收峰。如顺式二氯乙烯在1580 cm-1处有双键振动的强吸收峰。高度对称的化学键，如反式二氯乙烯分子中的双键，由于分子振动前后的偶极矩没有改变，此种双键在红外光谱中无吸收峰(1665 cm-1处的弱吸收峰是845cm-1和825 cm-1的合频)。由于对称双键极化度发生改变，因此在拉曼光谱中1580 cm-1 处有强吸收峰。 如3-甲基-l,2-丙二烯的红外光谱在2000～1925 cm-1处有丙二 烯基团(C= C= C)的特征峰。同样含有该基团的4-甲基-1,2-丙二烯，由于分子对称，在振动中无偶极矩变化而无此吸收峰。 3-甲基-1，2-丙二烯4-甲基-1，2-丙二烯非线型分子中各基团有两种振动：伸缩振动用符号“ν”表示；弯曲振动用符号“δ”表示。前者是沿原子间化学键的轴作节奏性伸和缩的振动。当两个化学键在同一平面内均等地同时向外或向内伸缩振动为对称伸缩振动(νs)(见下图a)。若是一个向外伸展，另一个向内收缩为不对称伸缩振动(νas )(见下图b)。在正常振动中引起键角改变的振动称弯曲振动。向内弯曲的振动为剪动(δ)(见
红外光谱分析 简介 红外光谱分析（Infrared Spectroscopy）是一种常用的分析技术，用于研究物质的结构和组成。通过测量物质对红外辐射的吸收和散射情况，可以获取有关分子振动和结构的信息。红外光谱分析广泛应用于有机化合物的鉴定和定量分析、材料分析、环境和食品安全监测等领域。 原理 红外光谱分析基于物质分子的振动和转动产生的谱线。大部分物质的振动频率位于红外光谱范围内，因此该技术可以用来研究物质的结构和组成。红外光谱分析的原理可概括为以下几个方面： 1.吸收谱线：物质分子在特定波长的红外辐射下，会 吸收特定频率的红外光，产生吸收谱线。不同官能团或结构单位的振动频率不同，因此吸收谱线可以用来识别物质的组成和结构。
2.波数：红外光谱中使用波数来表示振动频率。波数 与波长的倒数成正比，常用的单位是cm-1。波数越大，振动频率越高。 3.力常数：物质分子中的振动频率受到分子内力的限制，可以通过量化力常数来描述。力常数与振动能量相关，可以通过红外光谱数据计算得到。 4.傅里叶变换红外光谱（FTIR）：FTIR是一种常用的红外光谱仪器，利用傅里叶变换原理将红外辐射的吸收信 号转换为频率谱线。FTIR具有快速、高分辨率和高灵敏度的特点，适用于各种物质的分析。 实验步骤 进行红外光谱分析通常需要以下步骤： 1.样品制备：将待分析的样品制备成适当形式，如固 体样品可以通过压片或混合胶制备成薄片，液体样品可以 直接放置在红外吸收盒中。在制备过程中需要注意去除杂 质和保持样品的均匀性。
2.仪器校准：使用已知物质进行仪器校准，确保红外 光谱仪的准确性和灵敏度。校准样品通常是有明确红外光 谱特征的化合物，如苯环等。 3.获取红外光谱：将样品放置在红外光谱仪中，启动 仪器进行红外辐射的扫描。扫描过程中，红外光谱仪会记 录样品对吸收红外辐射的响应。得到光谱数据后，可以进 行后续的数据处理和分析。 4.数据处理和分析：利用软件工具对得到的光谱数据 进行处理和分析。可以进行谱图解析、峰归属、谱峰定量 分析等，以获取更详细的信息。 应用领域 红外光谱分析在各个领域都有广泛的应用，包括但不限于： 1.有机化合物鉴定：红外光谱分析可以用来确定有机 化合物的官能团组成和分子结构。根据红外光谱上的吸收 谱线特征，可以推测化合物中有哪些化学键和官能团。 2.药物研究：红外光谱分析可用于药物的质量控制和 分析。可以通过光谱特征来确定药物的纯度、药效成分的 含量等。
红外图谱分析是光谱分析技术中的一种，它利用红外光作为光源，检测样品的吸收、反射、散射等特性，从而得到样品的分子结构和化学组成。下面是红外图谱分析方法的详细步骤： 一、准备工作 在进行红外图谱分析之前，需要准备好相应的仪器和样品。红外光谱仪通常由光源、光阑、干涉仪、样品室、检测器等部分组成。在采集样品红外光谱时，需要使用专门的样品制备技术，如样品压制、样品溶液制备等。 二、样品制备 样品制备是红外图谱分析中非常重要的一步，因为只有样品中的分子在红外光的作用下产生吸收、反射、散射等特性，才能得到样品的分子结构和化学组成。样品制备需要根据样品的性质和所用光谱仪的类型来选择不同的制备方法，如固体样品需要进行研磨和压片，液体样品需要进行溶液制备等。 三、谱图解析 在采集到样品的红外光谱后，需要通过谱图解析来得到样品的分子结构和化学组成。谱图解析需要掌握一定的方法技巧，例如： 1. 确定光谱类型：根据光谱中出现的特征峰，确定光谱的类型。例如，如果是伸缩振动，则可以判断出样品的分子结构中存在这种键。 2. 确定基团：根据特征峰的位置和形状，确定样品中存在的基团。例如，如果出现了苯环的振动吸收峰，则可以判断出样品中含有苯环结构。 3. 确定分子结构：通过确定基团和键的类型，可以得到样品的分子结构。例如，如果一个化合物的红外光谱中出现了C-H键的振动吸收峰，则可以判断出这个化合物的分子结构中存在C-H键。 四、定量分析 除了定性分析外，红外光谱还可以用于定量分析。通过测量特征峰的强度和宽度等参数，可以计算出样品中某种物质的含量。例如，可以利用红外光谱技术测定高聚物中某种单体的含量。 五、应用领域 红外光谱在多个领域都有广泛的应用，例如：
红外光谱分析全解 1.原理： 2.仪器设备： 红外光谱仪是进行红外光谱分析的主要仪器设备。它包含光源、样品室、光路、检测器等主要部件。常见的红外光谱仪有紫外-可见光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪等。 3.分析方法： 红外光谱分析有多种方法，常见的有透射法、反射法和散射法。透射法是将样品放置于红外光路中，测量经过样品后的光强，通过光的吸收程度来推断样品的组成和结构。反射法是将样品放置在反射表面上，通过测量反射光的强度来分析样品。散射法是通过散射光的特征来确定物质的类型和性质。 4.特点与优势： -非破坏性：红外光谱分析不会对样品造成任何破坏，样品可以保持原样，并且可以进行多次测量。 -快速准确：红外光谱分析可以在短时间内获得准确的结果，对于合成化合物或未知化合物的鉴定非常有用。 -无需标准样品：红外光谱分析可以在没有标准样品的情况下进行定性和定量分析，比如混合物的组分分析和其中一成分的含量测定。 -多样性：红外光谱分析可以应用于各种物质的鉴定和分析，包括有机物、无机物、生物大分子等。
5.应用领域： -药物研发：红外光谱可以用于新药的结构鉴定和药物质量控制。 -食品质检：红外光谱可以用于食品成分和质量的分析，包括检测食品中的添加剂、污染物等。 -环境监测：红外光谱可以用于大气污染物的检测和分析，包括颗粒物、有毒气体等。 -工业化学：红外光谱可以用于工业化学过程中的原料监测、反应过程监测和产物分析。 -生物医学：红外光谱可以用于生物体内分子的结构和组成分析，对于疾病的早期诊断具有重要意义。 综上所述，红外光谱分析作为一种非破坏性的、快速准确的化学分析方法，在许多领域都有广泛的应用。它通过测量物质对红外辐射能量的吸收和散射来鉴定物质的类型、结构和性质，为化学研究和应用开辟了新的途径。
红外光谱分析原理 1. 引言 红外光谱分析是一项用于检测和分析物质组成和结构的无损分析方法。通过测量物质在红外光谱区域的吸收与辐射能量之间的关系，可以获取关于样品组成和化学结构的信息。本文将介绍红外光谱分析的原理和常见应用。 2. 原理 红外光谱分析基于物质分子的振动和转动能级的变化。红外光谱区域位于可见光谱和微波光谱之间，对应频率范围为1.3×10^13 Hz至4.3×10^13 Hz。在红外光谱区域，分子在特定频率的红外辐射下会发生振动，不同的分子具有不同的振动频率和振动模式。 一般来说，红外光谱分析可分为三个主要区域：近红外区（2.5μm-25μm）、中红外区（2.5μm-50μm）和远红外区（50μm-1000μm）。其中，中红外区是最常用的。 在红外光谱分析中，常用的仪器是红外光谱仪。该仪器工作原理基于被测物质对红外光的吸收。红外光谱仪将红外光通过样品，
测量通过样品的光强与未经样品的光强之间的差异。这个差异信息被转换为光谱图，显示样品在红外光谱区域的吸收特征。 3. 应用 红外光谱分析在许多领域和行业中广泛应用。 3.1 有机化学 红外光谱分析在有机化学中被用于推断有机分子的结构和功能基团。通过测量样品在红外光谱区域的吸收峰，可以确定有机化合物中的氢键、羧基、酮基等功能基团。 3.2 食品工业 在食品工业中，红外光谱分析可用于检测食品中的脂肪、蛋白质、糖类等成分。通过与已知成分的红外光谱进行比对，可以快速准确地确定食品中各种成分的含量。 3.3 环境监测 红外光谱分析在环境监测中可用于检测大气中的污染物和水体中的有机物。通过分析红外光谱图，可以确定样品中的有机化合物种类和含量，从而评估环境的污染程度。
红外光谱分析 红外光谱分析是一种用于物质表征和分析的重要技术方法。它利 用红外光波与物质相互作用的特性，通过测量物质对不同波长红外光 的吸收、散射或透射行为，来了解物质的结构、组成和特性。红外光 谱分析在化学、生物、医药、农业、环保等领域得到广泛应用。 红外光谱分析是一种非破坏性的分析技术，可以对样品进行快速、准确的分析，而无需对样品进行特殊处理。这使得红外光谱分析在实 际应用中非常方便，特别适用于对大多数无机和有机化合物的分析。 在红外光谱分析中，主要利用了物质与红外光的相互作用。红外 光的频率范围通常被分为近红外区、中红外区和远红外区。这些不同 区域的红外光与样品分子之间的相互作用方式也不相同，因而可以提 供不同的信息。近红外区主要用于有机物的结构表征和定性分析，中 红外区则用于有机物和无机物的定性和定量分析，而远红外区则常用 于无机物的分析。 红外光谱仪是进行红外光谱分析的主要工具。红外光谱仪的核心 部分是一个光学系统，用于将红外光进行分光和检测。光谱仪通过扫 描不同波长的红外光，得到样品在不同波长下的吸收、散射或透射光 强度的变化。这些光谱数据可以表示为一个光谱图，通常是以波数 （cm-1）作为横坐标，吸光度或透射率作为纵坐标。 红外光谱图是红外光谱分析的结果，它可以提供有关样品组成和 结构的信息。根据不同波数下的吸收峰位置和强度，可以推断样品中 的官能团、键合情况、分子构型等信息。通过与已知物质的红外光谱 进行比对，还可以对未知物质进行鉴定和定性分析。 红外光谱分析在化学研究和工业实践中具有广泛的应用。它可以 用于药物开发中的药物结构表征和质量控制，可用于环境监测中的水 质和空气质量分析，也可以用于食品和农产品的质量安全检测。此外，红外光谱分析还可以用于病理学、生物学和生物医药等领域的研究。 红外光谱分析作为一种重要的分析方法，不仅可以为科学研究提
红外光谱图分析 简介 红外光谱图分析是一种常见的分析方法，广泛应用于化学、生物、材料等领域。通过测量样品在红外光谱范围内的光吸收，可以获得关于样品中分子结构和化学键的信息。本文将简要介绍红外光谱图的基本原理、数据处理和常见应用。 基本原理 红外光谱图是由红外光谱仪测量得到的，其原理基于分子 吸收特性。在红外光谱范围内，分子会吸收特定波长的红外光，这些波长对应于分子振动和转动。通常，红外光谱图的横坐标为波数（cm^-1），纵坐标为吸光度或透射率。 数据处理 对于红外光谱图的数据处理，通常需要进行以下几个步骤： 1.基线校正：红外光谱中可能存在噪声或基线漂移， 需要通过基线校正来消除这些干扰。一种常见的方法是使 用多项式函数拟合基线。
import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 生成示例数据 x = np.linspace(4000, 400, 1000) y = np.random.normal(0, 0.1, size=1000) + np.exp (-0.01 * x) # 多项式拟合 coefficients = np.polyfit(x, y, 3) baseline = np.polyval(coefficients, x) # 绘制结果 plt.plot(x, y, label='Original Spectrum') plt.plot(x, baseline, label='Baseline') plt.legend() plt.xlabel('Wavenumber (cm$^{-1}$)') plt.ylabel('Absorbance') plt.title('Baseline Correction') plt.show() 2.峰提取：在光谱图中，各个峰代表了样品中不同的 化学键和功能团。通过峰提取可以定量分析样品中的各个成分。 import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from scipy.signal import find_peaks # 生成示例数据 x = np.linspace(4000, 400, 1000)
红外光谱分析方法 红外光谱分析是一种常见的化学分析方法，它通过测量样品在红外光谱区域的吸收和散射来获取样品的结构信息和化学组成。红外光谱分析方法的原理基于分子与红外光的相互作用，当样品中的化学键振动或分子转动产生能量变化时，会吸收相应波长的红外光。通过分析吸收峰的位置、相对强度和形状，可以确定样品中的官能团、键的类型和化学结构。 1.样品制备：将待分析的样品制备成均匀的固体、液体或气体样品。固体样品可以直接放置在红外光谱仪的样品夹中，液体样品则可以放置在透明的红外吸收池中。 2.光谱采集：根据样品状态的不同，选择合适的红外光源和检测器。红外光源产生的光经过一个干涉仪，分为参考光束和样品光束。参考光束和样品光束分别通过样品和参考样品后，进入探测器中进行测量。测量得到的数据会被转换成光谱图形。 3.光谱解析：通过分析光谱图形，确定各吸收峰的位置、相对强度和形状，以确定样品中包含的官能团和化学键的类型。常用的解析方法包括查找标准库、峰指认和功能组对比。 4.数据分析：对光谱数据进行进一步的处理和分析，可以使用数据分析软件进行峰面积计算、定量分析和比较分析。此外，还可以进行谱图拟合、降噪处理和谱图修正等。 红外光谱分析方法广泛应用于有机化学、无机化学、生物化学和材料科学等领域。它可以用于测定物质的纯度、鉴别不同化合物、判断化学键的类型和确定结构等。例如，在有机化学中，红外光谱可以用于确定醇、
酮、醛、羧酸等不同官能团的存在和位置；在无机化学中，红外光谱可以用于研究配位化合物的配位方式和金属氧化态等。 总之，红外光谱分析方法是一种简便、快速、无损的化学分析方法，通过测量样品在红外光谱区域的吸收和散射来获取化学信息和结构信息。它在化学研究、材料分析和质量控制等方面具有重要的应用价值。
红外光谱分析 一、引言 红外光谱分析是一种广泛应用于化学、物理、生物等领域的分析技术。通过对物质吸收、发射、散射红外光谱的研究，可以确定物质的分子结构、功能基团和化学键等信息。本文将介绍红外光谱分析的原理、仪器设备和应用领域，并探讨其在不同领域的应用前景。 二、原理及仪器设备 A. 红外光谱的原理 红外光谱是指物质在红外辐射下的吸收、发射、散射谱。红外光谱谱图中的吸收峰对应着物质的特定振动模式，通过与已知物质的吸收峰进行比对，可以确定待测物质的组成和结构。 B. 红外光谱仪的工作原理 红外光谱仪主要由红外光源、样品室、光谱分析器和红外光谱仪操作系统组成。红外光源发出红外辐射，经过样品室中的待测物质，被吸收部分将影响到传入光谱分析器的光线，分析器将光信号转换成电信号，并在计算机操作系统中显示光谱图。 C. 常用红外光谱仪的类型 1. 红外线分光光度计 2. 红外线显微镜
3. 傅里叶红外光谱仪 4. 近红外光谱仪 三、应用领域 A. 化学领域 1. 有机化合物分析：红外光谱可以确定有机化合物的官能团和分子结构，用于鉴定化合物纯度、反应程度等。 2. 药物研发：通过红外光谱分析药物的活性成分、药效成分，提高药物研发的效率与质量。 B. 环境领域 1. 空气污染监测：红外光谱可用于检测大气中的有害气体，如二氧化碳、一氧化碳等，对环境保护和监测具有重要意义。 2. 水质分析：利用红外光谱可以检测水中溶解的有机物和无机物，分析水质的污染程度。 C. 生物医学领域 1. 蛋白质结构研究：红外光谱可以研究蛋白质的次级结构，帮助研究蛋白质的折叠、稳定性等关键问题。 2. 癌症诊断：通过对血液、尿液等样本的红外光谱分析，可以实现对肿瘤的早期检测与诊断。 四、红外光谱分析的前景与挑战
1 概述 历史 1800年，英国物理学家W.Herschel在研究太阳光谱时发现了红外光 1892年，科学家发现凡含甲基的物质在3.4微米处均有一吸收带 1905年，科学家Coblentz系统研究了上百种化合物的红外吸收光谱，并总结了物质分子基团与其红外吸收带间的关系 1930年，光的二象性和量子力学理论的提出，使红外吸收光谱法的研究更深入发展。 红外光谱机理 红外吸收光谱又称为分子振动转动光谱，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，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的曲线，就可以得到红外吸收光谱。 红外光谱用途 定性鉴别、结构分析及定量分析。以前2者为主。 （1）分子结构的基础研究：应用红外光谱可以测定分子的键长、键角，以此推断出分子的立体构型、晶体结构，根据所得的力学常数可以知道化学键的强弱；由频率来计算热力学函数，等等。 （2）红外光谱用于化合物的定性分析具有鲜明的特征，根据化合物的红外光谱的特征基团频率、形状和强度来鉴定物质含有哪些基团，从而确定有关化合物的类别、组分含量测定。 利用红外光谱进行定性、定量、结构分析的方法称为红外光谱法或红外分光光度法（Infrared spectrophotometry, IR） 红外光谱优点 对研究的对象无限制，气、液、固都可以；特征性强，被称为“分子指纹”；操作简便、分析快速、样品用量少、破坏小；具有大量标准谱图可以对照。
局限性 （1）有些物质不产生红外光谱，如原子、单原子离子，同质双原子分子，有些物质不能用红外光谱法鉴别：如光学异构、不同分子量的同种高聚物； （2）有些复杂吸收带无法解释，特别是指纹区。有时必须与拉曼光谱、核磁、质谱等方法结合才能得出最后鉴定； （3）用于定量分析的准确度和灵敏度低于可见、紫外光谱法。 1.1 红外光区的划分 波长大于0.75 μm，小于500 μm（或1000 μm）的电磁波称为红外线（Infrared 中红外光区是研究最多的区域，本章主要讨论中红外光区吸收光谱。 红外吸收光谱一般用T-σ曲线表示。纵坐标为百分透过比（单位为%），因而吸收峰向下，向上则为谷。横坐标是波数σ（单位为cm-1） 波长λ与波数σ的关系为σ/ cm-1=104(λ/μm)-1。因此，中红外光区的波数范围是4000 cm-1-400 cm-1。用波数描述吸收谱带较为简单，且便于与拉曼光谱进行比较。 1.2 红外吸收光谱与紫外吸收光谱的区别 （1）机理不同 紫外吸收光谱由电子能级跃迁跃迁引起紫外线波长短、频率高、光子能量大，能引起分子外层电子的能级跃迁。电子跃迁虽然伴随着振动及转动能级跃迁，但因后者能级差小，常被紫外吸收曲线所淹没。除某些化合物（如苯等）蒸气的紫外吸收光谱会显现振动能级跃迁外，一般不显现。因此，紫外吸收光谱属电子光谱，光谱简单。 中红外吸收光谱由振-转能级跃迁引起红外线的波长比紫外线长，光子能量比紫外线小得多，只能引起分子的振动能级并伴随转动能级的跃迁，因此，中红外光谱是振动-转动光谱，光谱复杂。 （2）适用范围不同