波谱解析件之一红外光谱

手把手教你红外光谱谱图解析一、红外光谱的原理[1]1. 原理样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，是振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。

辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构2.红外光谱特点红外吸收只有振-转跃迁，能量低；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；特征性强，可定性分析，红外光谱的波数位置、波峰数目及强度可以确定分子结构；定量分析；固、液、气态样均可，用量少，不破坏样品；分析速度快；与色谱联用定性功能强大。

3.分子中振动能级的基本振动形式红外光谱中存在两类基本振动形式：伸缩振动和弯曲振动。

图一伸缩振动图二弯曲振动二、解析红外光谱图1.振动自由度振动自由度是分子独立的振动数目。

N个原子组成分子，每个原子在空间上具有三个自由度，分子振动自由度F=3N-6(非线性分子)；F=3N-5(线性分子)。

为什么计算振动自由度很重要，因为它反映了吸收峰的数量，谱带简并或发生红外非活性振动使吸收峰的数量会少于振动自由度。

U=0→无双键或环状结构U=1→一个双键或一个环状结构U=2→两个双键，两个换，双键+环，一个三键U=4→分子中可能含有苯环U=5→分子中可能含一个苯环+一个双键2.红外光谱峰的类型基频峰：分子吸收一定频率红外线，振动能级从基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰，基频峰的峰位等于分子或者基团的振动频率，强度大，是红外的主要吸收峰。

泛频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激发态、第三振动激发态等高能态时产生的吸收峰，此类峰强度弱，难辨认，却增加了光谱的特征性。

特征峰和指纹峰：特征峰是可用于鉴别官能团存在的吸收峰，对应于分子中某化学键或基团的振动形式，同一基团的振动频率总是出现在一定区域；而指纹区吸收峰特征性强，对分子结构的变化高度敏感，能够区分不同化合物结构上的微小差异。

波谱解析名词解释
波谱解析是一种审查事物性质的分析技术，它基于物质与辐射的相互作用关系，通过观察和研究光、电磁波、声波等辐射的频率或波长分布特征，从中获取有关物质的结构、成分、性质等信息。

在波谱解析中，有许多重要的名词需要解释，下面将就其中的几个进行解释：
1. 光谱：光谱是指在光学仪器上通过分光装置观察到的辐射能量强度与波长或频率的关系图像。

光谱可以提供光的成分、色彩、强度、温度等信息，是波谱解析的重要手段之一。

2. 紫外-可见吸收光谱：这是一种常用的波谱解析方法，用于分析物质的成分和浓度。

当物质受到紫外光或可见光照射时，它会吸收一部分光能，而受到吸收的光谱可以被记录下来从而得到有关物质的信息。

3. 红外光谱：红外光谱是一种利用红外光与物质相互作用的波谱解析方法。

红外光谱可以分析物质的化学结构、键的种类和数量，以及功能基团等信息。

红外光谱在有机化学、药学、材料科学等领域有广泛应用。

4. 质谱：质谱是一种将物质分子进行离子化并进行质量分析的波谱解析方法。

质谱可以提供物质的分子量、元素组成以及化合物分析等信息。

质谱广泛应用于有机化学、环境科学、生物医学等领域。

5. 核磁共振波谱：核磁共振波谱是一种利用原子核在外加磁场和射频辐射作用下的特征信号进行分析的波谱解析方法。

核磁共振波谱可以提供物质的分子结构、化学环境、官能团等信息，被广泛应用于有机化学、生物化学、医学等领域。

波谱解析作为一种重要的科学手段，在物理学、化学、生物学等众多领域有广泛的应用。

通过解析和研究波谱，可以揭示物质的本质和行为，为科学研究、工程设计、医学诊断等提供重要支持。

第三章红外光谱分析法紫外-可见吸收光谱常用于研究具有共轭体系的有机化合物，而红外吸收谱则主要研究在振动中伴随偶极矩变化的化合物。

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，可用以鉴定未知物结构组成或确定其化学基团。

由于红外光谱分析特征性强，对气体、液体、固体均可分析，是鉴定有机化合物的最常用的方法之一。

常用的范围是400 - 4000cm-1。

一、红外吸收光谱的基本原理红外吸收光谱产生应满足两个条件：(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；(2)辐射与物质间有相互偶合作用。

分子在振动过程中必须有瞬间偶极矩的改变。

对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。

如：N2、O2、Cl2 等。

非对称分子：有偶极矩，红外活性。

分子的振动可近似看为一些用弹簧连接的小球的运动。

分子的振动能级（量子化）： E振=（V+1/2）hnV：化学键的振动频率；n：振动量子数。

任意两个相邻的能级间的能量差为：K化学键的力常数，与键能和键长有关， m为双原子的折合质量 m =m1m2/（m1+m2）发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。

多原子分子的振动多原子分子的振动较双原子分子振动复杂得多。

其振动的基本类型有伸缩振动（ν）和弯曲振动（δ）两大类。

伸缩振动是指原子沿键轴方向伸缩，使键长发生周期性变化的振动。

由于振动偶合作用，3个原子以上的基团还可分为对称伸缩振动和不对称伸缩振动，表示为ν对称和ν不对称。

弯曲振动又叫变形或变角振动，指基团键角发生周期性变化的振动。

弯曲振动的力常数较小，因此常出现在低频区。

红外吸收峰的强度主要取决于吸收过程中偶极矩的变化。

变化越大，吸收越强。

通常两个原子的电负性相差越大，吸收越强。

如C=O吸收峰是大多数红外谱图中吸收最强的峰。

二、基团频率与特征吸收峰组成分子的各个基团均有其特定的红外吸收区域。

根据化学健的性质，可将其分为四个区：4000 - 2500 cm-1 氢键区；2500 - 2000 cm-1 参键区；2000 - 1500 cm-1 双键区；1500 - 1000 cm-1 单键区。

红外光谱原理及解析红外光谱（Infrared Spectroscopy）是一种常见的分析技术，通过检测物质在红外辐射下发生的振动、转动和伸缩等分子的运动引起的能级跃迁，来获取物质的结构信息和化学特性。

红外光谱广泛应用于化学、生物、药物、材料等领域，为科学研究和工业生产提供了有力的工具。

红外光谱的原理主要基于分子吸收红外辐射的现象。

分子由原子通过共价键连接而成，光谱的测量是根据分子中一些特定键的振动模式对入射光的吸收。

利用红外光谱仪，通过在样品中通过红外光或者红外辐射，使样品中的分子以不同的方式振动，然后测量样品中被吸收或反射的红外光强度的变化。

红外光谱通常使用波数（cm-1）作为横坐标，波数是以光的频率而非波长为单位的。

不同的分子和它们的化学键具有不同的振动频率和振动强度，这些不同的频率和强度表现为光谱上不同的峰和强度。

红外光谱可以分为三个区域：近红外区（4000-1400 cm-1）、中红外区（4000-400 cm-1）和远红外区（400-10 cm-1）。

在这三个区域，最常用的是中红外区域，因为大多数有机化合物和无机物的振动吸收位于该区域。

中红外光谱主要包括振动伸缩、弯曲、转动和振转结合等谱带。

振动伸缩谱带主要来自于有机分子中的C-H、O-H、N-H和C-O键等的振动。

弯曲谱带来自于烷基、芳香和杂环等分子中的键角弯曲振动。

转动谱带来自于小分子和气体的转动运动。

而振转结合谱带是指一些具有较高分子对称性的物质在红外光谱中表现出的特殊谱带。

红外光谱的解析和分析可以通过比对红外光谱仪测得的光谱图和对应的标准谱图库进行。

这些标准谱图库包括已知物质的红外光谱图，可以通过比对谱带的位置和强度与标准样品进行鉴定和分析。

此外，红外光谱还可用于物质浓度测定、物质含量定量、反应动力学研究等。

在实际应用中，红外光谱常常与其他技术结合使用，如液相色谱（HPLC）、气相色谱（GC）等。

通过与这些技术结合，可以实现对混合物中不同组分的定性和定量分析，提高分析能力和准确性。