药物分析红外吸收光谱讲解125页PPT

02
红外吸收光谱仪器
红外光谱仪的构造
01
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03
04
光源
发射一定波长的红外光，常用 光源有碘、溴钨灯等。
单色器
将光源发出的红外光分成单色 光，常用单色器有棱镜和光栅
。
样品室
放置待测样品，样品可以是气 体、液体或固体。
检测器
检测透过样品的红外光，常用 检测器有热电偶、光电导和光
电二极管等。
红外光谱仪的工作原理
红外吸收光谱的应用
确定物质成分
结构分析
通过比较标准物质的红外吸收光谱，可以 确定未知物质的成分。
红外吸收光谱的峰位置和峰强度可以提供 物质分子的振动和转动信息，有助于分析 分子结构和化学键的类型。
定量分析
反应动力学研究
通过测量样品在不同波长下的透射率或反 射率，可以计算样品中目标成分的浓度。
红外吸收光谱可用于研究化学反应过程中 分子振动和转动能级的跃迁。
特点
具有高灵敏度、高分辨率和高选 择性，能够提供物质分子的振动 和转动信息，广泛应用于化学、 物理、环境和生物等领域。
红外吸收光谱的原理
原理
当红外光与物质分子相互作用时，分 子吸收特定波长的红外光，导致分子 振动和转动能级跃迁，产生红外吸收 光谱。
影响因素
分子结构和化学键的性质决定红外吸 收光谱的特征，不同物质具有独特的 红外吸收光谱。
敏度，适用于复杂样品分析。
微型化红外光谱仪
02
通过集成光学、微电子机械系统等技术，将红外光谱仪小型化，
方便携带和移动检测。
多光谱和超光谱红外光谱仪
03
结合多光谱技术和超光谱技术，可同时获取样品多个波段的红
外光谱信息，提高分析效率。

23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈

2）变形振动：键长不变，键角变化旳 振动称为变形振动，又称变角振动。 a：面内变形振动 b：面外变形振动
图6~3
图：6~4亚甲基旳多种振动形式
2.分子振动旳自由度
N个原子构成份子。
有3N个独立运动＝平动数＋振动数＋转动数
N个原子中每个原子都能向X，Y，Z三
个坐标方向独立运动。
Z
即N个原子有3N个独立运动。
（振动能级差）
光子能量为：
E＝hvL＝ △E振 vL＝ △u • ν
1.产生红外吸收旳第一种条件
只有当红外辐射频率等于振动量子数
旳差值与分子振动频率旳乘积时，分子 才干吸收红外辐射，产生红外吸收光谱。
即 νL ＝ △υ × v
红外辐射频率
振动量数差值 分子振动频率
(1)基频峰 υ0＝0 υ ＝1 △υ=1
(HCl基频峰旳峰位为2886cm-1，HCl分子 旳振动频率为2886cm-1）
（2）倍频峰：
在红外吸收光谱上除基频峰外，还 有振动能级由基态（υ =0），跃迁至第 二振动激发态（υ＝2），第三振动激发 态（ υ＝3）…..等等，所产生旳吸收峰。 这些吸收峰称为倍频峰。
二倍频峰：
υ0→2 νL=△u·v＝(2－0) ·v ＝2 v 三倍频峰:
中强峰（m） 10 L·mol-1·cm-1 ＜ε＜20 L·mol-1·cm-1
弱峰 1 L·mol-1·cm-1 ＜ ε＜10 L·mol-1·cm-1
影响原因 1.迁跃几率，基频峰最大 2.偶极矩旳变化 ε∝△μ2
极性分子△μ→大,ε→大,吸收峰强度越大 如： ＞c=o (vs) ＞c=c＜(ω)
所产生旳 吸收峰。 即 分子吸收红外辐射后，由基态振动能
级（υ＝0 ）跃迁至第一振动激发态

光转换为电信号。
光源和样品室
提供样品所需的红外光，并保 持样品在分析过程中的稳定性 。
检测系统
用于检测电信号并转换为光谱 数据。
控制和数据处理系统
控制仪器操作，处理和显示光 谱数据。
红外吸收光谱仪器的使用与维护
仪器操作
按照操作手册正确设置和使用仪 器，确保安全性和准确性。
样品准备
根据分析需求准备样品，注意样品 的纯度和浓度。
根据样品类型选择适当的 制样方法，并按照操作步 骤进行样品制备。
将制备好的样品放入光谱 仪的样品仓中，设置合适 的扫描参数，如扫描范围 、分辨率等。
对光谱数据进行处理和分 析，提取所需的信息。
开始扫描，记录红外光谱 数据。
实验数据分析方法
峰位分析
峰形分析
通过分析红外光谱的峰位，确定特定官能 团或化学键的振动频率。
傅里叶变换红外光谱仪
基于傅里叶变换技术，具有高分辨率和灵敏度，广泛应用于化学 、物理和材料科学等领域。
差分移动红外光谱仪
通过差分技术消除背景干扰，适用于气体和液体的分析。
光声红外光谱仪
利用光声效应，适用于痕量气体和低浓度样品的分析。
红外吸收光谱仪器的结构与原理
干涉系统
是傅里叶变换红外光谱仪的核 心部分，通过干涉原理将红外
通过分析药物与生物大分子相互作用时的红外光 谱变化，可以研究药物的作用机制。
生物活性分子结构分析
分析
红外光谱可以用于检测药物代谢产物的结构和性 质。
06
红外吸收光谱分析在环境科学中的应 用
大气污染物的红外吸收光谱分析
总结词
大气污染物种类繁多，红外吸收光谱分析能够快速准确地检测出不同污染物的 成分和浓度。

红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生 分子的振动能级差远大于转动能级差 分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁
2. 产生条件
物质吸收红外辐射应满足两个条件：
辐射光具有的能量与发生振动跃迁时所需的能 量相等；
• 当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中某 个基团的振动频率和外界红外辐射的频率一致
分子振动 方程
m = m1 m2
m1 m2
c —光速 k —键力常数 u —折合质量
=
N1/ 2 A
k
2c M
M = M1 M2 M1 M2
影响基本振动频率的直接因素是相对原子质量 和化学键的力常数
C-C k 4～6 σ 1190
C=C 8～12 1683
C≡C 12～18 N/cm 2062 cm-1
辐射与物质之间有偶合作用。 实质是外界辐射迁移它的能量到分子中去
偶极矩的变化
偶极矩μ
HCl
d
H
Cl
+q
-q
H2O
H +q
-q O
d
H +q
m=qd
由于分子内原子处于在其平衡位置不断地振动的状态， 在振动过程中d 的瞬时值亦不断地发生变化，因此分 子的μ也发生相应的改变，分子也就具有确定的偶极 矩变化频率；
图 亚甲基的伸缩振动
弯曲振动（或变形振动）：基团键角发生周期变化 而键长不变的振动称为变形振动，用符号δ表示。 弯曲振动又分为面内和面外弯曲振动。
亚甲基的弯曲振动
基本振动的理论数
基本振动的数目称为振动自由度，每个振动自由度相 应于红外光谱图上一个基频吸收峰。
每个原子在空间都有三个自由度，如果分子由n 个原 子组成，其运动自由度就有3n 个；

02 红外吸收光谱仪的组成与 操作
红外吸收光谱仪的组成
01
02
03
04
光源
发射特定波长的红外光，为样 品提供能量。
干涉仪
将红外光分成两束，分别经过 样品和参比，再合并形成干涉
。
检测器
检测干涉后的红外光，转换为 电信号。
数据处理系统
处理检测器输出的电信号，生 成红外吸收光谱。
红外吸收光谱仪的操作流程
多光谱融合
将红外光谱与其他光谱技 术进行融合，实现多维度、 多角度的物质成分和结构 分析。
云平台与大数据
利用云平台和大数据技术， 实现红外光谱数据的共享、 挖掘和分析，推动科研合 作与成果转化。
感谢您的观看
THANKS
检查部件
定期检查仪器各部件是否正常 工作，如光源、干涉仪、检测 器等。
定期校准
为保证测试结果的准确性，应 定期对仪器进行校准。
数据备份
对测试结果进行备份，以防数 据丢失。
03 红外吸收光谱法的实验技 术
样品的制备与处理
样品制备
将待测物质研磨成粉末，以便更 好地分散在测试介质中。
样品处理
根据实验需求，对样品进行纯化 、干燥等预处理，以消除干扰因 素。
用于检测大气和水体中 的污染物，如挥发性有 机化合物、重金属等。
用于研究生物大分子的 结构和功能，如蛋白质、
核酸等。
红外吸收光谱法的历史与发展
历史
红外吸收光谱法自19世纪中叶被发现以来，经历了多个发展阶段，不断完善和 改进。
发展
随着仪器的改进和计算机技术的发展，红外吸收光谱法的应用范围不断扩大， 分析精度和灵敏度也不断提高。未来，红外吸收光谱法将继续在各个领域发挥 重要作用。

OHNH 游 离1690
R
R
3500 1620-1590
HH NO 氢 键1650 3400 1650-1620
HO
O
C
OC3H HO
H3C
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OH - 伸缩 2835
3705-3125
❖ （2）外部因素 ❖ 外部因素主要指测定时物质的状态以及溶剂效应等
因素。 ❖ 分子在气态时，其相互作用力很弱，此时可以观察
347.3
610.9
836.8
力常数 k(N.cm-1)
4.5
9.6
15.6
波数范围 (cm-1) 700～1200
1620～1680
2100～2600
化学键键强越强（即键的力常数K越大）、原子折合质量 越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。
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一些常见化学键的力常数如下表所示：
① 不饱和碳原子上的=C-H（ C-H ）
苯环上的-C-H
3030 cm-1
=C-H
3100 3000 cm-1
末端= CH2 3085 cm-1附近
C-H 3300 cm-1
3000 cm-1 以上
② 饱和碳原子上的－C－H
-CH3 -CH2-C-H
2960 cm-1 反对称伸缩振动 2870 cm-1 对称伸缩振动 2930 cm-1 反对称伸缩振动 2850 cm-1 对称伸缩振动 2890 cpmpt课-1件完整弱吸收
由于偶极子具有一定的原有振动 频率，只有当辐射频率与偶极子 频率相匹配时，分子才与辐射发 生相互作用而增加它的振动能， 使振幅加大，即分子由原来的基 态振动跃迁到较高的振动能级。

~3300
3100~3000
3050~3010
但分子量不同的聚合物IR光谱无明显差异。
但分子量不同的聚合物IR光谱无明显差异。
如分子量为100000和分子量为15000的聚苯乙烯，两者在4000~650 cm-1的一般红外区域找不到光谱上的差异。
双峰强度约相等(1:1)
峰强度比1:2
S
S
S
S
S
S
S
S
峰的强度 不定
不定 不定
S S
7、X-H面内弯曲振动及X-Y伸缩振动区（1475—1000 cm-1）
键的振动类型
烷基δas δs
-CH3 -C(CH3)2 -C(CH3)3
醇νC-O 伯醇 仲醇 叔醇 酚νC-O
醚νC-O 脂肪醚 芳香醚 乙烯醚
酯 胺νC-N
波数/cm-1
1460
峰的强度
1380 1385及1375双峰 1395及1365双峰
但分子量不同的聚合物IR光谱无明显差异。
2260~2120
S
R-N=N=N 经验 “四先、四后、一抓法”
饱和脂肪醛
2160~2120
S
R-N=C=N-R α,β-不饱和脂肪醛
芳香醛
2155~2130
S
饱和脂肪酮
-C=C=C- α,β-不饱和脂肪酮
α-卤代酮
~1950
S
-C=C=O 芳香酮
脂环酮(四员环)
S
S
S
S
经验 “四先、四后、一抓法”
五、解析谱图注意事项
特别注意两点：一是所用仪器与标准谱图是否一致；
2960及2870
二、指纹区和官能团区
从第1-6区的吸收都有一个共同点，每一红外吸收 峰都和一定的官能团相对应，此区域从而称为官能团 区。官能团区的每个吸收峰都表示某一官能团的存在， 原则上每个吸收峰均可以找到归属。

红外区光谱用波长和波数(wave number)来 表征 ;
波长多用μm做单位; 波数:以σ表示,定义为波长得倒数,单位cm-1,其
物理意义就是每厘米长光波中波得数目。 σ=1/λ(cm)=104/λ(μm)=υ/c 用波数表示频率得好处就是比用频率要方便,
且数值小。 一般用透光率-波数曲线或透光度-波长曲线来
第三章 红外吸收光谱分析
3、2 基本原理 3、2、2 双原子分子得振动
红外光谱就是由于分子振动能级得跃迁(同时伴有转动能级跃迁) 而产生,即分子中得原子以平衡位置为中心作周期性振动,其振幅非 常小。这种分子得振动通常想象为一根弹簧联接得两个小球体系, 称为谐振子模型。这就是最简单得双原子分子情况,如下图所示。
基频峰、倍频峰和泛频峰
分子吸收红外辐射后,由基态振动能级(V=0)跃迁至 第一振动激发态(V=1)时,所产生得吸收峰称为基频 峰。因为△V=1时, L= ,所以 基频峰得位置等于 分子得振动频率。
在红外吸收光谱上除基频峰外,还有振动能级由基态 ( V =0)跃迁至第二激发态( V =2)、第三激发态( V =3),所产生得吸收峰称为倍频峰。
在室温时,分子处于基态( V = 0): EV= 1/2h ,此时,伸缩振动得频率很小。
条件一:辐射光子得能量应与振动跃 迁所需能量相等
当有红外辐射照射到分子时,若红 外辐射得光子(L)所具有得能量(EL) 恰好等于分子振动能级得能量差 (△EV)时,则分子将吸收红外辐射而跃
迁至激发态,导致振幅增大。
多原子分子振动
多原子分子由于原子数目增多,组成分子得键 或基团和空间结构不同,其振动光谱比双原子 分子要复杂。但就是可以把她们得振动分解 成许多简单得基本振动,即简正振动。
简正振动:简正振动得振动状态就是分子质 心保持不变,整体不转动,每个原子都在其平 衡位置附近做简谐振动。