红外吸收光谱分析法FTIR

CCH (顺式） ~ 960cm（1 中 强） CCH (反式） ~ 690cm（1 中 强） 2．C=C骨架振动 CC ~ 1650cm（1 弱 不定）
• 顺式>反式
• 取代基完全对称时，峰消失
3．发生π-π共轭或n-π共轭——共轭效应将使
吸收峰位移向低波数区10~30cm-1
炔烃
1．C-H振动
1395cm1和
1365cm1双峰
CH2 ~ 1465 20cm（1 中） CH2 ~ 720cm1 (n 4)
3. C-C骨架振动 CC 1250 ~ 1140cm（1 弱中）
4）甲基与芳环或杂原子相连：
烯烃 1．C-H振动 CH 3100 ~ 3000cm（1 弱中强） CH 1010 ~ 650cm（1 强）
• （2）未知物的鉴定 是红外光谱法定性分析的一
个重要用途，涉及到图谱的解析。
二、常见有机化合物基团的特征频率 （一）脂肪烃类化合物
烷烃 1. C-H伸缩振动 CH（饱和） 3000 ~ 2850cm（1 强）
as CH 3
~ 2960cm1(很强）
s CH 3
~ 2870cm（1 很强）
as CH 2
1）面外摇摆ω：两个X原子同时向面下或面上的振 动
AX 2型分子
CH2 ~ 1300cm1
2）蜷曲τ：一个X原子在面上，一个X原子在面下的 振动
AX 2型分子
CH2 ~ 1250cm1
3．变形振动： 1）对称的变形振动δs：三个AX键与轴线的夹角同时
变大
AX 3型分子
s CH 3
~ 1375cm1
酮、醛 1．酮 CO（酮） ~ 1715cm（1 极强） • 共轭效应使吸收峰→低波数区 • 环酮：环张力↑，吸收峰→高波数区
2．醛 CO（醛） ~ 1725cm（1 强，尖锐） CH (O) ~ 2820 和 2720cm（1 双峰）
• 共轭效应使吸收峰→低波数区 • 双峰原因→费米共振 CH (O)二倍频峰与 CH (O) 2850cm1
远红外区：25~500μm （400----20cm-1 ） 纯转动光谱
中红外区能很好的反应分子内部结构，对解决分子结构和化学组成中的各种问题最为有效， 因而是红外光谱中应用最为广泛的区域，一般所说的红外光谱大都指这一范围的光谱。
二、红外光谱的作用
1．可以确定化合物的类别（芳香类） 2．确定官能团：
1．面内弯曲振动β： 弯曲振动发生在由几个原子构成的平面内
1）剪式振动δ：振动中键角的变化类似剪刀的开闭
AX 2型分子
CH2 ~ 1465 20cm1
2）面内摇摆ρ：基团作为一个整体在平面内摇动
AX 2型分子
CH2 ~ 720cm1
— (CH2 )n — n 4
2．面外弯曲γ：弯曲振动垂直几个原子构成的平面
红外吸收光谱分析法
第一节 红外吸收光谱分析概述
• 红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。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，使振-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，记录百分透过率T%
对波数或波长的曲线，即红外光谱。
~ν 1 K
2C μ
m1 m2
m1 m2
K化学键力学常数 折合质量
分子振动模型
（2）多原子分子的振动模型
伸缩振动 亚甲基：
变形振动 亚甲基
振动的类型 和表示方法
分子振动的形式（多原子分子）
一、 伸缩振动 指键长沿键轴方向发生周期性变化的振动
1．对称伸缩振动：键长沿键轴方向的运动同时发生
b）泛频峰
倍频峰：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所产生的吸收峰 （即υ=1→ υ=2，3- - -产生的峰）
即 L
来自百度文库
泛 倍频峰 二倍频峰（υ=0→υ=2） 2 L 2
频
三倍频峰（υ=0→υ=3）
峰 合频峰
L 1 2
3 L 3
差频峰（即υ=1→υ=2，3- - -产生的峰） L 1 2
1．振动能级
E振 0.05 ~ 1.0EV E转 0.0001 ~ 0.05V
E E振 E转
• 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 分子振动模型
(1) 双原子分子的简谐振动及其频率
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
1 红外吸收光谱分析
一、红外光的分区
红外线：波长在0.76~500μm (1000μm) 范围内的电磁波称为红外线。
近红外区：0.78~2.5μm （12820----4000cm-1 ） —OH和—NH倍频吸收区
中红外区：2.5~25μm （4000----400cm-1 ） 基团的基频振动、伴随转动光谱
❖红外非活性振动：分子振动不产生偶极矩的变化，
不产生红外吸收的性质
5 振动的自由度
指分子独立的振动数目，或基本的振动数目
➢ N个原子组成分子，每个原子在空间具三个自由度
➢ 振动自由度反映吸收峰数量 ;吸收峰数常少于振动自由度数;发生
了简并——即振动频率相同的峰重叠,红外非活性振动
➢ 实际工作中简正振动频率不上理论计算，而是通过试验测定，归
s CH 3
1390
CH2 1465
CH2 723
CH 3000
CC ~ 1650
CH 1010 CH2 912
CH 3300 CC ~ 2200
CH 1238
（二）芳香族化合物
1．芳氢伸缩振动 H 3100 ~ 3000cm（1 弱中）
2．芳环骨架伸缩振动——确定苯环存在
C（C 芳环）~ 1600 和 ~ 1500cm（1 强） 双峰
2）不对称的变形振动δas：三个AX键与轴线的夹角不
同时变大或减小
AX 3型分子
as CH 3
~ 1450cm1
3．基频峰与泛频峰
a）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 （即υ=0 → 1产生的峰）
1 L
➢ 基频峰的峰位等于分子的振动频率 ➢ 基频峰强度大——红外主要吸收峰
~ 2925cm（1 强）
s CH 2
~ 2850cm（1 强）
CH ~ 2890cm（1 中强，易淹没）
2. C-H弯曲振动
as CH 3
~ 1450cm（1 中）
s CH 3
~ 1375cm（1 中 强）
s C
(CH
3
)
2
等强度裂分为
1385cm1和
1375cm1双峰
s C (CH 3
)3不等强度裂分为
2．C-O伸缩振动：
CO 1250 ~ 1000cm（1 强） CO（伯醇） ~ 1050cm1 CO（酚）1300 ~ 1200cm1 CO（仲醇） ~ 1100cm1 CO（叔醇） ~ 1150cm1
✓注：酚还具有苯环特征
醚
CO 1300 ~ 1000cm1
1．链醚和环醚
CasO（C 链）1150 ~ 1060cm（1 强）
注：泛频峰强度较弱，难辨认→却增加了光谱特征性
4．红外光谱产生条件：
➢分子吸收红外辐射的频率恰等于分子振动频率整数倍
即 L
➢分子在振、转过程中的净偶极矩的变化不为0，
即分子产生红外活性振动，且辐射与分子振动发生 能量耦合。
即 0
❖红外活性振动：分子振动产生偶极矩的变化，
从而产生红外吸收的性质
第二节 红外光谱的应用
• 红外光谱的最大特点是具有特征性，谱图上的每
个吸收峰代表了分子中某个基团的特定振动形式。 据此进行化合物的定性分析和定量分析。广泛应 用于石油化工、生物医药、环境监测等方面。
• 1. 定性分析 • （1）已知物的鉴定 在得到试样的红外谱图后，
与纯物质的谱图进行比较，如果谱图中峰位、峰 形和峰的相对强度都一致，即可认为是同一物质。
1000 cm 1
H ~ 750cm（1 强，单峰）
与单取代峰位重叠
• 间取代（3个相邻H，1个孤立H）
H（三峰）
810 ~ 750cm（1 强）
725 ~ 680cm（1 较强）
900 ~ 860cm（1 中强）
• 对取代（2个相邻H）
H 860 ~ 800cm（1 强，单峰）
667 cm 1
AX 2型分子
AX 3型分子
2．反称CsH伸2 缩~ 2振85动0c：m键1 长沿键轴方CsH3向~的2运87动0c交m替1 发生
AX 2型分子
AX 3型分子
as CH 2
~
2925cm1
as CH 3
~
2960cm1
二、 弯曲振动（变形振动，变角振动）： 指键角发生周期性变化、而键长不变的振动
s C
O（链）弱
消失
2．芳醚和烯醚
as C O
1275 ~ 1200cm1
as CO( )
~ 1250cm1 (强)
s C O( )
~ 1040cm1 (中)
OH ~ 3200
CO ~ 1050 CO ~ 1100
（四）羰基化合物 CO 1900 ~ 1600cm（1 强）
峰位排序：酸酐 > 酰卤 > 羧酸（游离）> 酯类 > 醛 > 酮 > 酰胺
数k 越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收带将出现在高
波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。
(3）谱带形状（absorption bands shape) 分析的化合物越纯，吸收谱带 越尖锐，对称性越好；若是混合物，则谱带会出现重叠、加宽，对称性 破坏。
（4）谱带强度（absorption bands intensity)键两端原子电负性相差越 大（极性越大），吸收峰越强；由基态跃迁到第一激发态，产生一个强 的吸收峰，基频峰；由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收 峰，倍频峰。
H 3000
CC 1600,1500 双峰
H（邻）~ 743cm（1 单峰）
H（间）767,692
~ 900太弱
H 79（2 单峰）
（三） 醇、酚、醚
醇、酚
1．O-H伸缩振动： OH 3650 ~ 3200cm（1 强） OH（游离）3650 ~ 3600cm（1 较强 变，锐峰）
OH（缔合）3500 ~ 3200cm（1 强 中强，宽、钝峰）
纳成规律。
6 红外光谱的特征
（1）谱带数（absorption bands number) 谱带数与分子自由度有关， 基频谱带和泛频谱带。无瞬间偶基距变化时，无红外吸收。
（2）谱带位置（absorption bands location) 每一个基团的振动都有特征 振动频率，在红外光谱图中表现出特征的吸收谱带位置。化学键的力常
3．芳氢弯曲振动——判断苯的取代形式
H 1000 ~ 650cm1
➢单取代 ➢双取代 • 邻取代 • 对取代 • 间取代 ➢多取代
1. 单取代 (含5个相邻H)
H（双峰）
~ 750cm（1 强） ~ 700cm（1 较强）
1000 cm 1
667 cm 1
2. 双取代
• 邻取代（4个相邻H）
接近 分裂成双峰
C（O 酮）1715 C（O 醛）1725
C（O 酰氯）1800
CCO 900
例：化合物C8H8O2的 红外光谱如右图所示，
试推测其结构。
Ar-H
-CHO
解 ：计算不饱和度：
1
n4
n3
2
n1
1
8
08 2
5
-CH3
υC=O
C=C -CH3
CH苯
3000 cm-1有吸收，说明有 C 和H ==C-H基团存在。 靠近1700 cm-1的强度吸收，表O 明有C=O基团，结合2730 cm-1特征峰，进一步说明有醛C基H 存在，1600、 1520 cm-1有吸收说明有苯环存在。根据820 cm-1吸收 带苯为对位取代.1460、1390 cm-1是－CH3特征吸收峰， 根据以上解析并对照标准谱图确定化合物为茴H3CO香醛: CHO
例：—CO—，—C＝C—，—C≡C— 3．推测分子结构（简单化合物） 4．定量分析
三、红外光谱图表示形式的意义
通常红外光谱中习惯使用波数来表示波带的位置，代表每
厘米的包含的电磁波波数。
(cm1) 104 (m)
-CH
Ar-H
-CH3
υC=O
C=C -CH3
CH苯
2 红外分光光度法基本原理
红外吸收光谱的产生的条件
CH ~ 3300cm（1 强）
CH CH 2．C≡C骨架振动
~ 1300cm（1 强） ~ 630cm（1 强）
CC ~ 2200cm（1 中 强）
• 取代基完全对称时，峰消失
as CH 3
2960
s CH 3
2870
as CH 2
2925
s CH 2
2850
as CH 3
1460