红外光谱在分子结构分析中的应用

内蒙古农业科技２０１０（２）：１　１９～１２０　Ｉｎｎｅｒ　Ｍｏｎｇｏｌｉａ　Ａｇ，４ｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　红外光谱法在高分子科学中的应用　张俊生　，　马志东　，　尤美云　（１．内蒙古自治区水利科学研究院，内蒙古呼和浩特０１００２０；２．内蒙古地方病防治中心，内蒙古呼和浩特０１００２１：　３．内蒙古农牧业科学院，内蒙古呼和浩特０１００３１）　摘要：文章简单介绍了红外光谱的原理，介绍了红外光谱在高分子材料结构解析中应用的一些实例，通过这些实例可以理解红外光谱　在高分子材料结构解析中应用的重要性。　关键词：红外光谱；高分子；应用　中图分类号：０６３；０６５７．３３　文献标识码：Ｂ　１０．３９６９／ｊ．ｊｓｓｎ．１００７—０９０７．２０１０．０２．０６０　３￣：１００７—０９０７（２０１０）０２—０１　１９—０２　有机物解析常用的结构分析“四大谱”中．由于红外光谱法　（ＩＲ）制样方便，给出的结构信息丰富．成为各种聚合物鉴定最常　用的方法。聚合物中有很大一部分是含有酯基和苯环的．因此在　得到一未知聚合物的ＩＲ光谱图之后．首先观察在１７４０　１７２０ｃｍ　区域内是否有特征吸收谱带（属于酯基中Ｃ：０的伸缩　振动频率），以及是否有１６００ｃｍ～、１５８０ｃｍ～、１５００ｃｍ～、１４５０ｃｍ一１　（属于苯环的Ｃ＝Ｃ骨架振动频率）这四条谱带，这样就将属何种　聚合物的可能范围大大地缩小了　再选用一些表征其他基团或　结构的吸收频率（吸收谱带），就可最终实现鉴定聚合物的目的　１　聚合物红外光谱的分类　红外光谱区常分成近红外、中红外、远红外三个区．红外光　谱分析的使用范围主要是在中红外区．最常使用的波数范围是　３８００～６５０／ｃｍ～．如果分子中含有一些极性较强的基团．则对应这　些基团的一些谱带在这个化合物的ＩＲ光谱中往往是最强的．明　显地显示这个基团的结构特征。对于各种聚合物分子来说．含有　的主要极性基团是酯、酸、酰胺、酰亚胺、苯醚、脂肪醚和醇等。此　外，含有硅、硫、磷、氯和氟等杂原子的化合物也常具有较强的极　性。因此，对应这些基团的谱带在其聚合物的谱图中．常常是处　于最显著的地位．能够很特征地反映该类聚合物的结构和预示　其存在。　２几种常见高分子材料红外光谱解析实例　２．１　聚乙烯红外光谱解析　图１是聚乙烯红外光谱图。其特征谱带是在２９５０ｃｍ～．　１４６０ｃｍ。和７２０，７３０ｃｍ　处，有三个很强的吸收峰。它们分别属　于Ｃ—Ｈ的伸缩．弯曲和摇摆振动　其中７２０ｃｍ一１处光谱反映的是　６０．Ｏ　４０。０　熠２０．０　Ｏ。Ｏ　一０—　厂、一　＾　’　、　ｙ　７。　０　Ｉ．～　３０００．０　２００ｏ．０　ｌ５ｏ０．０　ｌ０００．０　５００．０　波数（ｃｍ　１　图１聚乙烯红外光谱　收稿日期：２０１０—０２—０７　无定型的聚乙烯吸收峰，７３０ｃｍ一处光谱是结晶聚乙烯吸收峰。　２．２聚氯乙烯红外光谱解析　图２是聚氯乙烯的红外光谱图。由于每个链节上有一个氯　原子．使其谱图变得复杂得多．如果不是氯原子而是氢原子就是　聚乙烯的结构。那么谱图较简单．就是前面图１的聚乙烯的谱　图。由于氯原子的影响，使Ｃ—Ｈ的弯曲振动谱带（１２５Ｏｃｍ　和　１３４０ｃｍ一）大大增强，＝ＣＨ，的变形振动也由于氯原子的影响而使　强度增加，其波数比正常的＝ＣＨ　变形振动（１４７５ｃｍ～，）向低频位　移了近５０ｅｒａ～，出现在１４３０ｃｍ　处　在８００　６００ｃｍ一１出现的强而　宽的谱带是Ｃ—Ｃ１的伸缩振动谱带。此外，在９６０ｃｉｎ一　有：ＣＨ，面　内摇摆谱带．在１１００ｃｍ一－有Ｃ—Ｃ伸缩振动谱带　冰　斟　杂　波数（ｅｒａ　１　图２聚氯乙烯的红外光谱　２．３　不饱和聚酯的红外光谱解析　图３为不饱和聚酯的红外光谱图　这一聚酯的原料单体成　分为：４０．８％邻苯二甲酸酐，２１．１％马来酸酐，１７．９％丙二醇．　２０．２％二甘醇。聚酯红外光谱的最强谱带位于１７３５ｃ　一．归属于　酯的羰基伸缩振动。位于１２７５ｃｍ一１的Ｃ一０伸缩振动证实了酯基　的存在。３１００～３０００ｃｍ　的谱带为不饱和＝Ｃ—Ｈ伸缩振动　１６４０ｃｍ　谱带为直链Ｃ＝Ｃ伸缩振动　而１６００ｃｎｌ～．１５００ｃｉｎ一１和　１４９０ｃｍ　为芳环的Ｃ＝Ｃ伸缩振动吸收引起的　７４ｏｃｍ—Ｉ为邻二　取代苯的四个相邻的氢的面外弯曲振动谱带　７１０ｃｍ一１为芳环骨　架弯曲振动谱带。这两个谱带加上７５０　７９０ｃｍ　的谱带是典型　的邻苯二酯的光谱特征　２．４未知聚合物红外光谱解析　从图４中可以排除含Ｏ—Ｈ．Ｎ—Ｈ和Ｃ；Ｎ基团．因为没有　这３个基团的吸收带出现　３１００～３０００ｃｍ一

红外光谱的原理及应用综述

红外光谱是一种通过测定物质吸收或散射红外辐射来研究物质结构和化学反应的分析方法。红外光谱所使用的光源主要是红外区域的线状源以及红外分光仪。下面将对红外光谱的原理和应用进行综述。

红外光谱基于物质在红外区域的吸收和散射现象，红外光谱的原理与分子的振动、转动和拉伸等有关。当分子的振动与辐射光子的能量相等时，分子吸收辐射光子并发生光谱峰的吸收峰。红外光谱通常分为近红外、中红外和远红外三个区域，其中近红外（2500-4000 cm-1）是最常用的区域。

分子的振动通常包括对称拉伸、不对称拉伸、弯曲与扭转等形式，不同化学物质的分子结构和键的种类会导致不同的振动频率和模式，进而表现为不同的红外光谱。

1.化学研究：红外光谱可以对化学物质的分子结构、键信息和有机化学反应进行分析。通过测量样品的红外吸收峰，可以推断样品中存在的化学官能团、碳氢化合物以及其他功能团。

2.化学品鉴定：红外光谱可以用于鉴定未知化合物，通过比对红外光谱图谱可以确定样品的分子结构和元素组成，进而鉴定样品的化学品种类和纯度。

3.药物分析：红外光谱可以对药物的分子结构进行分析，评估药物的纯度、稳定性和结构特征。

4.食品检测：红外光谱可以用于食品杂质的检测和分析，如添加剂、农药残留、重金属含量等。 5.石油和燃料分析：红外光谱可以用于石油、燃料和润滑油等的成分分析，如鉴定有机功能团、饱和度和微量元素含量。

6.环境监测：红外光谱可以应用于环境监测，如水质分析、大气污染检测和土壤分析等。

7.生物医学研究：红外光谱可用于生物体内的组织和生物分子的研究，用于分析生物标志物、蛋白质结构和药物作用机制等。

红外光谱在以上领域的应用不仅具有快速、非破坏性、灵敏度高等特点，还可以进行实时监测和定量分析。然而，红外光谱也存在分辨率较低、峰值重叠以及含水样品的干扰等问题，为了克服这些问题，可以结合其他分析方法，如红外光谱-质谱联用、拉曼光谱等。

红外光谱与分子结构

It was last revised on January 2, 2021 红外光谱与分子结构

一、红外光谱的特征性

通过对大量标准样品的红外光谱的研究，处于不同有机物分子的同一种官能团的振动频率变化不大，即具有明显的特征性。

这是因为连接原子的主要为价键力，处于不同分子中的价键力受外界因素的影响有限！即各基团有其自已特征的吸收谱带。

例：2800～3000cm-1：-CH3特征峰；1600～1850cm-1：-C=O 特征峰；基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：

—CH2—CO—CH2— 1715cm-1 酮

—CH2—CO—O— 1735cm-1 酯

—CH2—CO—NH— 1680cm-1 酰胺

二、红外光谱的分区

习惯上把化合物的4000～400cm-1范围的中红外区的红外光谱划分为四个区域。

1、X–H 伸缩振动区：4000～2500cm-1，X=O、N、C、S， …；

2、叁键及累积双键伸缩振动区：2500～1900cm-1；

3、双键伸缩振动区：1900～1200cm-1；

4、X–Y伸缩振动，X–H 变形振动区：<1650cm-1；

指纹区：1330～650cm-1，X–C（X≠H）键的伸缩振动及各类变形振动。

特征区：某些官能团的伸缩振动。

特点：吸收峰比较少，同一官能团存在于不同的化合物中，吸收峰位置变动不大，特征性较强，可以用来鉴定官能团。

指纹区：某些分子的骨架振动。

特点：振动频率对整个分子结构环境的变化十分敏感，分子结构的细微变化，引起该区域的变化十分地灵敏，可用于鉴别不同化合物。

红外光谱法分析聚合物结构特征

一、实验目的

1、了解红外线分析聚合物的原理及其应用范围；

2、掌握操作红外线分析仪器的操作方法；

3、测定某位置样品的红外谱图。

二、实验原理

1、红外吸收光谱的基本原理

任何物质的分子都是由原子通过化学键联结起来而组成的。分子的原子与化学键都处于不断的运动中，它们的运动，除了原子外层价电子跃迁以外，还有分子中原子的振动和分子本身的转动。这些运动形式都可能吸收外界能量而引起能级的跃迁，每一个振动能级常包含有很多转动分能级，因此在分子发生振动能级跃迁时，不可避免的发生转动能级的跃迁，因此无法测得纯振动光谱，故通常所测得的光谱实际上是振动-转动光谱，简称振动光谱。

2、红外吸收气体检测的原理

当某物质受到红外光照射时，该物质的分子就要吸收一部分能量并将其转换为分子的振动和转动能量，同一种波长的红外辐射吸收程度不同，如果将不同波长的红外辐射按顺序通过某物质，逐一测量其吸收程度，并记录下来，就得到该物质在测定波长范围内的吸收光谱曲线。

3、红外光谱产生的条件

（1）E红外光=ΔE分子振动 或υ红外光 =υ分子振动

（2）能级跃迁选律：振动量子数(ΔV）变化为±1时，跃迁几率最大。从基态(V=0)到第一振动激发态(V=1)的跃迁最重要，产生的吸收频率称为基频。

（3）红外光与分子之间有偶合作用：分子振动时其偶极矩(μ)必须发生变化，即Δμ≠0。

4、红外光谱与分子结构的关系 分子振动形式分两大类：伸缩振动和弯曲振动。

（1）伸缩振动：原子沿键轴方向往复运动，振动过程中键长发生变化。又可分为对称伸缩振动（s）和反对称伸缩振动（as）两种形式。

（2）弯曲振动：原子垂直于化学键方向的运动。又可以分为面内弯曲振动（d）和面外弯曲振动（g）两种形式，它们还可以细分为摇摆、卷曲等振动形式

5、分子振动与红外吸收峰的关系

理论上具有特定频率的每一种振动都能吸收相应频率的红外光，在光谱图对应位置上出现一个吸收峰。实际上，因种种原因分子振动的数目与谱图中吸收峰的数目不尽相同。