红外吸收光谱

红外吸收光谱的原理及应用一、红外吸收光谱的原理红外吸收光谱（Infrared Absorption Spectroscopy）是一种常见的光谱分析技术，它利用物质分子对红外辐射的吸收特性进行分析和研究。

红外光谱的原理基于分子的振动和转动引起的能量变化。

在红外辐射的作用下，分子会吸收特定波长或频率的光，从而发生能级跃迁并产生吸收峰。

根据不同的吸收峰位置和强度，可以推断物质的结构、组成和化学环境等信息。

红外吸收光谱的原理主要包括以下几个方面： 1. 分子的振动和转动：分子在吸收红外辐射时，会发生振动和转动。

振动包括拉伸、弯曲和扭转等不同形式，每个分子都有特定的振动模式和频率，使其能够吸收不同波长的红外辐射。

2. 分子吸收特定波长的光：分子在特定波长范围内吸收红外辐射，产生吸收峰。

根据吸收峰的位置和强度，可以确定分子的化学键、官能团和分子结构等信息。

3. 光谱图的解读：通过测量物质对红外辐射的吸收情况，可以得到红外光谱图。

光谱图通常以波数为横轴，吸收峰强度为纵轴，常用峰位和峰形进行分析和判断。

二、红外吸收光谱的应用红外吸收光谱具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1. 化学分析红外光谱在化学分析中起着重要作用，可以用于鉴定和分析各种有机和无机化合物。

通过测量样品的红外光谱，可以获得化学键和官能团的信息，从而判断物质的结构和组成。

红外光谱被广泛应用于有机化学、药物分析、环境监测等领域。

2. 药物研发红外光谱在药物研发中具有重要的应用价值。

通过红外光谱分析药物的结构和成分，可以判断药物的稳定性、纯度和相态等性质。

红外光谱还可以用于药物的质量控制和检验，确保药物的安全有效。

3. 材料科学在材料科学领域，红外光谱可以用于材料的表征和分析。

不同材料的红外光谱具有独特的特征，可以用于识别和鉴别材料，评估材料的结构、质量和性能。

红外光谱被广泛应用于聚合物材料、无机材料、涂层材料等领域。

4. 生物医学研究红外光谱在生物医学研究中有着重要的应用。

红外吸收光谱产生的条件
红外吸收光谱的产生需要满足分子具有振动模式和偶极矩，红外辐射的能量与分子振动能量匹配，分子与红外辐射发生相互作用等条件。

1.分子具有振动模式：红外吸收光谱是通过分子的振动模式来产生的，因此分子必须具有振动模式。

分子的振动模式包括伸缩振动、弯曲振动、扭转振动等，不同的振动模式对应不同的红外吸收峰。

2.分子具有偶极矩：红外吸收光谱是通过分子的偶极矩来产生的，因此分子必须具有偶极矩。

偶极矩是由分子中正负电荷分布不均引起的，具有偶极矩的分子可以吸收红外辐射。

3.红外辐射的能量与分子振动能量匹配：红外辐射的能量与分子振动能量之间必须存在匹配关系，才能产生红外吸收光谱。

红外辐射的能量通常在4000-400 cm-1范围内，对应着分子的不同振动模式。

4.分子与红外辐射的相互作用：分子必须与红外辐射发生相互作用，才能产生红外吸收光谱。

分子与红外辐射的相互作用通常是通过分子中的振动模式来实现的，分子吸收红外辐射后，分子的振动模式发生变化，产生红外吸收峰。

红外吸收光谱法第一节概述一、红外光谱测定的优点20世纪50年代初期，红外光谱仪问世，揭开了有机物结构鉴定的新篇章。

到了50年代末期，已经积累了大量的红外光谱数据，到70年代中期，红外光谱法成为了有机结构鉴定的重要方法。

红外光谱测定的优点：1、任何气态、液态、固态样品都可以进行红外光谱的测定，这是核磁、质谱、紫外等仪器所不及的。

2、每种化合物均有红外吸收，又有机化合物的红外光谱可以获得丰富的信息。

3、常规红外光谱仪价格低廉，易于购置。

4、样品用量小。

二、红外波段的划分δ=104/λ（λnm δcm -1）红外波段范围又可以进一步分为远红外、中红外、近红外波段波长nm 波数cm -1近红外 0.75~2.5 13300~4000中红外 2.5~15.4 4000~650远红外 15.4~830 650~12三、红外光谱的表示方法红外光谱图多以波长λ（nm ）或波数δ（cm -1）为横坐标，表示吸收峰的位置，多以透光率T%为纵坐标，表示吸收强度，此时图谱中的吸收―峰‖，其实是向下的―谷‖。

一般吸收峰的强弱均以很强（ε大于200）、强（ε在75-200）、中（ε在25-75）、弱（ε在5-25）、很弱（ε小于5），这里的ε为表观摩尔吸收系数红外光谱中吸收峰的强度可以用吸光度（A ）或透过率T%表示。

峰的强度遵守朗伯-比耳定律。

吸光度与透过率关系为所以在红外光谱中―谷‖越深（T%小），吸光度越大，吸收强度越强。

第二节红外吸收光谱的基本原理一、分子的振动与红外吸收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。

分子中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，简称振转光谱。

红外吸收光谱分析法
一、红外吸收光谱分析法概述
红外吸收光谱分析法是一种利用物质的红外光吸收能力来探测它们的物质组成的技术。

它特别适用于有机化合物和无机化合物的光谱分析。

通过分析红外吸收光谱，可以检测物质中的有机键、C-H键、C-O键或N-H 键的存在和位置，从而鉴定出物质的化学结构和性质。

红外光吸收法的原理是，物质中的分子、晶体或其他结构会在不同的波长处吸收光，产生光谱，这些吸收光谱是物质的独特特征，反映出物质的特性。

根据这种特性，分析用不同波长的光照射样品，并从所得到的光谱中提取出电子激发、分子振动等信息，从而得到物质的结构和性质。

二、红外吸收光谱分析法基本原理
红外吸收光谱分析法的原理是，当物质受到红外幅射的照射时，它的分子会产生振动和旋转，这些振动和旋转的能量会转化为更高能量的电子跃迁。

这些电子跃迁会引起物质材料吸收一些具有特定波长的红外光，从而产生在不同波长的吸收光谱，通过分析这些吸收光谱，就可以求取物质分子的结构和性质。

第三章红外吸收光谱(Infrared Absorption Spectroscopy)3.1 概述红外光谱又称为分子振动光谱或分子振转光谱1、特点：特征性强，适应范围广。

有机、无机、高分子化合物；固态、液态、气态样品都可以进行测定红外分为三个区域，近红外区（0.76μm~2.5μm，12820~4000cm-1）、中红外区(2.5μm~25μm, 4000~400cm-1)和远红外区(25μm~1000μm, 400~33cm-1)。

绝大多数有机化合物的基团震动频率处于中红外区。

2、表示方法：红外光谱多用透光率T%为纵坐标，表示吸收强度，以波数ζ(cm-1)为横坐标，表示吸收峰的位置。

也有用吸光度A为纵坐标，出反峰。

波数是频率的一种表示方法（每厘米长的光波中的波的数目）ζ(cm-1)=波数(cm-1)=1/波长（λcm）=104/波长（μm）=1/λ（cm）；ζ·λ=1cm 3、红外光谱产生的基本条件1）E红外光=△E分子振动或υ红外光=υ分子振动2）分子振动时其偶极矩（μ）必须发生变化，即△μ≠0，μ=δr3．2 红外光谱与分子结构的关系3．2．1分子的振动形式*基频：分为两大类：伸缩振动和弯曲（变型）振动。

用υs表示对称伸缩，用υas 表示不对称伸缩，δ表示面内弯曲振动，γ表示面外弯曲振动。

以亚甲基为例：此外，还有一些其它的振动吸收峰存在：*倍频：由振动能级基态跃迁到第二，第三激发态时所产生的，不是整数倍。

*组合频：一种频率红外光，同时被两个振动所吸收。

倍频和组合频统称为泛频，在谱图中均显示为弱峰。

*振动偶合：当相同的两个基团相邻，且振动频率相近时，会发生振动偶合裂分，成为两个峰。

*费米共振：基频与泛频之间发生的振动偶合。

当泛频峰与某基峰相近时，发生相互作用，使原来很弱的泛频吸收峰增强。

图3-12费米共振和倍频。

3.2.2 红外光谱的分区（1）基团结构与振动频率的关系表3-1 基团振动频率与化学键力常数的关系（化学键种类）基团化学键力常数（K/N·cm-1) 键长（Â）振动频率（cm-1)C—C（三键）12～１８ 1.27 2262～2100C—C（双键）8～12 1.40 1600～1800C—C（单键）４～６ 1.54 1000～1300(弱）表3—2基团振动频率与原子折合质量的关系（原子种类）基团折合质量键长（Â）振动频率cm-1C—H 0.9 1.12 2800～3100C—C 6 1.54 约1000C—Cl 7.3 1.77 约625C—I 8.9 2.31 约5000—H N—H 0.971.0336003300-3500（2）基团频率区的划分（表3-3）前三个区域(氢键区、叁键及累积双键区、双键区，即4000——1500 cm-1)称为特征频率区，小于1500 cm-1的区域称为指纹区（单键区，有些文献中以1350 cm-1作为二者的界限）。

红外吸收光谱基本原理及应用
红外吸收光谱(IR)是一种分析技术，利用物质的分子振动和转动产生
的特定吸收窗口，实现对物质结构、组成和化学键的定性和定量分析。

红
外光谱技术不需要对物质进行分离和纯化，具有非破坏性、灵敏度高、分
析速度快等优点，被广泛应用于化学、生物、环境、医药等领域。

红外光谱的应用非常广泛。

下面将介绍几个主要的应用领域：
1.有机化学领域：红外光谱可以用于有机化学品的鉴定和结构分析。

通过红外光谱可以确定化合物中的官能团，从而判断其化学性质和结构。

红外光谱还可以用于有机合成的反应监测和催化剂的评价。

2.无机化学领域：红外光谱在无机化学中的应用主要是对无机物质的
结构分析和表征。

通过测定无机物质的红外吸收光谱，可以确定其化学键
类型和强度，进而了解其分子结构和化学性质。

3.生物医学领域：红外光谱在生物医学领域的应用非常广泛。

红外光
谱可以用于分析生物体内的有机物和无机物，研究生物分子的结构和组成。

另外，红外光谱还可以用于红外光热治疗、红外光谱诊断等。

4.环境监测领域：红外光谱在环境监测中可以用于检测空气中的污染物、土壤和水中的污染物等。

利用红外光谱可以快速分析环境中的有机物
和无机物，为环境保护和治理提供依据。

总之，红外吸收光谱是一种重要的分析技术，具有广泛的应用。

它在
化学、生物、医药和环境等领域中发挥着重要的作用。

随着科学技术的不
断发展，红外吸收光谱将会在更多领域得到应用和发展。

红外吸收光谱和红外反射光谱
红外吸收光谱和红外反射光谱都是利用红外光进行光谱分析的技术，但它们在应用方向和检测方式上存在明显的区别。

1. 红外吸收光谱：
红外吸收光谱是利用红外光通过样品时，样品对红外光的吸收作用进行的光谱分析技术。

其主要是研究分子振动能级跃迁而产生的吸收光谱，只有引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收。

红外吸收光谱主要用于结构分析、定性鉴别及定量分析。

其优点在于可以获得分子基团的特征吸收峰，从而推断出分子结构式。

例如，在1300cm-1附近的特征吸收峰对应于亚甲基和甲基的伸缩振动，而在1650cm-1附近出现的特征吸收峰对应于C=O的伸缩振动等。

2. 红外反射光谱：
红外反射光谱是一种利用红外反射光研究吸附薄层的光谱分析技术，其与吸附薄层和金属载体的光学常数、入射角及入射光的极化性质有关。

这种技术主要被用于研究表面的吸附特性，如催化剂表面吸附、生物薄膜的形成等。

虽然红外反射光谱不直接给出有关分子基团的信息，但它可以提供关于表面结构、化学组成以及物理性质（如粗糙度、吸附层厚度等）的信息。

总的来说，红外吸收光谱主要适用于分析样品的内部结构和化学组成，而红外反射光谱则主要用于研究表面的结构和化学组成。

红外吸收光谱法第一节概述一、红外光谱测定的优点20世纪50年代初期，红外光谱仪问世，揭开了有机物结构鉴定的新篇章。

到了50年代末期，已经积累了大量的红外光谱数据，到70年代中期，红外光谱法成为了有机结构鉴定的重要方法。

红外光谱测定的优点：1、任何气态、液态、固态样品都可以进行红外光谱的测定，这是核磁、质谱、紫外等仪器所不及的。

2、每种化合物均有红外吸收，又有机化合物的红外光谱可以获得丰富的信息。

3、常规红外光谱仪价格低廉，易于购置。

4、样品用量小。

二、红外波段的划分ζ=104/λ（λnm ζcm-1）红外波段范围又可以进一步分为远红外、中红外、近红外波段波长nm 波数cm-1近红外0.75~2.5 13300~4000中红外 2.5~15.4 4000~650远红外15.4~830 650~12三、红外光谱的表示方法红外光谱图多以波长λ（nm）或波数ζ（cm-1）为横坐标，表示吸收峰的位置，多以透光率T%为纵坐标，表示吸收强度，此时图谱中的吸收“峰”，其实是向下的“谷”。

一般吸收峰的强弱均以很强（ε大于200）、强（ε在75-200）、中（ε在25-75）、弱（ε在5-25）、很弱（ε小于5），这里的ε为表观摩尔吸收系数红外光谱中吸收峰的强度可以用吸光度（A）或透过率T%表示。

峰的强度遵守朗伯-比耳定律。

吸光度与透过率关系为A=lg( )T1所以在红外光谱中“谷”越深（T%小），吸光度越大，吸收强度越强。

第二节 红外吸收光谱的基本原理一、分子的振动与红外吸收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。

分子中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，简称振转光谱。

红外光谱测定方法介绍红外光谱（Infrared spectroscopy）是一种常用的无损检测技术，广泛应用于化学、材料科学、生物医药、环境保护等领域。

它能通过测量样品中物质对红外辐射的吸收，快速准确地分析样品的成分和结构。

本文将介绍一些常用的红外光谱测定方法。

一、红外吸收光谱红外吸收光谱是红外光谱分析中最常见的测试方法。

它基于分子在特定波长范围的红外光辐射下吸收能量的原理。

光谱图通常以波数（cm^-1）或波长（μm）为横坐标，吸收强度为纵坐标。

在红外吸收光谱图上，吸收峰的位置和强度可以提供关于分子结构、官能团以及样品组分的信息。

二、透射光谱透射光谱是近红外和中红外光谱分析中常用的测定方法。

通过将红外光辐射通过样品后，测量透过样品的光线强度，可以得到透射光谱。

与吸收光谱不同，透射光谱通常用于测量样品对红外光的传导能力。

三、傅里叶变换红外光谱傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，FTIR）是红外光谱分析中一种重要的技术。

与传统的红外光谱仪相比，FTIR能够更精确地测量样品的吸收光谱。

它利用傅里叶变换的原理，将样品红外光谱转换为频谱，通过对频谱进行处理，可以获得更详细的样品信息。

四、拉曼光谱拉曼光谱是一种与红外光谱相似的分析方法，通过测量样品对激光光源散射光的频移来获取样品的信息。

相比于红外光谱，拉曼光谱对样品的要求较低，可以在常温下进行测量，避免了样品的破坏或变化。

它对于无机物、有机物和生物分子的测量都非常有效。

五、拉曼散射光谱拉曼散射光谱是一种非常有用的红外光谱测定方法。

它通过测量样品中分子或晶体的振动和转动对光散射的影响，提供了样品的表面形态、晶体结构和分子构象的信息。

拉曼散射光谱广泛应用于材料科学、生命科学和地球科学等领域。

总结红外光谱测定方法多样且广泛应用，它们能够提供样品的成分、结构以及其他相关信息。

红外吸收光谱、透射光谱、傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱和拉曼散射光谱等方法，各有特点，适用于不同类型的样品。