红外光谱简介

红外光谱口诀

红外可分远中近，中红特征指纹区， 1300来分界，注意横轴划分异。

看图要知红外仪，弄清物态液固气。 样品来源制样法，物化性能多联系。

识图先学饱和烃，三千以下看峰形。 2960、2870是甲基，2930、2850亚甲峰。

1470碳氢弯，1380甲基显。 二个甲基同一碳，1380分二半。

面内摇摆720，长链亚甲亦可辨。

烯氢伸展过三千，排除倍频和卤烷。 末端烯烃此峰强，只有一氢不明显。

化合物，又键偏，～1650会出现。 烯氢面外易变形，1000以下有强峰。

910端基氢，再有一氢990。 顺式二氢690，反式移至970；

单氢出峰820，干扰顺式难确定。

炔氢伸展三千三，峰强很大峰形尖。 三键伸展二千二，炔氢摇摆六百八。

芳烃呼吸很特征，1600～1430。 1650～2000，取代方式区分明。

900～650，面外弯曲定芳氢。 五氢吸收有两峰，700和750；

四氢只有750，二氢相邻830； 间二取代出三峰，700、780，880处孤立氢

醇酚羟基易缔合，三千三处有强峰。 C－O伸展吸收大，伯仲叔醇位不同。

1050伯醇显，1100乃是仲， 1150叔醇在，1230才是酚。

1110醚链伸，注意排除酯酸醇。 若与π键紧相连，二个吸收要看准，

1050对称峰，1250反对称。 苯环若有甲氧基，碳氢伸展2820。

次甲基二氧连苯环，930处有强峰， 环氧乙烷有三峰，1260环振动，

九百上下反对称，八百左右最特征。 缩醛酮，特殊醚，1110非缩酮。

酸酐也有C－O键，开链环酐有区别， 开链强宽一千一，环酐移至1250。

羰基伸展一千七，2720定醛基。 吸电效应波数高，共轭则向低频移。

张力促使振动快，环外双键可类比。

二千五到三千三，羧酸氢键峰形宽， 920，钝峰显，羧基可定二聚酸、

酸酐千八来偶合，双峰60严相隔， 链状酸酐高频强，环状酸酐高频弱。

3.13 红外吸收光谱

3.13.1.1 分子的振动形式

分子中原子的振动可分为两大类：伸缩振动和弯曲振动（亦称变形振动），通常用希腊字母v表示伸缩振动，8表示弯曲振动。伸缩振动是指原子沿着化学键方向往运动，在振动过程中化学键的键长发生变化。根据振动时原子间相对位置的变化，伸缩振动还可以分为反对称伸缩振动和对称伸缩振动。弯曲振动是指原子垂直于化学键方向的振动，可分面内弯曲振动和面外弯曲振动。面内弯曲振动是指振动在所涉及原子构成的平面内进行，这种振动方式还可以细分为剪式振动和面内摇摆振动。面外弯曲振动是指弯曲振动垂直于原子所在的平面，根据原子的运动方向，又可分为面外摇摆振动和扭曲振动。图3－26以亚甲基为例描述了上述各种振动形式，每一种振动形式都有稳定的振动频率。当外界提供的红外光频率正好等于基团振动频率。当外界提供的红外光频率正好等于基团振动的某种频率时，分子就可能吸收该频率的红外光产生吸收峰。

多原子组成的分子有许多种振动方式，因此它们的红外光谱很复杂且各有特殊之处。

3.13.1.2 决定振动频率的因素

分子振动的频率决定分子所能吸收的红外光频率，即红外吸收峰的位置。

分子中的原子在平衡位置附近幅作周性的振动，这种情况与经典力学中弹簧振子所作的简谐振动十分相似。因此可以借用经典力学的Hooke定律（公式3－11）导出振动频率：

式中K为双原子形成的化学键力常数；u为两个原子的折合质量；m1和m2分别为两个原子的质量。

因此双原子分子的振动频率与组成原子的质量以及化学键的强度有关。如果是多原子组成的分子，我们可以把它分解成若干个基团来研究，由于各种有机化合物的结构不同，组成其中各基团的原子质量和化学键力常数不同，出现的吸收频率也各不相同，因此各有其特征的红外光谱。但是，真实分子的振动并不是严格的简谐振动，所以光谱上看到的情况也要复杂得多。

3.13.1.3 红外吸收光谱产生的条件

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。

1、双原子分子的振动

分子的振动运动可近似地看成一些用弹簧连接着的小球的运动。以双原子分子为例，若把两原子间的化学键看成质量可以忽略不计的弹簧，长度为r（键长），两个原子分子量为m1、m2。如果把两个原子看成两个小球，则它们之间的伸缩振动可以近似的看成沿轴线方向的简谐振动，如图3—2。因此可以把双原子分子称为谐振子。这个体系的振动频率υ（以波数表示），由经典力学（虎克定律）可导出：

C——光速（3×108 m/s）

υ=

K——化学键的力常数（N/m）

μ——折合质量（kg） μ=

如果力常数以N/m为单位，折合质量μ以原子质量为单位，则上式可简化为

υ=130.2

双原子分子的振动频率取决于化学键的力常数和原子的质量，化学键越强，相对原子质量越小，振动频率越高。

H-Cl 2892.4 cm-1 C=C 1683 cm-1

C-H 2911.4 cm-1 C-C 1190 cm-1

同类原子组成的化学键（折合质量相同），力常数大的，基本振动频率就大。由于氢的原子质量最小，故含氢原子单键的基本振动频率都出现在中红外的高频率区。

2、多原子分子的振动 1πμ2cKm1m2m1m2+Kμ(1)、基本振动的类型

红外光谱分析

红外光谱与分子的结构密切相关，是研究表征分子结构的一种有效手段，与其它方法相比较，红外光谱由于对样品没有任何限制，它是公认的一种重要分析工具。在分子构型和构象研究、化学化工、物理、能源、材料、天文、气象、遥感、环境、地质、生物、医学、药物、农业、食品、法庭鉴定和工业过程控制等多方面的分析测定中都有十分广泛的应用。

红外光谱可以研究分子的结构和化学键，如力常数的测定和分子对称性等，利用红外光谱方法可测定分子的键长和键角，并由此推测分子的立体构型。根据所得的力常数可推知化学键的强弱，由简正频率计算热力学函数等。分子中的某些基团或化学键在不同化合物中所对应的谱带波数基本上是固定的或只在小波段范围内变化，因此许多有机官能团例如甲基、亚甲基、羰基，氰基，羟基，胺基等等在红外光谱中都有特征吸收，通过红外光谱测定，人们就可以判定未知样品中存在哪些有机官能团，这为最终确定未知物的化学结构奠定了基础。

由于分子内和分子间相互作用，有机官能团的特征频率会由于官能团所处的化学环境不同而发生微细变化，这为研究表征分子内、分子间相互作用创造了条件。

分子在低波数区的许多简正振动往往涉及分子中全部原子，不同的分子的振动方式彼此不同，这使得红外光谱具有像指纹一样高度的特征性，称为指纹区。利用这一特点，人们采集了成千上万种已知化合物的红外光谱，并把它们存入计算机中，编成红外光谱标准谱图库， 人们只需把测得未知物的红外光谱与标准库中的光谱进行比对，就可以迅速判定未知化合物的成份。

下面将对红外光谱分析的基本原理做一个简单的介绍。

红外吸收光谱是物质的分子吸收了红外辐射后，引起分子的振动-转动能级的跃迁而形成的光谱，因为出现在红外区，所以称之为红外光谱。利用红外光谱进行定性定量分析的方法称之为红外吸收光谱法。

红外辐射是在 1800年由英国的威廉.赫谢(Willian Hersher) 尔发现的。一直到了1903年，才有人研究了纯物质的红外吸收光谱。 二次世界大战期间，由于对合成橡胶的迫切需求，红外光谱才引起了化学家的重视和研究，并因此而迅速发展。随着计算机的发展，以及红外光谱仪与其它大型仪器的联用，使得红外光谱在结构分析、化学反应机理研究以及生产实践中发挥着极其重要的作用，是“四大波谱”中应用最多、理论最为成熟的一种方法。