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深圳大学实验报告课程名称：仪器分析实验实验项目名称：实验七红外吸收光谱法的应用学院：化学与化工学院专业：应用化学指导教师：米宏伟报告人：习雯影学号：2006141075 班级：06应化同组人员：习雯影赵倩冯倩张秋吉郑艳萍陈丰音杨菲实验时间：2009-5-27实验报告提交时间：2009-6-3教务处制一、实验目的1、学习并掌握色散型红外光谱仪的使用方法和原理；2、了解红外光谱的应用，以及掌握红外光区分析时试样的制备方法；3、观察不同基团的特征吸收，并从红外光谱图中识别基团以及从这些基团确定未知化合物的主要结构。
二、实验原理1、色散型红外光谱仪基本工作原理红外分光光度计，是一种用棱镜或光栅进行分光的红外光谱仪。
由光源发出的红外线分成完全对称的两束光：参考光束与样品光束。
它们经半圆型调制镜调制，交替地进入单色仪的狭缝，通过棱镜或光栅分光后由热电偶检测两束光的强度差。
当样品光束的光路中没有样品吸收时，热电偶不输出信号。
一旦放入测试样品，样品吸收红外光，两束光有强度差产生，热电偶便有约10Hz的信号输出，经过放大后输至电机，调节参考光束光路上的光楔，使两束光的强度重新达到平衡，由笔的记录位置直接指出了某一波长的样品透射率，波数的连续变化就自动记录了样品的红外吸收光谱或透射光谱。
红外光谱的测绘原理是，用一定频率的红外线聚焦照射被分析的试样，如果分子中某个基团的振动频率与照射红外线相同就会产生共振，这个基团就吸收一定频率的红外线，把分子吸收的红外线的情况用仪器记录下来，便能得到全面反映试样成份特征的光谱，从而推测化合物的类型和结构。
IR光谱主要是定性技术，但是随着比例记录电子装置的出现，也能迅速而准确地进行定量分析。
光源：红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体，用电加热使之发射高强度连续红外辐射。
常用的有能斯特灯和硅碳棒两种。
能斯特灯是由氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结而成，是一直径为1～3mm，长约20～50mm的中空棒或实心棒，两端绕有铂丝作为导线。
修正后的图上可以看出：在1683.06 cm-1左右有一强(s)吸收峰，可以判断羰基（伸缩）；在1583 cm-1m左右较强吸收，1602 cm-1左右的稍强，且在1454
cm-1和1424cm-1左右有两峰，可以判断，是苯环；在与取代苯在2000~1650cm-1区的吸收面貌，可以判断出是单取代；最后，由标准图与实验图在3200~3400 cm-1的吸收（上方为标准红外吸收线）可以判断是有机酸。
判断有无醇类、酚类和有机
酸的依据
—CH3，—CH2的反对称伸
缩振动。
—CH3 的
特征吸收
无水乙醇的红外吸收。
在吸收图谱中，可以看到在3333.19（3200~340 cm-1区域有强吸收，—OH的伸缩振动；在2870~2970 cm-1区有s吸收，可以判
断可能有—CH3，—CH2 ，同时在1380~1370 cm-1区可以清楚的看到s吸收，这是—CH3 的特征吸收；在1450 cm-1左右有m吸收，在大部分有机物中都会存在的。
因此，可以判断物质为乙醇。
1、苯甲酸的红外光谱测定谱图上看不出O-H的振动，3000 cm-1左右有两个吸收峰是苯环上的C-H伸缩振动，分别是3070 cm-1和3000 cm-11685 cm-1的吸收峰是C=O的伸缩振动产生的，1600 cm-1、1581 cm-1、1492 cm-1、1454 cm-1处对应的吸收峰是芳环中C=C的伸缩振动产生的，1292 cm-1处的吸收峰是C-O的伸缩振动产生的，结合2000-1667 cm-1的一组泛频峰和指纹区的806 cm-1和713 cm-1的两个吸收峰可知为单取代苯。
标准谱图（来源：）SDBS谱图数据库和标准谱图比较，实验所得谱图吸收峰较尖锐，实验所得谱图上出峰位置一致形状上基本一致。
2、对硝基苯甲酸的红外光谱测定3000 cm-1左右3080 cm-1和3060 cm-1对应的吸收峰为苯环上的C-H伸缩振动，在3200～2500cm-1区域有宽吸收峰是-COOH中O-H的伸缩振动，1690 cm-1的吸收峰为C=O的伸缩振动，1490 cm-1和1610 cm-1对应的是苯环的C=C的伸缩振动，1550 cm-1对应的吸收峰为-NO2的伸缩振动，1820 cm-1和1960 cm-1有两个吸收峰和指纹区的721 cm-1对应的吸收峰可知为对位取代苯。
标准谱图（来源：）SDBS谱图数据库对比可知：实验所得谱图在3000 cm-1附近出现一段泛频区，而标准谱图在2923 cm-1和2854 cm-1处有强吸收峰这两个吸收峰是苯环上两个不同位置的C-H的伸缩振动产生和羧基上的O-H的伸缩振动，而所测谱图上吸收峰不强，原因在于所加待测物的量太少使其吸收不明显。
其他各处出峰位置与标准谱图符合的较好。
3、苯甲醛的红外光谱测定3058 cm-1和3078 cm-1对应的吸收峰为苯环上的C-H伸缩振动，2806 cm-1和2731 cm-1处对应的吸收峰是醛基上的C-H伸缩振动，1692 cm-1处的吸收峰是C=O的伸缩振动，1600 cm-1、1540 cm-1，和1430 cm-1处对应的吸收峰是苯环上C=C的伸缩振动，结合2021-1817 cm-1的一组泛频峰和指纹区741 cm-1的吸收峰可知为单取代苯标准谱图（来源：）SDBS谱图数据库与标准谱图对比，实验所得谱图在3000 cm-1附近吸收峰不强，可能是样品浓度不一样，其他各处出峰位置与标准谱图符合的较好。
手把手教你红外光谱谱图解析一、红外光谱的原理[1]1. 原理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，是振-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，透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。
辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构2.红外光谱特点红外吸收只有振-转跃迁，能量低；除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；特征性强，可定性分析，红外光谱的波数位置、波峰数目及强度可以确定分子结构；定量分析；固、液、气态样均可，用量少，不破坏样品；分析速度快；与色谱联用定性功能强大。
3.分子中振动能级的基本振动形式红外光谱中存在两类基本振动形式：伸缩振动和弯曲振动。
图一伸缩振动图二弯曲振动二、解析红外光谱图1.振动自由度振动自由度是分子独立的振动数目。
N个原子组成分子，每个原子在空间上具有三个自由度，分子振动自由度F=3N-6(非线性分子)；F=3N-5(线性分子)。
为什么计算振动自由度很重要，因为它反映了吸收峰的数量，谱带简并或发生红外非活性振动使吸收峰的数量会少于振动自由度。
U=0→无双键或环状结构U=1→一个双键或一个环状结构U=2→两个双键，两个换，双键+环，一个三键U=4→分子中可能含有苯环U=5→分子中可能含一个苯环+一个双键2.红外光谱峰的类型基频峰：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，基频峰的峰位等于分子或者基团的振动频率，强度大，是红外的主要吸收峰。
泛频峰：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产生的吸收峰，此类峰强度弱，难辨认，却增加了光谱的特征性。
特征峰和指纹峰：特征峰是可用于鉴别官能团存在的吸收峰，对应于分子中某化学键或基团的振动形式，同一基团的振动频率总是出现在一定区域；而指纹区吸收峰特征性强，对分子结构的变化高度敏感，能够区分不同化合物结构上的微小差异。
采用计算化学方法解析苯和甲苯红外谱图邢波;孙珍全【摘要】本研究应用量子计算化学软件Gaussian 03W HF方法中的3-21G基组优化苯和甲苯分子结构,预测苯和甲苯分子的红外光谱.找到苯环振动吸收峰分别是苯红外图中的1658 cm-1与甲苯红外图中的1667 cm-1.与苯和甲苯文献检索红外谱图相对应(特征吸收峰分别是1478和1485 cm-1),符合较好.还找到苯环C-H 拉伸振动吸收峰3080cm-1(苯)和3040 cm-1(甲苯).能够实用于红外法检测环境中苯和甲苯.【期刊名称】《现代仪器与医疗》【年(卷),期】2010(016)001【总页数】3页(P42-44)【关键词】苯;甲苯;计算化学方法;红外谱图【作者】邢波;孙珍全【作者单位】北京市理化分析测试中心,北京,100089;北京市理化分析测试中心,北京,100089【正文语种】中文【中图分类】工业技术现代仪器 ()引言采用计算化学方法解析苯和甲苯红外谱图邢波孙珍全（北京市理化分析测试中心北京 1 00089 ）摘要本研究应用量子计算化学软件 Gaussian03WHF 方法中的 3-21G 基组优化苯和甲苯分子结构，预测苯和甲苯分子的红外光谱。
找到苯环振动吸收峰分别是苯红外图中的 1658cm-l 与甲苯红外图中的1667cm“ 。
与苯和甲苯文献检索红外谱图相对应（特征吸收峰分别是 1478 和 1485cm.l），符合较好。
还找到苯环 C-H 拉伸振动吸收峰 3080 cmJ （苯）和 3040cm-l （甲苯）。
能够实用于红外法检测环境中苯和甲苯。
关键词苯，甲苯计算化学方法红外谱图苯(C6H6) 和甲苯 (C6H5CH3) 是环境中主要污染物，主要用作工业溶剂，在使用过程中会经常挥发到空气中。
它们具有致癌性，致突变性‘ I】。
其挥发气体有毒，可以通过呼吸道对人体造成危害，使用和生产时要防止它进入呼吸器官，避免对健康产生危害，同时此类物质易燃易爆，属于危险化学品‘ 2】。
苯环的红外光谱的吸收峰位置在实验室的那间角落，老李站在红外光谱仪前，像是在和仪器对话。
仪器是那般的沉默，偶尔发出一些低沉的“嗡嗡”声，仿佛在回应着老李的期待。
“老李，你又在研究这苯环的红外光谱吸收峰位置了？”旁边的小张好奇地问。
“是啊，小张。
你不知道，这红外光谱分析对于有机化学的研究有多重要。
”老李一边回答，一边仔细调整仪器。
“哦，那你能给我讲讲这苯环的红外光谱吸收峰位置有什么特殊的地方吗？”小张好奇地追问。
老李微微一笑：“当然可以。
苯环的红外光谱吸收峰位置对于鉴定苯环结构有着至关重要的作用。
你看，苯环上的碳-氢键和碳-碳键在红外光谱上会有不同的吸收峰。
”老李话音刚落，仪器上便显示出一系列的吸收峰。
小张凑过来看，只见屏幕上的数据密密麻麻。
“你看，这些吸收峰的位置都是在3100-3200cm-1之间，这正是碳-氢键的伸缩振动吸收峰。
而且，这些峰比较尖锐、强度大，这说明苯环上的碳-氢键振动较为强烈。
”老李指着屏幕上的数据解释道。
“哦，原来是这样。
那碳-碳双键的吸收峰位置在哪里呢？”小张接着问。
“碳-碳双键的吸收峰位置在1600-1650cm-1之间。
这个位置的吸收峰比较宽，说明碳-碳双键的振动较为复杂。
”老李继续解释。
就在这时，仪器上又出现了一个新的吸收峰。
老李立刻拿起笔，在纸上记录下来：“你看，这个新的吸收峰出现在900-950cm-1之间，这是苯环特有的特征吸收峰，表明我们的样品中含有苯环。
”小张看着老李在纸上画下的红外光谱图，心中充满了敬佩：“老李，你真是太厉害了。
我都要开始怀疑自己是不是进入了一个神秘的世界。
”老李笑着拍了拍小张的肩膀：“别担心，小张。
只要你用心去研究，这个神秘的世界一定会为你揭开更多的秘密。
”在老李的指导下，小张渐渐掌握了红外光谱分析的方法。
每当遇到难题，他总会想起老李那句话：“用心去研究，这个神秘的世界一定会为你揭开更多的秘密。
”。
苯环的红外光谱的吸收峰位置在化学实验室里，张教授正拿着一台精密的红外光谱仪，对着手中的苯环样品仔细观察。
旁边的李同学好奇地望着，时不时插上一句：“张教授，这红外光谱的吸收峰位置是怎么确定的啊？”张教授微微一笑，放下手中的笔，走到李同学身边，指着光谱仪上的图谱说：“你看，这个图谱上的吸收峰位置，就像是苯环的指纹，它能告诉我们苯环分子内部的结构信息。
”李同学瞪大了眼睛，仔细看着图谱上的线条：“那这些吸收峰是怎么产生的呢？”“这就要从分子内部的运动说起了。
”张教授走到光谱仪旁，拿起一张打印出来的图谱，指着一条明显的吸收峰说，“这条峰出现在3000厘米^-1处，这就是苯环中的C-H键的伸缩振动。
”李同学点头：“哦，我明白了。
那其他峰呢？”张教授接着说：“你看，这些峰在1600厘米^-1到1700厘米^-1范围内，这是苯环的骨架振动。
苯环的结构比较特殊，六个碳原子形成了一个正六边形的环，每个碳原子都与两个相邻的碳原子通过双键相连，所以会有这样的吸收峰。
”这时，王同学走了进来，好奇地问：“那这些吸收峰的位置为什么会不同呢？”张教授回答：“这就是化学键的不同所导致的。
比如，C-H键的伸缩振动峰在3000厘米^-1，而C-C键的伸缩振动峰则会在1390厘米^-1到1500厘米^-1之间。
这些吸收峰的位置不同，是因为它们对应着不同的化学键振动频率。
”王同学若有所思：“那这些吸收峰的位置有没有规律呢？”张教授笑了笑，指着图谱说：“当然有，这些吸收峰的位置受到分子内部电荷分布、化学键类型、分子结构等多种因素的影响。
通过分析这些峰的位置，我们就能推断出分子内部的结构信息。
”李同学和王同学听了，都觉得受益匪浅。
他们开始认真观察图谱，试图找出其中的规律。
而张教授则在一旁耐心地解答他们的疑问，脸上始终洋溢着满意的笑容。
化学实验室里，讨论声此起彼伏，大家都在为解开苯环红外光谱的吸收峰之谜而努力。
而这一切，都离不开那些不断探索、不懈努力的科研者们。
