第二章：红外光谱R1

红外波谱

分子被激发后，分子中各个原子或基团（化学键）都会产生特征的振动，从而在特点的位置会出现吸收。相同类型的化学键的振动都是非常接近的，总是在某一范围内出现。

常见官能团的红外吸收频率

键型 化合物类型 吸收峰位置/cm-1 吸收强度

C-H 烷烃 2960~2850 强

=C-H 烯烃及芳烃 3100~3010 中等

≡C-H 炔烃 3300 强

-C-C- 烷烃 1200~700 弱

-C=C- 烯烃 1680~1620 不定

C≡C 炔烃 2200~2100 不定

C=O 醛 1740~1720 强

酮 1725~1705 强

酸及酯 1770~1710 强

酰胺 1690~1650 强

-OH 醇及酚 3650~3610 不定，尖锐

氢键结合的醇及酚 3400~3200 强，宽

-NH2 胺 3500~3300 中等，双峰

C-X 氯化物 750~700 中等

溴化物 700~500 中等

整个红外谱图可以分为两个区，4000~1350区是由伸缩振动所产生的吸收带，光谱比较简单但具有强烈的特征性，1350~650处指纹区。 通常，4000~2500处高波数端，有与折合质量小的氢原子相结合的官能团O-H, N-H, C-H, S-H键的伸缩振动吸收带，在2500-1900波数范围内常常出现力常数大的三件、累积双键如：-

C≡C-，- C≡N, -C=C=C-, -C=C=O, -N=C=O等的伸缩振动吸收带。在1900以下的波数端有-C=C-, -C=O, -C=N-, -C=O等的伸缩振动以及芳环的骨架振动。

1350~650指纹区处，有C-O, C-X的伸缩振动以及C-C的骨架振动，还有力常数较小的弯曲振动产生的吸收峰，因此光谱非常复杂。该区域各峰的吸收位置受整体分子结构的影响较大，分子结构稍有不同，吸收也会有细微的差别，所以指纹区对于用已知物来鉴别未知物十分重要。

有机化学有机化合物红外吸收光谱

1 第二章 红外光谱和拉曼光谱技术研究阴离子型层状及插层材料的结构

红外光谱和拉曼光谱技术是相当成熟的分子结构研究手段，目前已经应用于多种阴离子型层状结构LDHs的层板阳离子、层间阴离子的研究[1-21]。LDHs中的水是一个很强的红外吸收体，因此，红外光谱中很难观察到层板羟基的伸缩振动吸收峰。但是，水又是一个很差的散射体，层板羟基的伸缩振动可以很容易在拉曼光谱中观察到，因此拉曼光谱法在LDHs研究中逐渐得到人们的重视[18]。近年来，红外发射光谱技术、热分析/红外光谱联用技术、原位红外和拉曼光谱技术等已经被用来研究LDHs的热稳定性及有机阴离子插层LDHs的热分解过程[21-26]。相关红外光谱和拉曼光谱技术在LDHs中的应用研究综述详见文献[27]。

2.1. LDHs层板的振动光谱

2.1.1. MgAl-LDHs的振动光谱

MgAl-LDHs在目前的文献中研究最多，下面以MgAl-LDHs为例说明LDHs层板的振动光谱峰位归属，并且对不同金属阳离子组成的LDHs层板的振动光谱进行比较分析。MgAl-LDHs的红外光谱谱图在3450cm-1处可以观察到一个强而宽的吸收峰（图2-1），这是由两个或三个羟基伸缩振动和层间水分子伸缩振动重叠而成的；在3000~3300cm-1附近有时还出现一个肩峰，这是由羟基和层间碳酸根的相互作用而产生的；在650cm-1以下可观察到晶格的平移振动，而在700~1000cm-1范围内观察到归属于羟基和水的平移振动模式的宽而强的吸收峰，450cm-1处的吸收峰归属于[AlO6]3-基团或Al-O的单键振动。在600~650cm-1之间，观察到由多组分峰相重叠而成的一个宽峰，在555cm-1附近有时有一个独立的峰。680cm-1处峰形比较复杂，这是由于Al-O和Mg-O键的振动峰与碳酸根的ν4振动峰发生重叠的缘故。对870cm-1附近的吸收峰的归属存在争议，一些研究者认为此峰是由层间CO32-的ν2振动产生的[28-30]，而Kagunya等人[31]则认为856cm-1附近的峰归属于LDHs的层间阴离子CO32-、NO3-及OH-的转动振动模式Eu(R)(OH)。而拉曼光谱中羟基伸缩振动很弱，但要比红外光谱中相应振动模式的峰更尖锐。Kagunya等[31]将695cm-1和1061cm-1处的两个峰归属于平移振动模式Eg(T)和转动振动模式Eg(R)，这两个峰与相应层间CO32-产生的ν4（约680cm-1）和ν1（约1063cm-1）振动峰位置接近，可能会发生重叠。Kloprogge等[29]在1061cm-1和1053cm-1处分别观察到一个尖峰和一个宽而弱的重叠峰。在476cm-1和552cm-1处的两个峰是由与主体Al相连的羟基振动产生的，但也可能受到配体中Mg的影响。476cm-1峰具有拉曼活性，而552cm-1峰与红外光谱中553cm-1峰具有相同的振动模式。

第二章-红外光谱和拉曼光谱技术 第二章 红外光谱和拉曼光谱技术研究阴离子型层状及插层材料的结构

红外光谱和拉曼光谱技术是相当成熟的分子结构研究手段，目前已经应用于多种阴离子型层状结构LDHs的层板阳离子、层间阴离子的研究[1-21]。LDHs中的水是一个很强的红外吸收体，因此，红外光谱中很难观察到层板羟基的伸缩振动吸收峰。但是，水又是一个很差的散射体，层板羟基的伸缩振动可以很容易在拉曼光谱中观察到，因此拉曼光谱法在LDHs研究中逐渐得到人们的重视[18]。近年来，红外发射光谱技术、热分析/红外光谱联用技术、原位红外和拉曼光谱技术等已经被用来研究LDHs的热稳定性及有机阴离子插层LDHs的热分解过程[21-26]。相关红外光谱和拉曼光谱技术在LDHs中的应用研究综述详见文献[27]。

2.1. LDHs层板的振动光谱

2.1.1. MgAl-LDHs的振动光谱

MgAl-LDHs在目前的文献中研究最多，下面以MgAl-LDHs为例说明LDHs层板的振动光谱峰位归属，并且对不同金属阳离子组成的LDHs层板的振动光谱进行比较分析。MgAl-LDHs的红外光谱谱图在3450cm-1处可以观察到一个强而宽的吸收峰（图2-1），这是由两个或三个羟基伸缩振动和层间水分子伸缩振动重叠而成的；在3000~3300cm-1附近有时还 3 出现一个肩峰，这是由羟基和层间碳酸根的相互作用而产生的；在650cm-1以下可观察到晶格的平移振动，而在700~1000cm-1范围内观察到归属于羟基和水的平移振动模式的宽而强的吸收峰，450cm-1处的吸收峰归属于[AlO6]3-基团或Al-O的单键振动。在600~650cm-1之间，观察到由多组分峰相重叠而成的一个宽峰，在555cm-1附近有时有一个独立的峰。680cm-1处峰形比较复杂，这是由于Al-O和Mg-O键的振动峰与碳酸根的ν4振动峰发生重叠的缘故。对870cm-1附近的吸收峰的归属存在争议，一些研究者认为此峰是由层间CO32-的ν2振动产生的[28-30]，而Kagunya等人[31]则认为856cm-1附近的峰归属于LDHs的层间阴离子CO32-、NO3-及OH-的转动振动模式Eu(R)(OH)。而拉曼光谱中羟基伸缩振动很弱，但要比红外光谱中相应振动模式的峰更尖锐。Kagunya等[31]将695cm-1和1061cm-1处的两个峰归属于平移振动模式Eg(T)和转动振动模式Eg(R)，这两个峰与相应层间CO32-产生的ν4（约680cm-1）和ν1（约1063cm-1）振动峰位置接近，可能会发生重叠。Kloprogge等[29]在1061cm-1和1053cm-1处分别观察到一个尖峰和一个宽而弱的重叠峰。在476cm-1和552cm-1处的两个峰是由与主体Al相连的羟基振动 4 产生的，但也可能受到配体中Mg的影响。476cm-1峰具有拉曼活性，而552cm-1峰与红外光谱中553cm-1峰具有相同的振动模式。

红外波谱

分子被激发后，分子中各个原子或基团（化学键） 都会产生特征的振动，从而在特点的位置

会出现吸收。相同类型的化学键的振动都是非常接近的，总是在某一范围内出现。

常见官能团的红外吸收频率

键型 化合物类型 吸收峰位置/cm-1 吸收强度

C-H 烷烃 2960~2850 强

=C-H 烯烃及芳烃 3100~3010 中等

三C-H 炔烃 3300 强

-C-C- 烷烃 1200~700 弱

-C=C- 烯烃 1680~1620 不定

C^C 炔烃 2200~2100 不定

C=O 醛 1740~1720 强

酮 1725~1705 强

酸及酯 1770~1710 强

酰胺 1690~1650 强

-OH 醇及酚 3650~3610 不定，尖锐

氢键结合的醇及酚 3400~3200 强，宽

-NH2 胺 3500~3300 中等，双峰

C-X 氯化物 750~700 中等

溴化物 700~500 中等

整个红外谱图可以分为两个区， 4000~1350区是由伸缩振动所产生的吸收带，光谱比较简单

但具有强烈的特征性，1350~650处指纹区。

通常，4000~2500 处高波数端， 有与折合质量小的氢原子相结合的官能团 O-H, N-H, C-H, S-H

键的伸缩振动吸收带，在 2500-1900 波数范围内常常出现力常数大的三件、累积双键如： -

y, - gN, -C=C=C-,-C=C=O,-N=C=O等的伸缩振动吸收带。在 1900以下的波数端有

-C=C-, -C=O, -C=N-, -C=O 等的伸缩振动以及芳环的骨架振动。

1350~650指纹区处，有 C-O, C-X的伸缩振动以及 C-C的骨架振动，还有力常数较小的弯曲 振动产生的吸收峰, 因此光谱非常复杂。 该区域各峰的吸收位置受整体分子结构的影响较大, 分子结构稍有不同, 吸收也会有细微的差别, 所以指纹区对于用已知物来鉴别未知物十分重 要。