红外分光光度法-2010
红外分光光度法 Infrared Spectrophotometry (IR)
分析化学教研室 于清峰
红外线在电磁波谱中的位置：
中国药科大学分析化学教研室
红外线在电磁波谱中的位置：
λ：0.76 µm ～ 500 µm (1000 µm)的电磁波
区域 近红外区 中红外区 远红外区 λ (µm) 0.76 ～ 2.5 2.5 ～ 50 50 ～ 500 (or 1000) σ (cm-1) 13158 ～ 4000 4000 ～ 200 200 ～ 20 (or 10) 能级跃迁类型 OH、NH及CH键的倍频吸收区 振动，伴随着转动(基本振动区) 转动
基本概念：
红外吸收光谱：分子的振动、转动能级跃迁引起 红外分光光度法：定性、定量及结构测定 近红外、远红外、微波谱：
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IR光谱的表示及其与UV光谱的区别
100 90
表示方法：
UV-Vis光谱：A - λ IR光谱：T - σ
例：
% 透 过率
80
70
60
50
40 30
20
10
0 4000 3000 2000 波数 ( cm - 1) 1000
(相同点？) 与UV光谱的区别：
起源： 适用范围： 特征性：
% 透 过率
75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5
IR的用途：定性、结构研究
-0 3100 3050 3000 2950 波数 ( cm - 1) 2900 2850
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IR的基本原理
O
O
H N N
S
OO O
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IR的基本原理
1. 振动能级与振动光谱
1 2 1 U = Kx = K (r − re ) 2 2 2 总能量：Ev = U + T (动能)
r = re时，Ev = T; 距平衡位置最远时：
1 T = 0，Ev = U = (V + )hν 2 v：振动频率 V：振动量子数，V = 0，1， 2，…
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IR的基本原理
基态时，V＝0，E0＝hv/2； 激发态时，V＝1，E1=3hv/2； V＝2，E2=5hv/2 跃迁所需的能量差为 ∆Ev＝E1－E0＝hv，2hv，3hv，… 分子所吸收的光子的能量需等于该能量差 hvL＝ ∆Ev＝ ∆V·hv → vL ＝ ∆V·v 基频峰： V＝0到V＝1
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IR的基本原理
2. 振动形式(mode of vibration)
伸缩振动(stretching vib.)：
对称伸缩振动(symmetrical vib., vs or vs ) 不对称伸缩振动(asymmetrical vib., vas or vas ) 例：甲基，亚甲基
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IR的基本原理
弯曲振动(Bending vib.)：
面内弯曲振动(in-plane bending vib., β)：
剪式(scissoring vib., δ) 面内摇摆(rocking vib, ρ)
+ + + -
面外弯曲振动(out-of-plane bending vib., γ)：
面外摇摆(wagging vib., ω) 扭曲(twisting vib, τ)
变形振动(δ) ：对称、不对称 例：甲基，亚甲基
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IR的基本原理
振动自由度：基本振动的数目
非线性分子：3N－6
线性分子：3N－5
+
-
+
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IR的基本原理
3. 基频峰与泛频峰
基频峰：与振动自由度有关 基频峰数少于振动数目的原因：
简并 红外非活性振动 原因：
产生红外吸收的条件：1）vL ＝ ∆V·v，2）∆µ ≠ 0 泛频峰：
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I
R的基本原理
4. 特征峰与相关峰
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可用于鉴别官能团存在的吸收峰，称特征峰。 例： 由一个官能团所产生的一组相互依存的特征峰称 为相关峰。
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IR的基本原理
5. 吸收峰的位置：
峰位：振动能级跃迁时吸收的红外线的波数 基本振动频率：
1 ν= 2π K −1 1 (s ) ⇒ σ = u 2π ⋅ c K K = 1302 ' (cm −1 ) u u
K：化学键力常数 u ：折合质量 通过计算即可得到基频峰的峰位（理论值）
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基频峰分布图：
特点
O
O
R
O R C Cl
影响因素：
R C
R C OR
1715cm-1 1735cm-1 1780cm-1 化学键两端原子的质量 化学键力常数 O O O O C CH C CH C 内部影响因素 H C C CH 外部影响因素
3 3 3 3
1715
1685
1685
1660
特征区与指纹区：
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IR的基本原理
6. 吸收峰的强度：
跃迁概率 谱带强度划分
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各类化合物典型光谱
一、脂肪烃类：
1. 烷烃：CH3-(CH2)n-CH3 νas νs δas δs -CH3 2960±10 2872±10 1450±20 ～1375 (孤立甲基) -CH2- 2920±10 2850±10 1465±20 次甲基 2890±10 非孤立甲基：1375峰分裂，如异丙基、叔丁基 （1380、1370）1390、1370
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% 透 过率
100
% 透 过率
- 20 - 10
- 40
- 30
- 20
- 10
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10 30 40 50 60 70 80 90
20
0
4000
0
- 50 4000
3000
3000
3077. 44 2960. 12 2926. 48 2866. 24
2959. 7 2926. 0 2873. 7 2860. 1
波数
波数 2000 ( cm - 1)
2000 ( cm - 1)
1641. 27 1460. 34 1379. 56
1000
1466. 7
1000
1378. 2 992. 88 909. 62 738. 29 631. 84
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724. 3
2. 烯烃： 特征峰： ν＝CH 3100～3000; νC＝C1650; γ ＝CH 顺式 反式 单取代 3. 炔烃： ν≡CH ～3300 730～650 980～960 990、910 νC≡C ～2200
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二、芳香烃类：
主要特征峰ν ＝CH 3100～3000cm-1（m）； ν C＝C 1600cm-1及 1500cm-1；γ ＝CH 910～665cm-1(s)；泛 频峰：2000～1667 cm 。其中前三种特征峰是决 定苯环存在的最主要吸收峰， γ与泛频峰是决定 苯环取代数目与位置的最主要特征峰
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三、醇、醚与酚类：
1. 醚与醇：－OH and C－O－C
νC-O 1270～1010; 开链醚， νasC-O-C 1150～1050 与苯环或烯基相连时： νasC-O-C增加， νsC-O-C峰强增大
2. 醇与酚类：
醇：游离羟基3650～3590，缔合羟基3500～3200；νCO 1250～1000
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三、羰基化合物：
1. 醛、酮、酰氯
酮：共轭效应，环张力 醛：Fermi共振形
成双峰 酰氯：诱导效应
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1. 酸、酯、酸酐
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四. 含氮化合物
酰胺 胺类：
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红外分光光度计：
部件：光源、吸收池、色散原件、检测器 类型：
色散型：棱镜、光栅
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干涉型：
检测器 特点
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仪器的校正：
100 90 80
70
60
% 透 过率
50
75 70 65 60 55
40 30
% 透 过率
50 45 40 35 30 25 20 15
20
10
10 5 -0
0 4000 3000
3100
3050
3000
2950 波数 ( cm - 1)
2900
2850
2000 波数 ( cm - 1)
1000
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样品的制备：
对样品的要求：
纯度大于98%；无水
固体样品：压片法 液体样品：液体池，夹片法，涂膜法 气体样品：气体池
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光谱解析方法：
首先需了解的内容：
样品来源、纯度 理化常数 分子式： + n + n − n 2 2 4 3 1 不饱和度的计算： U =
例：
2
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解析程序：
特征区 指纹区
解析方法：
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例
C7H9N U=
2 + 2× 7 − 9 +1 = 4 ，可能有苯环 2
解：
吸收峰cm-1 3010 1595，1500 880，775，690， 泛频峰 3450,3300，双峰 1625 1295
振动形式 νφH ν φH γ φH ν伯 NH 2 δNH νC-N
归属
NH2
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2920,2860 1470 1378 ∴可能结构：
νC-H as δ CH s δ CH
3
CH 3
3
CH3 NH2
核对： 原子数相符，不饱和度相符
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无色or淡黄色液体，刺激味，沸点145.5℃，分子式为C8H8， 红外光谱如图，试推断结构。
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未知物bp202℃，分子式为C8H8O，红外光谱如下图，试推结构
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例、某化合物分子式为C9H10O,其红外图谱如下，试推测其 可能结构（写出有标号峰的振动类型﹑归属及推理过程）。
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解析 C16H10N2的IR光谱
N
C
CH
CH
C
N
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