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紅外光譜法（Infrared Spectrometry，IR）是利用物質(zhì)分子對紅外輻射的吸收，并由其振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起偶極矩的精變化，產(chǎn)生分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，得到由分子振動(dòng)能級和轉(zhuǎn)動(dòng)能級變化產(chǎn)生的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，又稱為紅外光譜。

紅外光譜儀

紅外光譜法是一種鑒別化合物和確定物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的常用分析手段，不僅可以對物質(zhì)進(jìn)行定性分析，還可對單一組分或混合物中各組分進(jìn)行定量分析，尤其是在對于一些較難分離并在紫外、可見區(qū)找不到明顯特征峰的樣品，可以方便、迅速地完成定量分析。

一、紅外譜圖解析基本知識

1、基團(tuán)頻率區(qū)

中紅外光譜區(qū)可分成4000cm-1~1300（1800）cm-1和1800（1300）cm-1~600cm-1兩個(gè)區(qū)域。有分析價(jià)值的基團(tuán)頻率在4000cm-1~1300cm-1之間，這一區(qū)域稱為基團(tuán)頻率區(qū)、官能團(tuán)區(qū)或特征區(qū)。區(qū)內(nèi)的峰是由伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的吸收帶，比較稀疏，容易辨認(rèn)，常用于鑒定官能團(tuán)。

在1800cm-1（1300cm-1）~600cm-1區(qū)域內(nèi)，除單鍵的伸縮振動(dòng)外，還有因變形振動(dòng)產(chǎn)生的譜帶。這種振動(dòng)基團(tuán)頻率和特征吸收峰與整個(gè)分子的結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)分子結(jié)構(gòu)稍有不同時(shí)，該區(qū)的吸收就有細(xì)微的差異，并顯示出分子特征。這種情況就像人的指紋一樣，因此稱為指紋區(qū)。指紋區(qū)對于指認(rèn)結(jié)構(gòu)類似的化合物很有幫助，而且可以作為化合物存在某種基團(tuán)的旁證。

基團(tuán)頻率區(qū)可分為三個(gè)區(qū)域

（1）4000~2500cm-1X-H伸縮振動(dòng)區(qū)，X可以是O、N、C或S等原子。O-H基的伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3650~3200cm-1范圍內(nèi)，它可以作為判斷有無醇類、酚類和有機(jī)酸類的重要依據(jù)。

當(dāng)醇和酚溶于非極性溶劑（如CCl4），濃度于0.01mol.dm-3時(shí)，在3650~3580cm-1處出現(xiàn)游離O-H基的伸縮振動(dòng)吸收，峰形尖銳，且沒有其它吸收峰干擾，易于識別。當(dāng)試樣濃度增加時(shí)，羥基化合物產(chǎn)生締合現(xiàn)象，O-H基的伸縮振動(dòng)吸收峰向低波數(shù)方向位移，在3400~3200cm-1出現(xiàn)一個(gè)寬而強(qiáng)的吸收峰。胺和酰胺的N-H伸縮振動(dòng)也出現(xiàn)在3500~3100cm-1，因此，可能會(huì)對O-H伸縮振動(dòng)有干擾。

C-H的伸縮振動(dòng)可分為飽和和不飽和的兩種：

飽和的C-H伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3000cm-1以下，約3000~2800cm-1，取代基對它們影響很小。如-CH3基的伸縮吸收出現(xiàn)在2960cm-1和2876cm-1附近；R2CH2基的吸收在2930cm-1和2850cm-1附近；R3CH基的吸收基出現(xiàn)在2890cm-1附近，但強(qiáng)度很弱。

不飽和的C-H伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3000cm-1以上，以此來判別化合物中是否含有不飽和的C-H鍵。苯環(huán)的C-H鍵伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3030cm-1附近，它的特征是強(qiáng)度比飽和的C-H漿鍵稍弱，但譜帶比較尖銳。不飽和的雙鍵=C-H的吸收出現(xiàn)在3010~3040cm-1范圍內(nèi)，末端=CH2的吸收出現(xiàn)在3085cm-1附近。叁鍵C-H上的C-H伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在更高的區(qū)域（3300cm-1）附近。

（2）2500~1900cm-1為叁鍵和累積雙鍵區(qū)，主要包括-C≡C、-C≡N等叁鍵的伸縮振動(dòng)，以及-C=C=C、-C=C=O等累積雙鍵的不對稱性伸縮振動(dòng)。

對于炔烴類化合物，可以分成R-C≡CH和R￠-C≡C-R兩種類型：

R-C≡CH的伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在2100~2140cm-1附近；

R￠-C≡C-R出現(xiàn)在2190~2260cm-1附近；

R-C≡C-R分子是對稱，則為非紅外活性。

-C≡N基的伸縮振動(dòng)在非共軛的情況下出現(xiàn)2240~2260cm-1附近。當(dāng)與不飽和鍵或芳香核共軛時(shí)，該峰位移到2220~2230cm-1附近。若分子中含有C、H、N原子，-C≡N基吸收比較強(qiáng)而尖銳。若分子中含有O原子，且O原子離-C≡N基越近，-C≡N基的吸收越弱，甚至觀察不到。

（3）1900~1200cm-1為雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)，該區(qū)域重要包括三種伸縮振動(dòng)：C=O伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在1900~1650cm-1，是紅外光譜中特征的且往往是明顯的吸收，以此很容易判斷酮類、醛類、酸類、酯類以及酸酐等有機(jī)化合物。酸酐的羰基吸收帶由于振動(dòng)耦合而呈現(xiàn)雙峰。苯的衍生物的泛頻譜帶，出現(xiàn)在2000~1650cm-1范圍，是C-H面外和C=C面內(nèi)變形振動(dòng)的泛頻吸收，雖然強(qiáng)度很弱，但它們的吸收面貌在表征芳核取代類型上有一定的作用。

2、指紋區(qū)

（a）1800（1300）cm-1~900cm-1區(qū)域是C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、P-O、Si-O等單鍵的伸縮振動(dòng)和C=S、S=O、P=O等雙鍵的伸縮振動(dòng)吸收。

其中：1375cm-1的譜帶為甲基的C-H對稱彎曲振動(dòng)，對識別甲基十分有用，C-O的伸縮振動(dòng)在1300~1000cm-1，是該區(qū)域明顯的峰，也較易識別。

（b）900~650cm-1區(qū)域的某些吸收峰可用來確認(rèn)化合物的順反構(gòu)型。利用上區(qū)域中苯環(huán)的C-H面外變形振動(dòng)吸收峰和2000~1667cm-1區(qū)域苯的倍頻或組合頻吸收峰，可以共同配合確定苯環(huán)的取代類型。

二、關(guān)于紅外光譜分析的順口溜

（1）外可分遠(yuǎn)中近，中紅特征指紋區(qū)，1300來分界，注意橫軸劃分異。看圖要知紅外儀，弄清物態(tài)液固氣，樣品來源制樣法，物化性能多聯(lián)系。識圖先學(xué)飽和烴，三千以下看峰形。

（2）2960、2870是甲基，2930、2850亞甲基峰。1470碳?xì)鋸潱?380甲基顯。二個(gè)甲基同一碳，1380分二半。面內(nèi)搖擺720，長鏈亞甲基亦可辨。

（3）烯氫伸展過三千，排除倍頻和鹵烷。末端烯烴此峰強(qiáng)，只有一氫不明顯。

（4）化合物，又鍵偏，～1650會(huì)出現(xiàn)。烯氫面外易變形，1000以下有強(qiáng)峰。910端基氫，再有一氫990。順式二氫690，反式移至970；單氫出峰820，干擾順式難確定。

（5）炔氫伸展三千三，峰強(qiáng)很大峰形尖。三鍵伸展二千二，炔氫搖擺六百八。

（6）芳烴呼吸很特征，1600～1430，1650～2000泛峰，取代方式區(qū)分明。900～650，面外彎曲定芳?xì)?。五氫吸收有兩峰?00和750，四氫只有750，二氫相鄰830，間二取代出三峰，700、780，880處孤立氫

（7）醇酚羥基易締合，三千三處有強(qiáng)峰。C-O伸展吸收大，伯仲叔醇位不同。1050伯醇顯，1100乃是仲，1150叔醇在，1230才是酚。

（8）1110醚鏈伸，注意排除酯酸醇。若與π鍵緊相連，二個(gè)吸收要看準(zhǔn)，1050對稱峰，1250對稱。

（9）苯環(huán)若有甲氧基，碳?xì)渖煺?820。次甲基二氧連苯環(huán)，930處有強(qiáng)峰.

（10）環(huán)氧乙烷有三峰，1260環(huán)振動(dòng)，九百上下反對稱，八百左右特征。

（11）縮醛酮，特殊醚，1110非縮酮。酸酐也有C－O鍵，開鏈環(huán)酐有區(qū)別，開鏈強(qiáng)寬一千一，環(huán)酐移至1250。

（12）羰基伸展一千七，2720定醛基。吸電效應(yīng)波數(shù)高，共軛則向低頻移。張力促使振動(dòng)快，環(huán)外雙鍵可類比。

（13）二千五到三千三，羧酸氫鍵峰形寬，920，鈍峰顯，羧基可定二聚酸、

（14）酸酐千八來偶合，雙峰60嚴(yán)相隔，鏈狀酸酐高頻強(qiáng)，環(huán)狀酸酐高頻弱。

（15）羧酸鹽，偶合生，羰基伸縮出雙峰，1600反對稱，1400對稱峰。

（16）1740酯羰基，何酸可看碳氧展。1180甲酸酯，1190是丙酸，1220乙酸酯，1250芳香酸。1600兔耳峰，常為鄰苯二甲酸。

（17）氮?dú)渖煺谷?，每氫一峰很分明。羰基伸展酰胺I，1660有強(qiáng)峰；N－H變形酰胺II，1600分伯仲。伯胺頻高易重疊，仲酰固態(tài)1550；碳氮伸展酰胺III，1400強(qiáng)峰顯。

（18）胺尖常有干擾見，N-H伸展三千三，叔胺無峰仲胺單，伯胺雙峰小而尖。

1600碳?xì)鋸潱枷阒侔非迤?。八百左右面?nèi)搖，確定變成鹽。

（19）伸展彎曲互相近，伯胺鹽三千強(qiáng)峰寬，仲胺鹽、叔胺鹽，2700上下可分辨，亞胺鹽，更可憐，2000左右才可見。

（20）硝基伸縮吸收大，相連基團(tuán)可弄清。1350、1500，分為對稱反對稱。

（21）氨基酸，成內(nèi)鹽，3100～2100峰形寬。1600、1400酸根展，1630、1510碳?xì)鋸潯?/p>

鹽酸鹽，羧基顯，鈉鹽蛋白三千三。

（22）礦物組成雜而亂，振動(dòng)光譜遠(yuǎn)紅端。純鹽類，較簡單，吸收峰，少而寬。

（23）注意羥基水和銨，先記幾種普通鹽。1100是硫酸根，1380硝酸鹽，

1450碳酸根，一千左右看磷酸。硅酸鹽，一峰寬，1000真壯觀。

三、紅外光譜分析步驟

（1）首先依據(jù)譜圖推出化合物碳架類型：根據(jù)分子式計(jì)算不飽和度，公式：

不飽和度＝（2C+2-H-Cl+N）/2其中：Cl為鹵素原子

例如：比如苯：C6H6，不飽和度=（2*6+2-6）/2=4，3個(gè)雙鍵加一個(gè)環(huán)，正好為4個(gè)不飽和度；

（2）分析3300~2800cm-1區(qū)域C-H伸縮振動(dòng)吸收；以3000cm-1為界：高于3000cm-1為不飽和碳C-H伸縮振動(dòng)吸收，有可能為烯，炔，芳香化合物，而低于3000cm-1一般為飽和C-H伸縮振動(dòng)吸收；

（3）若在稍高于3000cm-1有吸收，則應(yīng)在2250~1450cm-1頻區(qū)，分析不飽和碳碳鍵的伸縮振動(dòng)吸收特征峰，其中：

炔2200~2100cm-1

烯1680~1640cm-1

芳環(huán)1600，1580，1500，1450cm-1泛峰

若已確定為烯或芳香化合物，則應(yīng)進(jìn)一步解析指紋區(qū)，即1000~650cm-1的頻區(qū)，以確定取代基個(gè)數(shù)和位置（順、反；鄰、間、對）；

（4）碳骨架類型確定后，再依據(jù)其他官能團(tuán)，如C=O，O-H，C-N等特征吸收來判定化合物的官能團(tuán)；

（5）解析時(shí)應(yīng)注意把描述各官能團(tuán)的相關(guān)峰聯(lián)系起來，以準(zhǔn)確判定官能團(tuán)的存在，如2820，2720和1750~1700cm-1的三個(gè)峰，說明醛基的存在。

四、常見的鍵值

分析基本搞定，剩下的就是背一些常見常用的鍵值了！

1、烷烴：C-H伸縮振動(dòng)（3000-2850cm-1）

C-H彎曲振動(dòng)（1465-1340cm-1）

一般飽和烴C-H伸縮均在3000cm-1以下，接近3000cm-1的頻率吸收。

2、烯烴：烯烴C-H伸縮（3100~3010cm-1）

C=C伸縮（1675~1640cm-1）

烯烴C-H面外彎曲振動(dòng)（1000~675cm-1）。

3、炔烴：伸縮振動(dòng)（2250~2100cm-1）

炔烴C-H伸縮振動(dòng)（3300cm-1附近）。

4、芳烴：3100~3000cm-1芳環(huán)上C-H伸縮振動(dòng)

1600~1450cm-1C=C骨架振動(dòng)

880~680cm-1C-H面外彎曲振動(dòng)

芳香化合物重要特征：一般在1600，1580，1500和1450cm-1可能出現(xiàn)強(qiáng)度不等的4個(gè)峰。880~680cm-1，C-H面外彎曲振動(dòng)吸收，依苯環(huán)上取代基個(gè)數(shù)和位置不同而發(fā)生變化，在芳香化合物紅外譜圖分析中，常常用此頻區(qū)的吸收判別異構(gòu)體。

5、醇和酚：主要特征吸收是O-H和C-O的伸縮振動(dòng)吸收，

O-H自由羥基O-H的伸縮振動(dòng)：3650~3600cm-1，為尖銳的吸收峰，

分子間氫鍵O-H伸縮振動(dòng)：3500~3200cm-1，為寬的吸收峰；

C-O伸縮振動(dòng)：1300~1000cm-1

O-H面外彎曲：769-659cm-1

6、醚：特征吸收：1300~1000cm-1的伸縮振動(dòng)，

脂肪醚：1150~1060cm-1一個(gè)強(qiáng)的吸收峰

芳香醚：兩個(gè)C-O伸縮振動(dòng)吸收：1270~1230cm-1（為Ar-O伸縮）1050~1000cm-1（為R-O伸縮）

7、醛和酮：醛的主要特征吸收：1750~1700cm-1（C=O伸縮）

2820，2720cm-1（醛基C-H伸縮）

脂肪酮：1715cm-1，強(qiáng)的C=O伸縮振動(dòng)吸收，如果羰基與烯鍵或芳環(huán)共軛會(huì)使吸收頻率降低。

8、羧酸：羧酸二聚體：3300~2500cm-1寬，強(qiáng)的O-H伸縮吸收

1720~1706cm-1C=O吸收

1320~1210cm-1C-O伸縮

920cm-1成鍵的O-H鍵的面外彎曲振動(dòng)

9、酯：飽和脂肪族酯（除甲酸酯外）的C=O吸收譜帶：1750~1735cm-1區(qū)域

飽和酯C-C（=O）-O譜帶：1210~1163cm-1區(qū)域，為強(qiáng)吸收

10、胺：3500~3100cm-1，N-H伸縮振動(dòng)吸收

1350~1000cm-1，C-N伸縮振動(dòng)吸收

N-H變形振動(dòng)相當(dāng)于CH2的剪式振動(dòng)方式，其吸收帶在：1640~1560cm-1，面外彎曲振動(dòng)在900~650cm-1。

11、腈：腈類的光譜特征：三鍵伸縮振動(dòng)區(qū)域，有弱到中等的吸收

脂肪族腈2260-2240cm-1

芳香族腈2240-2222cm-1

12、酰胺：3500-3100cm-1N-H伸縮振動(dòng)

1680-1630cm-1C=O伸縮振動(dòng)

1655-1590cm-1N-H彎曲振動(dòng)

1420-1400cm-1C-N伸縮

13、有機(jī)鹵化物：

C-X伸縮脂肪族

C-F1400-730cm-1

C-Cl850-550cm-1

C-Br690-515cm-1

C-I600-500cm-1

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