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2019.8.20

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红外光谱的一些知识总结

不全是原创

什么是FT-IR？原理是什么？

FT-IR，全称傅里叶变换红外光谱仪。当一定频率的红外线穿过分子时，被分子中振动频率相同的键吸收，记录下透过率T%随波数或波长变化的曲线，这就是红外光谱，也称分子振动旋转光谱。横坐标一般是吸收波长(微米)或吸收频率(波数/厘米)。

纵轴通常用透射率百分比T%表示。从谱图中获得的信息是:1)吸收峰的位置；2)吸收峰强度，一般表示为vs(很强)s(强)m(中)w(弱)VW(很弱)b(宽)sh(尖)v(可变)；3)吸收峰的形状。

产生红外吸收的条件

(1)分子振动时，必然伴随着瞬时偶极矩的变化。

对称分子:没有偶极矩，辐射不能引起共振，没有红外活性，如N2、O2、Cl2等。

不对称分子:具有偶极矩和红外活性。

(2)只有当照射在分子上的红外辐射的频率与分子的某一振动模式的频率相同时，分子吸收能量后，才从基态的振动能级跃迁到更高能量的振动能级，从而在光谱上出现相应的吸收带。

FT-IR中分子的振动类型有哪些？

伸缩振动:键长变化，包括对称和不对称伸缩振动；弯曲振动:键角变化，包括剪切振动、平面摆动、非平面摆动和扭转振动。

FT-IR中的峰数有没有计算方法？

具有n个原子的分子，具有自由度:

3n-5线性分子

3n-6非线性分子

理论上每个自由度在红外中可以产生一个吸收峰，但实际上红外光谱中的峰数比基本振动中的少，因为:1)振动过程中，吸收峰只能由伴随偶极矩的振动产生；2)同频率的吸收峰减少，相互重叠；3)强而宽的峰覆盖相似的弱而窄的峰；4)一些峰落在中红外区之外；5)吸收峰太弱，仪器检测不到。

以二氧化碳的吸收峰为例:

实际上只有2349和667两个吸收峰。

影响FT-IR中峰位的因素有哪些？

诱导效应使振动频率向高波数移动；共轭效应使振动频率向低波数移动；氢键效应降低拉伸频率，分子内氢键对峰位影响较大，不受浓度影响，分子间氢键受浓度影响较大，浓度稀释时吸收峰位发生变化。碳原子杂化轨道中的S分量增加，键能增加，伸缩振动频率增加。随着溶剂极性的增加，极性基团的伸缩振动频率降低。

带的位置可作为指示某些基团存在的依据。基团的特征频率取决于原子的质量、化学键的机械常数和原子的几何排列。原子质量越小，伸缩振动的频率越高；反之，伸缩振动频率越低。比如:

对于C-C，C=C和C≡C键，虽然原子质量相同，但化学键强度不同。化学键越强，其力常数越大，振动能级间距越大，分子从基态跃迁到第一激发态所需的能量越大。振动频率越高，吸收峰越高。

化学键强度:C-C < C = C < C ≡ C。

力常数:KC-C < KC = C < KC ≡ C。

吸收峰位置：1000 1640~1660%202000~2300 吸收峰位置:1000%2011660%202000~2300。

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如何划分FT-IR的面积？

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%201.近红外区（泛频区13158~4000cm-1）： %201。近红外区(泛音区13158~4000cm-1):

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%20-OH、-NH、-CH的特征吸收区(组成和定量分析)

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%202。中红外区(基本振动区4000~400cm-1):

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%20绝大多数有机和无机化合物的化学键振动基频区，分子中原子的振动及分子转动，化合物鉴定的重要区域。大量的实验证明，许多的基团和化学键其频率对应关系在4000~1300cm-1区域能明确体现出来，此区域称为基团特征频率区。 大多数有机和无机化合物化学键振动的基频范围，分子中原子的振动和分子转动，是化合物鉴定的重要领域。大量实验证明，在4000~1300cm-1范围内，许多基团与化学键之间的频率对应关系可以清晰地反映出来，这就是所谓的基团特征频率区。

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%203。远红外区(旋转区400~10cm-1):

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有机金属化合物的键振动、分子旋转和晶格振动。

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FT-IR中需要记忆的数值有哪些？

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%201。烷烃:C-H伸缩振动(3000-2850cm-1)C-H弯曲振动(1465-1340cm-1)一般饱和烃的C-H伸缩在3000cm-1以下，接近3000cm-1的频率吸收。

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%202.烯烃：烯烃C-H伸缩(3100~3010cm-1)，C=C伸缩(1675~1640%20cm-1)，烯烃C-H面外弯曲振动(1000~675cm-1)。 %202。烯烃:C-H膨胀(3100~3010cm-1)，C=C膨胀(1675~1640%20cm-1)，C-H面外弯曲振动(1000~675cm-1)。

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%203。炔烃:炔烃的C-H伸缩振动(3300cm-1附近)和三键伸缩振动(2250~2100cm-1)。

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%204.芳烃：芳环上C-H伸缩振动3100~3000cm-1,%20C=C%20骨架振动1600~1450cm-1,%20C-H面外弯曲振动880~680cm-1。 %204。芳香烃:芳环上的C-H伸缩振动为3100%20~%203000%20cm-1，C%20=%20C骨架振动为1600%20~%201450%20cm-1，C-H面外弯曲振动为880~680cm-1。

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%20芳烃重要特征：在1600，1580，1500和1450cm-1可能出现强度不等的4个峰。C-H面外弯曲振动吸收880~680cm-1，依苯环上取代基个数和位置不同而发生变化，在芳香化合物红外谱图分析中，常用判别异构体。 芳烃的重要特征:在1600和1450cm-1处可能出现四个强度不同的峰。C-H的面外弯曲振动吸收为880~680cm-1，根据苯环上取代基的数目和位置而变化。在芳香族化合物的红外光谱分析中，经常会识别异构体。

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%205.醇和酚：主要特征吸收是O-H和C-O的伸缩振动吸收，%20自由羟基O-H的伸缩振动：3650~3600cm-1,为尖锐的吸收峰，%20分子间氢键O-H伸缩振动：3500~3200cm-1，为宽的吸收峰;%20C-O%20伸缩振动：1300~1000cm-1,O-H%20面外弯曲：769-659cm-1 %205。醇和酚:主要特征吸收为O-H和C-O的伸缩振动吸收，游离羟基O-H的伸缩振动为3650~3600cm-1，为锐吸收峰，分子间氢键O-H的伸缩振动为3500~3200cm-1，为宽吸收峰；C-O伸缩振动:1300~1000cm-1，O-H面外弯曲:769-659cm-1。

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%206.醚特征吸收：1300~1000cm-1%20的伸缩振动，%20脂肪醚：1150~1060cm-1%20一个强的吸收峰%20芳香醚：1270~1230cm-1(为Ar-O伸缩)，1050~1000cm-1(为R-O伸缩) %206。乙醚特征吸收:150~1060cm-1。一个强吸收峰芳醚:1270~1230cm-1(对于Ar-O拉伸)，1050~1000cm-1(对于r-O拉伸)。

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%207.醛和酮：醛的特征吸收：1750~1700cm-1(C=O伸缩)，2820，2720cm-1(醛基C-H伸缩)%20脂肪酮：1715cm-1，强的C=O伸缩振动吸收，如果羰基与烯键或芳环共轭会使吸收频率降低 %207。醛酮:醛的特征吸收为1715cm-1，有很强的C=O伸缩振动吸收。如果羰基与烯键或芳环共轭，吸收频率会降低。

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%208.羧酸：羧酸二聚体：3300~2500cm-1%20宽而强的O-H伸缩吸收%201720~1706cm-1%20C=O伸缩吸收%201320~1210cm-1%20C-O伸缩吸收%20，%20920cm-1%20成键的O-H键的面外弯曲振动 %208。羧酸:羧酸二聚体:3300~2500cm-1宽强O-H伸缩吸收1720~1320~1210cm-1%20C-O伸缩吸收，920cm-1成键O-H键面外弯曲振动。

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%209.酯：饱和脂肪酸酯(除甲酸酯外)的C=O%20吸收谱带：1750~1735cm-1区域%20饱和酯C-O谱带：1210~1163cm-1%20区域为强吸收 %209。酯类:C%20=饱和脂肪酸酯(甲酸酯除外)的O吸收带:735cm-1面积；饱和酯的C-O带:1210~1163cm-1区域被强吸收。

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%2010.胺：N-H%20伸缩振动吸收3500~3100%20cm-1;C-N%20伸缩振动吸收1350~1000%20cm-1;%20N-H变形振动相当于CH2的剪式振动吸收：1640~1560cm-1;面外弯曲振动吸收900~650cm-1. %2010。胺:N-H伸缩吸振为3500%20~%203100cm-1；C-N伸缩减振1560cm-1；面外弯曲振动吸收为900～650cm-1。

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%2011.腈：三键伸缩振动区域，有弱到中等的吸收%20脂肪族腈%202260-2240cm-1%20芳香族腈%202240-2222cm-112.酰胺：3500-3100cm-1%20N-H伸缩振动，1680-1630cm-1%20C=O%20伸缩振动，1655-1590cm-1%20N-H弯曲振动，1420-1400cm-1%20C-N伸缩 十一。腈:三键拉伸振动区，脂肪族腈2260-2240cm-1，芳香族腈2240-2222cm-112弱到中等吸收。酰胺:3500-3100cm-1%20N-H拉伸振动，1680-1630%20cm-1%20c%20=%20O。

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FT-IR分析的一般步骤有哪些？

1。检查谱图是否符合要求；

2。了解样品的来源、样品的理化性质、其他分析的数据、重结晶溶剂和样品的纯度；

3。排除可能的“假波段”；

4。如果分子式可以根据其他分析数据写出，首先要计算分子不饱和度U。

∨=(2 2n 4 n3–n1)/2

n4、n3和n1分别是分子中四价、三价和一价元素的个数；

5.确定分子所含基团及化学键的类型（官能团区4000-1330和指纹区1330-650cm-1） %205。确定分子中所含基团和化学键的类型(官能团面积4000-1330-650cm-1)。

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%206。结合其他分析数据，确定化合物的结构单元，推断可能的结构式；

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%207。已知化合物分子结构的验证；

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%208。标准图谱比较；

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%209。计算机光谱库检索。傅里叶变换红外光谱分析实例

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下图是分子式为C9H7NO的有机化合物的红外吸收光谱，其分子式已确定。

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不饱和度U =(2 ^ 2 * 9 ^ 1-7)/2 = 7→可能含有苯环。

FT-IR应用案例

今天的分享到此结束。

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