红外光谱分析(1分钟学会红外光谱分析)

红外光谱法(IR)是指物质分子吸收红外辐射，通过其振动或转动运动引起偶极矩的细微变化，导致分子振动和转动能级从基态跃迁到激发态，获得分子振动能级和转动能级变化产生的振动-转动光谱，也称为IR光谱。

红外分光计

红外光谱是鉴定化合物和确定物质分子结构的常用分析方法。它不仅可以对物质进行定性分析，还可以对混合物中的单个组分或组分进行定量分析。特别是对于一些难以分离且在紫外和可见光区找不到明显特征峰的样品，可以方便快捷地完成定量分析。

一、红外光谱分析基础知识

1.群频率区域

中红外光谱区可分为4000cm-1~1300(1800)cm-1和1800(1300)cm-1~600cm-1。最有价值的群频率在4000-1300cm-1之间。这个区域称为群频率区、功能群区或特征区。区域内的峰是伸缩振动产生的吸收带，稀疏易识别，常用于识别官能团。

在1800cm-1(1300cm-1)~600cm-1范围内，除了单键的伸缩振动外，还有形变振动产生的谱带。这个振动基团的频率和特征吸收峰与整个分子的结构有关。当分子结构略有不同时，该区域的吸收略有不同，表现出分子特征。这种情况就像人的指纹一样，所以叫指纹区。指纹面积对鉴别结构相似的化合物很有帮助，可以作为化合物中某些基团存在的旁证。

组频率区域可以分成三个区域。

(1)4000~2500cm-1X-H伸缩振动区，其中x可以是O、N、C或s等原子，O-H基团的伸缩振动出现在3650~3200cm-1范围内，可作为判断是否存在醇类、酚类和有机酸的重要依据。

当醇和酚溶于非极性溶剂(如CCl4)中，浓度为0.01mol·DM-3时，游离O-H基团的伸缩振动吸收发生在3650~3580cm-1，峰形尖锐，不受其他吸收峰的干扰，易于识别。随着样品浓度的增加，羟基化合物会发生缔合，O-H基团的伸缩振动吸收峰向低波数移动，在3400~3200cm-1处出现一个宽而强的吸收峰。胺和酰胺的N-H伸缩振动也出现在3500~3100cm-1，因此可能干扰O-H伸缩振动。

C-H的伸缩振动可分为饱和和非饱和两种类型；

C-H的饱和C-H伸缩振动在3000cm-1以下，约3000~2800cm-1，取代基对它们影响不大。例如-CH3基团的伸缩吸收出现在2960cm-1和2876cm-1附近；R2CH2基团的吸收在2930cm-1和2850cm-1左右；R3CH基团的吸收基团出现在2890cm-1左右，但强度很弱。

3000cm-1以上出现不饱和C-H伸缩振动，从而判断化合物是否含有不饱和C-H键。苯环C-H键的伸缩振动出现在3030cm-1附近，表现为强度略弱于饱和C-H键，但谱带尖锐。不饱和双键=C-H的吸收出现在3010~3040cm-1范围内，端基=CH2的吸收出现在3085cm-1左右。三个键C-H上的伸缩振动出现在较高区域(3300cm-1)附近。

(2)2500~1900cm-1是三键和累积双键区，主要包括-C≡C，-C≡N等三键的伸缩振动和-C=C=C，-c = c = o等累积双键的不对称伸缩振动。

炔烃化合物可分为两种:R-C≡CH和R ≡-C ≡ C-R:

R-C≡CH的伸缩振动出现在2100~2140cm-1附近；

R￠-C≡C-R出现在2190~2260cm-1附近；

R-C≡C-R分子是对称的，所以是非红外活性的。

非共轭情况下-C≡N碱基的伸缩振动出现在2240~2260cm-1附近。当与不饱和键或芳香核共轭时，峰移至2220~2230cm-1附近。如果分子中含有C、H和N原子，则-C≡N基团的吸收比强而尖锐。如果分子中含有O原子，且O原子越靠近-C≡N基团，则-C≡N基团的吸收越弱，甚至无法观察到。

(3)1900~1200cm-1为双键伸缩振动区，包括三种伸缩振动:C=O伸缩振动发生在1900~1650cm-1，这是特征性的，往往是红外光谱中吸收最强的，因此很容易判断酮、醛、酸、酯、酸酐等有机化合物。由于振动耦合，酸酐的羰基吸收带出现双峰。苯衍生物的泛频带出现在2000~1650cm-1范围内，是C-H面和C=C面形变振动的泛频吸收。虽然强度很弱，但它们的吸收特征在表征芳核取代类型方面起到了一定的作用。

2.指纹区域

(a)1800(1300)cm-1 ~ 900cm-1区域是C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、P-O、Si-O等单键的伸缩振动和C=S、S=O、P = O等双键的伸缩振动吸收

其中，1375cm-1的谱带是含甲基的C-H的对称弯曲振动，对中识别甲基非常有用。C-O的拉伸振动为1300~1000cm-1，是本区最强的峰，容易识别。

(b)在900～650cm-1范围内的一些吸收峰可用来确定化合物的顺反构型。利用苯环在上部区域的C-H面外形变振动吸收峰和苯在2000~1667cm-1区域的倍频或合频吸收峰，可以共同确定苯环的取代类型。

二、关于红外光谱分析的顺口溜

(1)外部可分为远、中、近、中、红特征指纹区，按1300划分。注意横轴的划分。看图认识红外仪器，发现物理状态，液体，固体，气体，样品来源，制样方法，理化性质都有关系。先学饱和烃再识图，看3000以下的峰形。

(2)2960和2870是甲基，2930和2850是亚甲基峰。1470碳氢化合物弯曲，1380甲基显示。两个碳相同的甲基，1380分钟两分半。面内摆动720，长链亚甲基也可以区分。

(3)烯烃氢延伸超过3000，不包括倍频和卤代烷。末端烯烃峰强，只有一个氢不明显。

(4)具有键偏差的化合物将出现在~ 1650。氢很容易在面外变形，在1000以下有一个很强的峰。90末端氢，另一个氢990。顺式二氢690，反式移至970；单个氢的峰为820，干扰顺式难以确定。

(5)炔氢伸展3300，峰强，峰形尖锐。三键伸展2200，乙炔氢摆动680。

(6)芳烃呼吸作用很有特点，1600 ~ 1430和1650 ~ 2000洪峰，替代模式明显。90 ~ 650，弯出平面固定芳氢。五氢吸收有两个峰，700和750，四氢只有750，二氢有830，三个峰被间二取代，在700，780和880有孤立的氢。

(7)醇类和酚类容易缔合，在3300处有很强的峰。C-O具有大的拉伸吸收和不同的仲醇、叔醇位置。050伯醇、1100仲醇、1150叔醇和1230苯酚。

(8)1110醚扩链，注意排除酯酸醇。如果与键连接紧密，两个吸光度要有针对性，1050对称峰和1250对称峰。

(9)如果苯环上有甲氧基，则碳氢延伸为2820。亚甲基双氧连在苯环上，在930有一个很强的峰。

(10)环氧乙烷有三个峰，1260环振动，900上下反对称，800左右最有特点。

(11)缩醛酮、特殊醚、1110非缩酮。酸酐也有碳氧键。开链酸酐的开链强度和宽度为1，100，环酸酐的开链强度和宽度为1，250。

(12)羰基伸展1，700，2720个醛基。电吸收效应波数高，共轭向低频移动。张力使振动变快，环外双键可以比较。

(13)2500 ~ 3300，羧酸的氢键峰形较宽，920，峰较钝，羧基可设为二聚酸，

(14)酸酐千年耦合，两个峰60°相隔很近，链状酸酐高频强，环状酸酐高频弱。

(15)羧酸酯，偶联，羰基伸出双峰，1600非对称峰和1400对称峰。

(16)1740酯羰基，碳氧展能看到什么酸。180甲酸盐、1190丙酸、1220乙酸盐和1250芳香酸。100兔耳峰，常邻苯二甲酸。

(17)氮和氢拉伸了3400，每个氢都有一个明显的峰。羰基延伸酰胺I，1660有一个强峰；N-H变形酰胺II，1600分等于。伯胺频率高且易重叠，仲酰基固体1550；碳延伸酰胺III，1400强峰。

(18)胺端常被干扰，N-H拉伸3300，叔胺无峰和仲胺，伯胺有小而尖的峰。

100°C/H弯曲，芳香族仲胺1500偏压。左右摇晃，确定最好是变成盐。

(19)拉伸和弯曲接近，伯胺盐峰宽3000强，仲胺盐和叔胺盐在2700上下可分辨，亚胺盐更可怜，仅在2000左右可见。

(20)硝基伸缩吸收大，连接的基团可以澄清。150，1500，分为对称和反对称。

(21)氨基酸，为内盐，峰形3100 ~ 2100。1600，1400酸根展，1630，1510烃弯。

盐酸盐，羧基，钠盐蛋白3300。

(22)矿物成分杂而乱，振动谱的远红端。纯盐，相对简单，吸收峰少且宽。

(23)注意羟基水和铵，先记住几种常见的盐。100是硫酸盐，1380是硝酸盐，

150碳酸盐，1000左右。看磷酸。硅酸盐，一峰宽，1000真壮观。

三、红外光谱分析步骤

(1)首先根据谱图推断化合物的碳骨架类型:根据分子式计算不饱和度，公式为:

不饱和度= (2c+2-h-Cl+n)/2其中Cl是卤素原子。

举个例子:比如苯:C6H6，不饱和度=(2*6+2-6)/2=4，3个双键加一个环，正好4个不饱和度；

(2)分析3300～2800cm-1范围内C-H伸缩振动的吸收；以3000cm-1为界:3000cm-1以上为不饱和碳C-H伸缩吸振，可能为烯烃、炔烃、芳香族化合物，3000cm-1以下一般为饱和C-H伸缩吸振；

(3)如果在略高于3000cm-1处有吸收，则应在2250~1450cm-1的频率范围内分析不饱和碳碳键伸缩振动吸收的特征峰，其中:

炔烃2200 ~ 2100厘米-1

1680～1640cm-1烯烃

芳烃1600、1580、1500、1450cm-1洪峰

如果已鉴定为烯类或芳香族化合物，则应进一步分析指纹区域，即1000~650cm-1的频率区域，以确定取代基的数量和位置(顺式，反式；相邻、中间和相对)；

(4)碳架类型确定后，可以根据其他官能团的特征吸收来确定化合物的官能团，如C=O、O-H、C-N等。

(5)分析时应注意将描述各官能团的相关峰连接起来，以准确判断官能团的存在，如2820、2720、1750~1700cm-1三个峰，说明醛基的存在。

四。公共键值

分析基本做完了，剩下的就是背一些常用的键值了！

1.烷烃:C-H伸缩振动(3000-2850cm-1)

C-H弯曲振动(1465-1340厘米-1)

一般饱和烃的C-H膨胀在3000cm-1以下，接近3000cm-1的频率吸收。

2.烯烃:烯烃C-H膨胀(3100~3010cm-1)

C=C膨胀(1675~1640cm-1)

烯烃的面外弯曲振动(1000～675cm-1)。

3.炔烃:伸缩振动(2250～2100厘米-1)

炔烃C-H的伸缩振动(约3300cm-1)。

4.芳烃:3100～3000cm-1芳环上的C-H伸缩振动

1600～1450cm-1C = C骨架振动

80 ~ 680 cm-1c-h面外弯曲振动

芳香族化合物的重要特征:一般在1600、1580、1500和1450cm-1处可能出现四个强度不同的峰。80～6中80cm-1，C-H的面外弯曲振动吸收随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，常利用该频率范围内的吸收来区分异构体。

5.醇和酚:主要特征吸收是O-H和C-O的伸缩振动吸收，

O-H的游离羟基O-H的伸缩振动为3650~3600cm-1，是一个尖锐的吸收峰。

分子间氢键O-H伸缩振动: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

6.乙醚:特征吸收:1300~1000cm-1的拉伸振动，

脂肪:1150~1060cm-1有很强的吸收峰。

芳醚:两种C-O伸缩吸振:1270~1230cm-1(对于Ar-O伸缩)和1050~1000cm-1(对于r-O伸缩)

7.醛酮:醛的主要特征吸收:1750~1700cm-1(C=O膨胀)

2820，2720 cm-1(醛基C-H伸展)

酮:1715cm-1，强吸收C=O伸缩振动。如果羰基与烯键或芳环共轭，吸收频率会降低。

8.羧酸:羧酸二聚体:3300~2500cm-1宽，强O-H伸缩吸收

1720～1706cm-1C = O吸收

120 ~ 1210 cm-1c-o膨胀

90cm-1 O-H键的面外弯曲振动

9.酯:C=O饱和脂肪族酯(甲酸酯除外)的吸收带:1750~1735cm-1区

饱和酯C-C(=O)-O带:1210~1163cm-1区域，为强吸收。

10.胺:3500～3100cm-1，N-H伸缩吸振

350 ~ 1000 cm-1，C-N伸缩减振

N-H形变振动相当于CH2的剪切振动模式，其吸收带为1640~1560cm-1，面外弯曲振动为900~650cm-1。

1.腈类:腈类的光谱特征:三键拉伸振动区，弱到中等吸收。

脂肪腈2260-2240cm-1

芳腈2240-2222cm-1

12.酰胺:3500-3100cm-1N-H伸缩振动

1680-1630cm-1C=O伸缩振动

1555-1590厘米-1n-小时弯曲振动

1420-1400cm-1C-N伸缩式

13.有机卤化物:

C-X伸缩脂肪族基团

c-f 1400-730厘米-1

C-Cl850-550cm-1

C-Br690-515cm-1

c-I600-500厘米-1