紅外光譜法（infrared spectrometry，ir）是利用物質(zhì)分子對紅外輻射的吸收，并由其振動或轉(zhuǎn)動運(yùn)動引起偶極矩的精變化，產(chǎn)生分子振動和轉(zhuǎn)動能級從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，得到由分子振動能級和轉(zhuǎn)動能級變化產(chǎn)生的振動-轉(zhuǎn)動光譜，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-1兩個區(qū)域。有分析價值的基團(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)，除單鍵的伸縮振動外，還有因變形振動產(chǎn)生的譜帶。這種振動基團(tuán)頻率和特征吸收峰與整個分子的結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)分子結(jié)構(gòu)稍有不同時，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)可分為三個區(qū)域
（1）4000~2500cm-1x-h伸縮振動區(qū)，x可以是o、n、c或s等原子。o-h基的伸縮振動出現(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，在3650~3580cm-1處出現(xiàn)游離o-h基的伸縮振動吸收，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，羥基化合物產(chǎn)生締合現(xiàn)象，o-h基的伸縮振動吸收峰向低波數(shù)方向位移，在3400~3200cm-1出現(xiàn)一個寬而強(qiáng)的吸收峰。胺和酰胺的n-h伸縮振動也出現(xiàn)在3500~3100cm-1，因此，可能會對o-h伸縮振動有干擾。
c-h的伸縮振動可分為飽和和不飽和的兩種：
飽和的c-h伸縮振動出現(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，以及-c=c=c、-c=c=o等累積雙鍵的不對稱性伸縮振動。
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，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為雙鍵伸縮振動區(qū)，該區(qū)域重要包括三種伸縮振動：c=o伸縮振動出現(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等單鍵的伸縮振動和c=s、s=o、p=o等雙鍵的伸縮振動吸收。
其中：1375cm-1的譜帶為甲基的c-h對稱彎曲振動，對識別甲基十分有用，c-o的伸縮振動在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?？磮D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，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)渖煺谷模繗湟环搴芊置?。羰基伸展酰胺i，1660有強(qiáng)峰；n－h(huán)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?br>鹽酸鹽，羧基顯，鈉鹽蛋白三千三。
（22）礦物組成雜而亂，振動光譜遠(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個雙鍵加一個環(huán)，正好為4個不飽和度；
（2）分析3300~2800cm-1區(qū)域c-h伸縮振動吸收；以3000cm-1為界：高于3000cm-1為不飽和碳c-h伸縮振動吸收，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（3000-2850cm-1）
c-h彎曲振動（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（1000~675cm-1）。
3、炔烴：伸縮振動（2250~2100cm-1）
炔烴c-h伸縮振動（3300cm-1附近）。
4、芳烴：3100~3000cm-1芳環(huán)上c-h伸縮振動
1600~1450cm-1c=c骨架振動
880~680cm-1c-h面外彎曲振動
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個峰。880~680cm-1，c-h面外彎曲振動吸收，依苯環(huán)上取代基個數(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的伸縮振動吸收，
o-h自由羥基o-h的伸縮振動：3650~3600cm-1，為尖銳的吸收峰，
分子間氫鍵o-h伸縮振動：3500~3200cm-1，為寬的吸收峰；
c-o伸縮振動：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，
脂肪醚：1150~1060cm-1一個強(qiáng)的吸收峰
芳香醚：兩個c-o伸縮振動吸收：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伸縮振動吸收，如果羰基與烯鍵或芳環(huán)共軛會使吸收頻率降低。
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
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伸縮振動吸收
1350~1000cm-1，c-n伸縮振動吸收
n-h變形振動相當(dāng)于ch2的剪式振動方式，其吸收帶在：1640~1560cm-1，面外彎曲振動在900~650cm-1。
11、腈：腈類的光譜特征：三鍵伸縮振動區(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
1680-1630cm-1c=o伸縮振動
1655-1590cm-1n-h彎曲振動
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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