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天津博精科技有限公司
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閱讀：959發(fā)布時間：2022-4-14
隨著紅外光譜應用范圍的擴大，幾乎每個實驗室都配備了紅外光譜，所以有很多朋友私人信息給小分析姐姐，要求小分析姐姐整理一篇關于紅外光譜分析的帖子，根據(jù)親戚的要求，小分析姐姐精心整理了紅外吸收光譜圖分析實例，希望幫助您分析紅外吸收光譜。
有機化合物定性分析采用紅外吸收光譜可分為兩個方面：
一是官能團定性分析，主要根據(jù)紅外吸收光譜的特征頻率來確定其中所含的官能團，以確定未知化合物的類別；
二是結(jié)構分析，即利用紅外吸收光譜提供的信息，結(jié)合紫外吸收光譜、核磁共振波譜、質(zhì)譜等結(jié)構分析方法（如紫外吸收光譜、核磁共振波譜、質(zhì)譜）提供的。
原理
當樣品被頻率不斷變化的紅外光照射時，分子吸收一些頻率的輻射，分子振動或旋轉(zhuǎn)導致偶極矩的凈變化，即振動-轉(zhuǎn)能級從基態(tài)轉(zhuǎn)向激發(fā)態(tài)，相應于這些區(qū)域的透射光強減弱，透射率T%對波數(shù)或波長的曲線，即為紅外光譜。
輻射→分子振動能級躍遷→紅外光譜→官能團→分子結(jié)構
2.紅外光譜特性
- 除單原子分子和單核分子外，幾乎所有有機物都有紅外吸收； 特點強，可定性分析，紅外光譜的波數(shù)位置、峰值數(shù)量和強度可確定分子結(jié)構； 定量分析； 固體、液體、氣態(tài)樣品，劑量少，不損壞樣品； 分析速度快； 與色譜的定性功能強。3.分子中振動能級的基本振動形式
紅外光譜有兩種基本振動形式：伸縮振動和彎曲振動。
紅外光譜分子結(jié)構
1.分子官能團和紅外光譜吸收峰值
（1）分子的整體振動圖像可分解為幾種簡單振動模式的疊加，每種簡單振動模式（振動能級跳躍）對應于一定頻率的 ）對應于一定頻率的光吸收峰。所有具有紅外活性的簡單振動模式的光吸收峰構成了分子的振動吸收光譜，即紅外光譜。
(2)分子的簡振模式(振動能級)取決于分子的結(jié)構，因此可以將分子結(jié)構與其紅外光譜聯(lián)系起來。
(3)分子的簡振模式是其所有原子特定運動量的疊加，即在簡振模式下 ，所有原子都在進行(相同頻率)運動。但一般只有一個(或幾個)基團的運動起主要作用，而其他原子的運動相對較弱。因此，分子的簡振模式可以看作是個別基團(官能團)的運動，因此 可以將分子的紅外光譜吸收峰與其官能團對應。
2.官能團的主要振動模式
(1)化學鍵長度變化
(2)化學鍵角/二面角變化
3、H2O與CH4.簡正振動模式
紅外光譜分析三要素
紅外光譜分析三要素是位置、強度和形態(tài)。
1.紅外光譜吸收峰-線形和線寬
2.紅外光譜吸收峰-位置
官能團振動頻率的變化反映了化合物結(jié)構或環(huán)境的差異 。影響官能團吸收頻率的因素可分為內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素本質(zhì)上是指官能團的分子結(jié)構對其吸收頻率的影響，如振動耦合、費米共振、電子效應、空間效應、氫鍵和質(zhì)量效應。外部原因一般包括溫度、濃度、溶劑、樣品狀態(tài) 、樣品方法等。
影響紅外光譜吸收峰的內(nèi)部因素
(1)振動耦合
當兩個基團相鄰且振動基頻差不大時，振動耦合會導致吸收頻率偏離基頻，一個是高頻方向（反對稱），另一個是低頻方向（對稱），稱為振動耦合。
(2)費米共振
當振動模式的倍頻或合頻類似于另一個振動基頻時，由于其相互作用而產(chǎn)生的強吸收帶或峰值裂紋被稱為費米共振。費米共振也是一種振動耦合，只發(fā)生在基頻和倍頻或合頻之間。
(3)電子效應
(4)空間效應
a. 環(huán)的張力
b.空間障礙
分子中的大基團具有空間阻力作用，迫使相鄰基團的鍵角發(fā)生變化，使其振動吸收頻率發(fā)生變化。當共軛系統(tǒng)的共平面被破壞或偏離時，其吸收頻率也會移動到高波數(shù)。
（5）氫鍵
氫鍵的形成降低了化學鍵的力常數(shù)，吸收頻率向低波數(shù)方向移動；振動時偶極矩變化增加，吸收強度增加，往往形成寬而強的吸收峰值。胺分子締合，其吸收頻率可降低100cm-1或更多。羧基形成強氫鍵，羥基吸收頻率移至2500~3000cm-1。
(6)質(zhì)量效應
當一些含氫基團與某些基團的吸收峰重疊時，可以將官能團的氫代替到低波數(shù)，分離原來的重疊峰。例如，酰胺在蛋白質(zhì)中I帶的吸收峰和水分子O-H彎曲振動的強吸收峰重疊在一起，因此溶液狀態(tài)下的蛋白質(zhì)分子通常用重水代替水。
影響紅外光譜吸收峰的外部因素
（1）外部因素對官能組吸收頻率的影響通常是由內(nèi)部因素引起的。溫度對物質(zhì)的紅外吸收光譜有明顯的影響。低溫下，物質(zhì)吸收帶尖銳；溫度越高，帶寬增加，帶數(shù)減少。
（2）由于同一物質(zhì)的狀態(tài)不同，分子之間的相互作用力不同，測得的光譜也不同。一般來說，氣態(tài)下測得的譜帶波數(shù)，振動譜帶的旋轉(zhuǎn)精細結(jié)構可以觀察到。
（3）當液體樣品或固體樣品溶解在有機溶劑中時，樣品分子與樣品分子和溶劑分子相互作用，導致樣品分子的紅外振動頻率發(fā)生變化。如果樣品分子含有極性基團，溶劑的極性越強，兩者的相互作用越強，樣品的紅外光譜變化越大。
（4）由于各種外部因素會影響官能組的吸收頻率，當將未知物紅外譜與已知樣品或標準譜圖進行比較時，應注意圖紙條件，在大致相同條件下比較光譜圖。
分析紅外光譜圖
1.振動自由度
振動自由度是分子獨立振動的數(shù)量。N每個原子在空間上有三個自由度F=3N-(非線性分子)；F=3N-(線性分子)。
振動自由度的計算非常重要，因為它反映了吸收峰的數(shù)量，光譜簡化或紅外非活性振動使吸收峰的數(shù)量低于振動自由度。
U=0→鍵或環(huán)狀結(jié)構
U=1→雙鍵或環(huán)形結(jié)構
U=2→兩個雙鍵，兩個換，雙鍵 環(huán)，一個三鍵
U=4→苯環(huán)可能含有分子
U=5→分子可能含有苯環(huán) 一個雙鍵
2.紅外光譜峰類型
基頻峰：分子吸收一定頻率的紅外線，振動能級從基態(tài)轉(zhuǎn)移到振動激發(fā)態(tài)產(chǎn)生的吸收峰?；l峰等于分子或基團的振動頻率，強度高，是紅外線的主要吸收峰。
泛頻峰：當分子的振動能水平從基態(tài)轉(zhuǎn)移到第二振動激發(fā)態(tài)、第三振動激發(fā)態(tài)等高能態(tài)時，產(chǎn)生的吸收峰強度較弱，難以識別，但增加了光譜的特性。
特征峰和指紋峰：特征峰可用于識別官能組的吸收峰，對應于分子中某個化學鍵或基團的振動形式，同一基團的振動頻率總是出現(xiàn)在某個區(qū)域；指紋區(qū)具有較強的吸收峰，對分子結(jié)構的變化非常敏感，可以區(qū)分不同化合物結(jié)構的小差異。
3、影響峰位的因素
誘導效應使振動頻率向高波數(shù)移動；共軛效應使振動頻率向低波數(shù)移動；氫鍵效應降低膨脹頻率，分子內(nèi)氫鍵對峰值影響大，不受濃度影響，分子間氫鍵受濃度影響大，濃度稀釋，吸收峰位置發(fā)生變化；碳原子雜化軌道s成分增加，鍵能增加，伸縮振動頻率增加；溶劑極性增加，極性基團的伸縮振動頻率降低。
4.譜圖分析實例
紅外譜圖分析步驟
先特征，后指紋；先強峰，后強峰；尋找一組相關峰；→佐證。
首先識別特征區(qū)域的強峰，找出其相關峰，進行歸屬。
若飽和度>=四、苯環(huán)結(jié)構優(yōu)先。
下圖為分子式C9 H7 NO紅外吸收光譜，確定其分子式。
不飽和度U=(2 2*9 1-7)/2=7→可能含苯環(huán)
紅外光譜應用實例
1、 CO2在ZnO上的活化
CO將活化轉(zhuǎn)化為有價值的有機化合物是催化領域的熱點和難點。Noei超高真空傅里葉紅外光譜等（UHV-FTIRS）研究羥基化ZnO 在納米顆粒上CO激活。他們會干凈的。ZnO將粉末樣品暴露在 中CO2.碳酸鹽相關振動帶的形成在紅外譜圖中觀察到，并使用 C18 O2 同位素置換實驗證明了這一點ZnO 納米顆粒CO高活性激活。
2、CO吸附在銳鈦礦相的 TiO2 上
Setvin人們用紅外反射吸收光譜（IRRAS）結(jié)合程序加熱脫附 （TPD），掃描隧道顯微鏡（STM）和DFT研究了一氧化碳在銳鈦礦的理論計算TiO晶面吸附2 (101)。IRRAS譜圖顯示在2181cm-1 只有一個地方CO帶，結(jié)合TPD，分離分子的吸附能量估計為0.37±0.03eV，吸收峰在較高的覆蓋率下移動到較小的值。STM成像和樣品的控制退火證實TPD估計的吸附能與輕微排斥分子相互作用。CO在稍高的溫度下，分子從富電子的外部供體缺陷位點解吸，與金紅石TiO2 （110）表面上的CO吸附的比較表明，銳鈦礦型TiO2 中電子定域的趨勢比金紅石好TiO二 中弱多了。
3、CO與ZnO其他吸附物的相互作用
在實際催化過程中，催化劑表面往往不吸附單一吸附物種，但催化劑表面同時存在多種吸附物。Noei在超高真空條件下等待人（UHV-FTIRS），通過FTIR光譜研究了CO不同改性的多晶ZnO相互作用。K清潔無吸附質(zhì)ZnO暴露于納米顆粒CO后，在2187cm-1 有強振動帶CO與ZnO上的Zn2 位點結(jié)合。K下將CO2 預處理后ZnO暴露于納米顆粒CO后，在2215cm-1 觀察到新的CO振動帶是吸附在三齒碳酸鹽結(jié)構中的游離帶Zn位點上的CO原因。記錄在不同溫度下的記錄UHV-FTIRS數(shù)據(jù)顯示，預吸附CO2 時，CO在多晶ZnO上面的組合可以顯著增加，在ZnO存在于粉末顆粒上的羥基物質(zhì)不會導致UHV條件下CO振動帶的顯著變化。
紅外光譜是常見的有機物
1、烷烴
2、烯烴
3、芳烴
不同類型替代苯的特征峰：
4、醇
羥基特征峰：
5、胺
氨基特征峰：
6、酮
7、醛
8、酸
9、酸酐
10、酯
11、羰基
基本特征峰：
12、腈
13、雙鍵、累積雙鍵、三鍵
(內(nèi)容來源: 孫素琴 清華大學 網(wǎng)絡 由小分析師編輯)
你對紅外光譜分析樣品的制備方法了解多少？
【第二課】如何進行紅外光譜結(jié)構解析
傅里葉紅外光譜變換操作中常見的問題及注意事項。
智慧城市網(wǎng) 設計制作，未經(jīng)允許翻錄必究 .? ? ?
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