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天津博精科技有限公司
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阅读：955发布时间：2022-4-14
随着红外光谱应用范围的扩大，几乎每个实验室都配备了红外光谱，所以有很多朋友私人信息给小分析姐姐，要求小分析姐姐整理一篇关于红外光谱分析的帖子，根据亲戚的要求，小分析姐姐精心整理了红外吸收光谱图分析实例，希望帮助您分析红外吸收光谱。
有机化合物定性分析采用红外吸收光谱可分为两个方面：
一是官能团定性分析，主要根据红外吸收光谱的特征频率来确定其中所含的官能团，以确定未知化合物的类别；
二是结构分析，即利用红外吸收光谱提供的信息，结合紫外吸收光谱、核磁共振波谱、质谱等结构分析方法（如紫外吸收光谱、核磁共振波谱、质谱）提供的。
原理
当样品被频率不断变化的红外光照射时，分子吸收一些频率的辐射，分子振动或旋转导致偶极矩的净变化，即振动-转能级从基态转向激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，透射率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。
辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构
2.红外光谱特性
- 除单原子分子和单核分子外，几乎所有有机物都有红外吸收； 特点强，可定性分析，红外光谱的波数位置、峰值数量和强度可确定分子结构； 定量分析； 固体、液体、气态样品，剂量少，不损坏样品； 分析速度快； 与色谱的定性功能强。3.分子中振动能级的基本振动形式
红外光谱有两种基本振动形式：伸缩振动和弯曲振动。
红外光谱分子结构
1.分子官能团和红外光谱吸收峰值
（1）分子的整体振动图像可分解为几种简单振动模式的叠加，每种简单振动模式（振动能级跳跃）对应于一定频率的 ）对应于一定频率的光吸收峰。所有具有红外活性的简单振动模式的光吸收峰构成了分子的振动吸收光谱，即红外光谱。
(2)分子的简振模式(振动能级)取决于分子的结构，因此可以将分子结构与其红外光谱联系起来。
(3)分子的简振模式是其所有原子特定运动量的叠加，即在简振模式下 ，所有原子都在进行(相同频率)运动。但一般只有一个(或几个)基团的运动起主要作用，而其他原子的运动相对较弱。因此，分子的简振模式可以看作是个别基团(官能团)的运动，因此 可以将分子的红外光谱吸收峰与其官能团对应。
2.官能团的主要振动模式
(1)化学键长度变化
(2)化学键角/二面角变化
3、H2O与CH4.简正振动模式
红外光谱分析三要素
红外光谱分析三要素是位置、强度和形态。
1.红外光谱吸收峰-线形和线宽
2.红外光谱吸收峰-位置
官能团振动频率的变化反映了化合物结构或环境的差异 。影响官能团吸收频率的因素可分为内部因素和外部因素。内部因素本质上是指官能团的分子结构对其吸收频率的影响，如振动耦合、费米共振、电子效应、空间效应、氢键和质量效应。外部原因一般包括温度、浓度、溶剂、样品状态 、样品方法等。
影响红外光谱吸收峰的内部因素
(1)振动耦合
当两个基团相邻且振动基频差不大时，振动耦合会导致吸收频率偏离基频，一个是高频方向（反对称），另一个是低频方向（对称），称为振动耦合。
(2)费米共振
当振动模式的倍频或合频类似于另一个振动基频时，由于其相互作用而产生的强吸收带或峰值裂纹被称为费米共振。费米共振也是一种振动耦合，只发生在基频和倍频或合频之间。
(3)电子效应
(4)空间效应
a. 环的张力
b.空间障碍
分子中的大基团具有空间阻力作用，迫使相邻基团的键角发生变化，使其振动吸收频率发生变化。当共轭系统的共平面被破坏或偏离时，其吸收频率也会移动到高波数。
（5）氢键
氢键的形成降低了化学键的力常数，吸收频率向低波数方向移动；振动时偶极矩变化增加，吸收强度增加，往往形成宽而强的吸收峰值。胺分子缔合，其吸收频率可降低100cm-1或更多。羧基形成强氢键，羟基吸收频率移至2500~3000cm-1。
(6)质量效应
当一些含氢基团与某些基团的吸收峰重叠时，可以将官能团的氢代替到低波数，分离原来的重叠峰。例如，酰胺在蛋白质中I带的吸收峰和水分子O-H弯曲振动的强吸收峰重叠在一起，因此溶液状态下的蛋白质分子通常用重水代替水。
影响红外光谱吸收峰的外部因素
（1）外部因素对官能组吸收频率的影响通常是由内部因素引起的。温度对物质的红外吸收光谱有明显的影响。低温下，物质吸收带尖锐；温度越高，带宽增加，带数减少。
（2）由于同一物质的状态不同，分子之间的相互作用力不同，测得的光谱也不同。一般来说，气态下测得的谱带波数，振动谱带的旋转精细结构可以观察到。
（3）当液体样品或固体样品溶解在有机溶剂中时，样品分子与样品分子和溶剂分子相互作用，导致样品分子的红外振动频率发生变化。如果样品分子含有极性基团，溶剂的极性越强，两者的相互作用越强，样品的红外光谱变化越大。
（4）由于各种外部因素会影响官能组的吸收频率，当将未知物红外谱与已知样品或标准谱图进行比较时，应注意图纸条件，在大致相同条件下比较光谱图。
分析红外光谱图
1.振动自由度
振动自由度是分子独立振动的数量。N每个原子在空间上有三个自由度F=3N-(非线性分子)；F=3N-(线性分子)。
振动自由度的计算非常重要，因为它反映了吸收峰的数量，光谱简化或红外非活性振动使吸收峰的数量低于振动自由度。
U=0→键或环状结构
U=1→双键或环形结构
U=2→两个双键，两个换，双键 环，一个三键
U=4→苯环可能含有分子
U=5→分子可能含有苯环 一个双键
2.红外光谱峰类型
基频峰：分子吸收一定频率的红外线，振动能级从基态转移到振动激发态产生的吸收峰。基频峰等于分子或基团的振动频率，强度高，是红外线的主要吸收峰。
泛频峰：当分子的振动能水平从基态转移到第二振动激发态、第三振动激发态等高能态时，产生的吸收峰强度较弱，难以识别，但增加了光谱的特性。
特征峰和指纹峰：特征峰可用于识别官能组的吸收峰，对应于分子中某个化学键或基团的振动形式，同一基团的振动频率总是出现在某个区域；指纹区具有较强的吸收峰，对分子结构的变化非常敏感，可以区分不同化合物结构的小差异。
3、影响峰位的因素
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；氢键效应降低膨胀频率，分子内氢键对峰值影响大，不受浓度影响，分子间氢键受浓度影响大，浓度稀释，吸收峰位置发生变化；碳原子杂化轨道s成分增加，键能增加，伸缩振动频率增加；溶剂极性增加，极性基团的伸缩振动频率降低。
4.谱图分析实例
红外谱图分析步骤
先特征，后指纹；先强峰，后强峰；寻找一组相关峰；→佐证。
首先识别特征区域的强峰，找出其相关峰，进行归属。
若饱和度>=四、苯环结构优先。
下图为分子式C9 H7 NO红外吸收光谱，确定其分子式。
不饱和度U=(2 2*9 1-7)/2=7→可能含苯环
红外光谱应用实例
1、 CO2在ZnO上的活化
CO将活化转化为有价值的有机化合物是催化领域的热点和难点。Noei超高真空傅里叶红外光谱等（UHV-FTIRS）研究羟基化ZnO 在纳米颗粒上CO激活。他们会干净的。ZnO将粉末样品暴露在 中CO2.碳酸盐相关振动带的形成在红外谱图中观察到，并使用 C18 O2 同位素置换实验证明了这一点ZnO 纳米颗粒CO高活性激活。
2、CO吸附在锐钛矿相的 TiO2 上
Setvin人们用红外反射吸收光谱（IRRAS）结合程序加热脱附 （TPD），扫描隧道显微镜（STM）和DFT研究了一氧化碳在锐钛矿的理论计算TiO晶面吸附2 (101)。IRRAS谱图显示在2181cm-1 只有一个地方CO带，结合TPD，分离分子的吸附能量估计为0.37±0.03eV，吸收峰在较高的覆盖率下移动到较小的值。STM成像和样品的控制退火证实TPD估计的吸附能与轻微排斥分子相互作用。CO在稍高的温度下，分子从富电子的外部供体缺陷位点解吸，与金红石TiO2 （110）表面上的CO吸附的比较表明，锐钛矿型TiO2 中电子定域的趋势比金红石好TiO二 中弱多了。
3、CO与ZnO其他吸附物的相互作用
在实际催化过程中，催化剂表面往往不吸附单一吸附物种，但催化剂表面同时存在多种吸附物。Noei在超高真空条件下等待人（UHV-FTIRS），通过FTIR光谱研究了CO不同改性的多晶ZnO相互作用。K清洁无吸附质ZnO暴露于纳米颗粒CO后，在2187cm-1 有强振动带CO与ZnO上的Zn2 位点结合。K下将CO2 预处理后ZnO暴露于纳米颗粒CO后，在2215cm-1 观察到新的CO振动带是吸附在三齿碳酸盐结构中的游离带Zn位点上的CO原因。记录在不同温度下的记录UHV-FTIRS数据显示，预吸附CO2 时，CO在多晶ZnO上面的组合可以显著增加，在ZnO存在于粉末颗粒上的羟基物质不会导致UHV条件下CO振动带的显著变化。
红外光谱是常见的有机物
1、烷烃
2、烯烃
3、芳烃
不同类型替代苯的特征峰：
4、醇
羟基特征峰：
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、双键、累积双键、三键
(内容来源: 孙素琴 清华大学 网络 由小分析师编辑)
你对红外光谱分析样品的制备方法了解多少？
【第二课】如何进行红外光谱结构解析
傅里叶红外光谱变换操作中常见的问题及注意事项。
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