红外吸收光谱(IR)的基本原理及应用

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1、红外吸收光谱（IR）的基本原理及应用基本原理当红外光照射物质分子时，其具有的能量引起振动能级和转动能级的跃迁，不同的分子和基团具有不同的振动，根据分子的特征吸收可以鉴定化合物和分子的结构。利用红外光谱对物质分子进行的分析和鉴定。将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定。红外吸收光谱是由分子不停地作振动和转动运动而产生的，分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动，多原子分子可组成多种振动图

2、形。当分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动时，这种振动方式称简正振动（例如伸缩振动和变角振动）。分子振动的能量与红外射线的光量子能量正好对应，因此当分子的振动状态改变时，就可以发射红外光谱，也可以因红外辐射激发分子而振动而产生红外吸收光谱。分子的振动和转动的能量不是连续而是量子化的。但由于在分子的振动跃迁过程中也常常伴随转动跃迁，使振动光谱呈带状。所以分子的红外光谱属带状光谱。分子越大，红外谱带也越多。红外光谱的应用（一）化合物的鉴定用红外光谱鉴定化合物，其优点是简便、迅速和可靠；同时样品用量少、可回收；对样品也无特殊

3、要求，无论气体、固体和液体均可以进行检测。有关化合物的鉴定包括下列几种：1、鉴别化合物的异同某个化合物的红外光谱图同熔点、沸点、折射率和比旋度等物理常数一样是该化合物的一种特征。尤其是有机化合物的红外光谱吸收峰多达20个以上，如同人的指纹一样彼此各不相同，因此用它鉴别化合物的异同，可靠性比其它物理手段强。如果二个样品在相同的条件下测得的光谱完全一致，就可以确认它们是同一化合物，例外较少。但当二个图有差别时，情况较复杂，须考虑下列因素，方能作出正确的结论：A．同质异晶体：此为化学结构完全相同而晶形不同的化合物。由于分子在不同晶体的晶格中排列

4、方式不一样，因此对光的散射和折射不相同，致使同质异晶体的固相红外光谱有差异，而在溶液中测的液相光谱应是相同的。B、同系物：同系物仅是构成链的单元数不同，因此它们的分子无序排列的液相光谱往往相同，固相光谱则因晶体内晶胞不同而有微小的差别。所以在鉴定大分子的聚合物、多糖和长脂肪链的同系物时，最好同时对比固相和液相光谱的异同，方能作出正确的判断。将二种同系物配成相同浓度的溶液，测量某些基团的吸收峰强度，如正脂肪酸同系物，可以根据亚甲基(2930)和甲基(2960)二个蜂的强度比进行识别。C、来源和精制方法：应注意到有些结构相同的化合物会因来源和

5、精制方法的不同而使固相光谱有差异。D、溶剂和浓度：液相光谱鉴别化合物的异同须采用同一种溶剂和相同的浓度，因为溶剂本身有一些吸收峰能把试样的弱吸收掩盖；另外氢键等溶剂效应在不同浓度下作用强弱不等，也能够引起光谱的变化。E、吸收峰的相对强度：对比光谱的异同不仅要注意每个吸收峰的位置是否一致，而且要注意各个蜂彼此之间的相对强度是否符合，否则就可能是结构上的微小差别引起的。2、鉴别光学异构体：旋光性化合物的左、右对映体的固相红外光谱是相同的。对映体和外消旋体由于晶格中分子的排列不同，使它们的固体光谱彼此不同，而溶液或熔融的光谱就完全相同。非对映异

6、构体因为是二种不同的化合物，所以无论是固相，还是液相光谱均不相同，尤其在指纹区有各自的特征峰。但是大分子的差向异构体如高三尖杉酯碱与表高三尖衫酯碱，由于彼此晶格不同，固相光谱的差别较大，而液相光谱差别很小，这是应该注意的问题。3、区分几何(顺、反)异构体：对称反式异构体中的双键处于分子对称中心，在分子振动中链的偶极矩变化极小，因此在光谱中不出现双键吸收峰。顺式异构体无对称中心，偶极矩有改变，故有明显的双键特征峰，以此可区分顺、反异构体。不对称的分子，由于反式异构体的对称性比顺式异构体高，因此双键的特征峰前者弱，后者强。4、区分构象异构体：

7、同一种化学键在不同的构象异构体中的振动频率是不一样的。以构象固定的六元环上的C—Y键为例，平展的C—Y键伸缩振动频率高于直立键，原因在于直立的C—Y键垂直于环的平面，其伸缩振动作用于碳上的复位力小；Y若在平展键，C—Y的伸缩振动使环扩张，复位力大，所以振动频率高。研究构象异构体要注意相的问题。固态结晶物质通常只有单一的构象，而液态样品大多是多种构象异构体的混合物，因此二种相的光谱不尽相同。如果固相和液相光谱相同，则表明该化合物只有一种构象．环状邻位双羟基化合物可以利用羟基之间的氢键推定构相。有分子内氢键的羟基特征峰波数低于游离羟基的波数。

8、氢键越强，二者波数差越大。5、区分互变异构体：有机化学中经常碰到互变异构现象，如β－双酮有酮式和烯醇式二种，红外光谱极容易区分它们。在四氯化碳溶液中酮式在～1730cm－1有二个峰，烯醇式只有