红外光谱分析

物理学术语

红外光谱分析（infrared spectra analysis）指的是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。

工作原理

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。

种类

红外光谱仪的种类有：①棱镜和光栅光谱仪。属于色散型，它的单色器为棱镜或光栅，属单通道测量。②傅里叶变换红外光谱仪。它是非色散型的，其核心部分是一台双光束干涉仪。当仪器中的动镜移动时，经过干涉仪的两束相干光间的光程差就改变，探测器所测得的光强也随之变化，从而得到干涉图。经过傅里叶变换的数学运算后，就可得到入射光的光谱。这种仪器的优点：①多通道测量，使信噪比提高。②光通量高，提高了仪器的灵敏度。③波数值的精确度可达0.01厘米-1。④增加动镜移动距离，可使分辨本领提高。⑤工作波段可从可见区延伸到毫米区，可以实现远红外光谱的测定。

用途

红外光谱分析可用于研究分子的结构和化学键，也可以作为表征和鉴别化学物种的方法。红外光谱具有高度特征性，可以采用与标准化合物的红外光谱对比的方法来做分析鉴定。已有几种汇集成册的标准红外光谱集出版，可将这些图谱贮存在计算机中，用以对比和检索，进行分析鉴定。利用化学键的特征波数来鉴别化合物的类型，并可用于定量测定。由于分子中邻近基团的相互作用，使同一基团在不同分子中的特征波数有一定变化范围。此外，在高聚物的构型、构象、力学性质的研究，以及物理、天文、气象、遥感、生物、医学等领域，也广泛应用红外光谱。

解析方法

一，IR光谱解析方法

二，IR光谱解析实例

一，IR光谱解析方法

1.已知分子式计算不饱和度

不饱和度意义：

续前

例1：苯甲醛（C7H6O）不饱和度的计算

续前

2.红外光谱解析程序

先特征，后指纹；先强峰，后次强峰；先粗查，后

细找；先否定，后肯定；寻找有关一组相关峰→佐证

先识别特征区的第一强峰，找出其相关峰，并进行

峰归属

再识别特征区的第二强峰，找出其相关峰，并进行峰归属

常用术语

频峰

由基态跃迁到第一激发态，产生的强吸收峰，称为基频峰（强度大）；

倍频峰

由基态直接跃迁到第二、第三等激发态，产生弱的吸收峰，称为倍频峰；

合频峰

两个基频峰频率相加的峰；

Fermi 共振

某一个振动的基频与另外一个振动的倍频或合频接近时，由于相互作用而在该基频峰附近出现两个吸收带，这叫做 Fermi 共振，例如苯甲酰氯只有一个羰基，却有两个羰基伸缩振动吸收带，即1731 cm-1 和1736 cm-1，这是由于羰基的基频（1720 cm-1）与苯基和羰基的变角振动（880—860 cm-1) 的倍频峰之间发生 Fermi 共振而产生的. Fermi 共振的产生使红外吸收峰数增多，峰强加大.

振动偶合

两个化学键的振动频率相等或接近时，常使这两个化学键的基频吸收峰裂分为两个频率相差较大的吸收峰，这种现象叫做振动偶合.

其它

红外吸收与振动 - 转动光谱

1. 光谱的产生：

分子中基团的振动和转动能级跃迁产生振-转光谱，称红外光谱。

2. 所需能量：

近红外（14000-4000cm-1），中红外（4000-400cm‑1），远红外（400-10cm‑1）

3. 研究对象：

具有红外活性的化合物，即含有共价键、并在振动过程中伴随有偶极矩变化的化合物。

4. 用途：

结构鉴定、定量分析和化学动力学研究等。