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红外光谱分析
二十世纪初叶，Coblentz发表了一百多个有机化合物的红外光 谱图，给有机化学家提供了鉴别未知化合物的有力手段。 到四十年代
红外光谱技术得到了广泛的研究和应用。当今红外光谱仪的分辨率越 来-1，样品量少至微克级。—200cm红外光谱越高，检测范围扩展到 10000提供的某些信息简捷可靠，检测样品中有无羰基及属于哪一类 （酸酐、酯、***或醛）是其他光谱技术难以替代的。因此，对从事有 机化合物为研究对象的化学工作者来说，红外光谱学是必需熟悉和掌 握的一门重要光谱知识。
一、基本原理
1、基本知识
光是一种电磁波。可根据电磁波的波长范围分成不同类型的光谱， 它们各自反映出物质的不同类型的运动形式。 表1列出这些电磁波的 波长，其所在区域的光谱名称，以及对应的运动形式。
表1常用的有机光谱及对应的微观运动
波长
光谱名称
运动形式
55 x 10-10 口
核磁共振谱
原子核的转动
卩 100-100
远红外光谱
分子的转动及长波振动
50- 卩
红外及拉曼光谱
分子中原子的相对振动及振转光谱
卩 -
近红外光谱
分子中涉及氢原子的振动
750-400m 卩
可见光谱
分子中外层电子的转移
卩 400-100m
紫外光谱
分子中外层电子的转移
以下卩100m
光光谱X
原子的内层电子的转移
1
红外光谱研究的内容涉及的是分子运动， 因此称之为分子光谱。之间 的吸收光谱，常用的为中红外区 2-25 □通常红外光谱系指-1-1 o ）或
4000-650cm4000-400cm（-
间的振动和变角振动，分子在振动运动的同时还存在转动运动。 在红
外光谱区实际所测得的图谱是分 子的振动与转动运动的加合表现， 即所谓振转光谱。每一化合物都有其特有的光谱，因此使我们有可能 通过红外光谱 对化合物作出鉴别。-1光学中的一个基本公式是波数 cm红外光谱所用的单位波长卩，10为u cm/s）为光速（3 x 10。设二C 入U,式中入为波长，u为频率，C中所含的波的个数，并应具有以 下关系：波数，其含义是单位长度（1cm）4-J
（卩/波长波数（cm） = 10即红外光谱图的波长和波数都被用于表示红 外光谱的吸收位置，
横坐标。目前倾向于普遍采用波数为单位， 而在图谱上方标以对应的 （T%）波长值。红外光谱图的纵坐标反映的是吸收强度，一般以透过率 表示。
、红外光谱的几种振动形式2主要的基本可以分为两大类：伸缩振 动和弯曲振动。)
(u (1)伸缩振动沿着键轴方向伸或缩的振动，存在对称与非对称两 种类型。它的 吸收频率相对在高波数区。)
3曲振动(弯(2)
包括面内、面外弯曲振动，变角振动，摇摆振动等。它的吸收频率
相对在低波数区。-低) 400cm 4000cm (高)
2
3、红外光谱吸收峰主要的几种类型
(1)基频峰：伸缩振动，弯曲振动产生的吸收峰均为基频峰。
-1，倍频为900cm倍频峰：出现在基频峰波数二倍处。如基频为 ⑵
-1。1800cm
4、红外光谱吸收峰的强度
红外吸收强度取决于振动时偶极矩变化的大小。 因此，分子中含有杂 原子时，其红外吸收一般都较强；反之，两端取代基差别不大的碳- 碳键的红外吸收则较弱。基团的极性越大，吸收峰越强。如羰基特征 峰在整个图谱中一般总是最强峰之一。
二、红外光谱吸收频率与分子结构的关系
伸缩振动和弯曲振动都是基团内部原子间化学键的振动。 键的振动波 数又与原子的质量成反比，与键的刚度成正比。例如， C-H基的折合 质量比C-C基小，因此C-H伸缩振动波数高于C-C的伸缩振动波数。 键的刚度即力常数的大小取决于键的性质。
35达因/10厘米 杂化）的力常数：〜5SP单键（C-H, X 25达因/厘米X的 力常数：〜1010C-H双键（=,SP杂化）5达因/10厘米15C-H, SP 杂化）的力常数：〜X （三键三因此当原子折合质量相同时， 键的伸缩
振动波数随力常数增大而>u > u增加：u, 成份增多而增加（即
S）C*CH=CH uu > C=OC-弯曲振动与伸缩振动的方向性是不相同的。同一 种化学键二者振动所需能量大小刚好相反， 故弯曲振动波数大小的顺
序与伸缩振动波数相反：3 > 5 > S CH
=CH-C串 3
-1）
饱和碳氢、烯氢和炔氢键的波数（cm表2
振动形式
3-CH(SP) 3
2=C-H(SP)
C-H(SP)三
u C-H9