隨著紅外光譜應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，幾乎每個(gè)實(shí)驗(yàn)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(guān)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(shí)例，希望幫助您分析紅外吸收光譜。
? ?有機(jī)化合物定性分析采用紅外吸收光譜可分為兩個(gè)方面：
? ?一是官能團(tuán)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(tuán)，以確定未知化合物的類別；
? ?二是結(jié)構(gòu)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(gòu)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(dāng)樣品被頻率不斷變化的紅外光照射時(shí)，分子吸收一些頻率的輻射，分子振動(dòng)或旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致偶極矩的凈變化，即振動(dòng)-轉(zhuǎn)能級(jí)從基態(tài)轉(zhuǎn)向激發(fā)態(tài)，相應(yīng)于這些區(qū)域的透射光強(qiáng)減弱，透射率T%對(duì)波數(shù)或波長(zhǎng)的曲線，即為紅外光譜。
? ? ? ?輻射→分子振動(dòng)能級(jí)躍遷→紅外光譜→官能團(tuán)→分子結(jié)構(gòu)
? ?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(jī)物都有紅外吸收； 特點(diǎn)強(qiáng)，可定性分析，紅外光譜的波數(shù)位置、峰值數(shù)量和強(qiáng)度可確定分子結(jié)構(gòu)； 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(qiáng)。3.分子中振動(dòng)能級(jí)的基本振動(dòng)形式
? ?紅外光譜有兩種基本振動(dòng)形式：伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)。
? ? ? ?紅外光譜分子結(jié)構(gòu)
? ?1.分子官能團(tuán)和紅外光譜吸收峰值
? ?（1）分子的整體振動(dòng)圖像可分解為幾種簡(jiǎn)單振動(dòng)模式的疊加，每種簡(jiǎn)單振動(dòng)模式（振動(dòng)能級(jí)跳躍）對(duì)應(yīng)于一定頻率的 ）對(duì)應(yīng)于一定頻率的光吸收峰。所有具有紅外活性的簡(jiǎn)單振動(dòng)模式的光吸收峰構(gòu)成了分子的振動(dòng)吸收光譜，即紅外光譜。
? ?(2)分子的簡(jiǎn)振模式(振動(dòng)能級(jí))取決于分子的結(jié)構(gòu)，因此可以將分子結(jié)構(gòu)與其紅外光譜聯(lián)系起來。
? ?(3)分子的簡(jiǎn)振模式是其所有原子特定運(yùn)動(dòng)量的疊加，即在簡(jiǎn)振模式下 ，所有原子都在進(jìn)行(相同頻率)運(yùn)動(dòng)。但一般只有一個(gè)(或幾個(gè))基團(tuán)的運(yùn)動(dòng)起主要作用，而其他原子的運(yùn)動(dòng)相對(duì)較弱。因此，分子的簡(jiǎn)振模式可以看作是個(gè)別基團(tuán)(官能團(tuán))的運(yùn)動(dòng)，因此 可以將分子的紅外光譜吸收峰與其官能團(tuán)對(duì)應(yīng)。
? ?2.官能團(tuán)的主要振動(dòng)模式
? ?(1)化學(xué)鍵長(zhǎng)度變化
? ? ? ?(2)化學(xué)鍵角/二面角變化
? ? ? ?3、H2O與CH4.簡(jiǎn)正振動(dòng)模式
? ? ? ?紅外光譜分析三要素
? ?紅外光譜分析三要素是位置、強(qiáng)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(tuán)振動(dòng)頻率的變化反映了化合物結(jié)構(gòu)或環(huán)境的差異 。影響官能團(tuán)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(tuán)的分子結(jié)構(gòu)對(duì)其吸收頻率的影響，如振動(dòng)耦合、費(fèi)米共振、電子效應(yīng)、空間效應(yīng)、氫鍵和質(zhì)量效應(yīng)。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(dòng)耦合
? ?當(dāng)兩個(gè)基團(tuán)相鄰且振動(dòng)基頻差不大時(shí)，振動(dòng)耦合會(huì)導(dǎo)致吸收頻率偏離基頻，一個(gè)是高頻方向（反對(duì)稱），另一個(gè)是低頻方向（對(duì)稱），稱為振動(dòng)耦合。
? ? ? ?(2)費(fèi)米共振
? ?當(dāng)振動(dòng)模式的倍頻或合頻類似于另一個(gè)振動(dòng)基頻時(shí)，由于其相互作用而產(chǎn)生的強(qiáng)吸收帶或峰值裂紋被稱為費(fèi)米共振。費(fèi)米共振也是一種振動(dòng)耦合，只發(fā)生在基頻和倍頻或合頻之間。
? ? ? ?(3)電子效應(yīng)
? ? ? ?(4)空間效應(yīng)
? ?a. 環(huán)的張力
? ? ? ?b.空間障礙
? ?分子中的大基團(tuán)具有空間阻力作用，迫使相鄰基團(tuán)的鍵角發(fā)生變化，使其振動(dòng)吸收頻率發(fā)生變化。當(dāng)共軛系統(tǒng)的共平面被破壞或偏離時(shí)，其吸收頻率也會(huì)移動(dòng)到高波數(shù)。
? ?（5）氫鍵
? ?氫鍵的形成降低了化學(xué)鍵的力常數(shù)，吸收頻率向低波數(shù)方向移動(dòng)；振動(dòng)時(shí)偶極矩變化增加，吸收強(qiáng)度增加，往往形成寬而強(qiáng)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(qiáng)氫鍵，羥基吸收頻率移至2500~3000cm-1。
? ?(6)質(zhì)量效應(yīng)
? ?當(dāng)一些含氫基團(tuán)與某些基團(tuán)的吸收峰重疊時(shí)，可以將官能團(tuán)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(dòng)的強(qiáng)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(duì)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(duì)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(cè)得的光譜也不同。一般來說，氣態(tài)下測(cè)得的譜帶波數(shù)最高，振動(dòng)譜帶的旋轉(zhuǎn)精細(xì)結(jié)構(gòu)可以觀察到。
? ?（3）當(dāng)液體樣品或固體樣品溶解在有機(jī)溶劑中時(shí)，樣品分子與樣品分子和溶劑分子相互作用，導(dǎo)致樣品分子的紅外振動(dòng)頻率發(fā)生變化。如果樣品分子含有極性基團(tuán)，溶劑的極性越強(qiáng)，兩者的相互作用越強(qiáng)，樣品的紅外光譜變化越大。
? ?（4）由于各種外部因素會(huì)影響官能組的吸收頻率，當(dāng)將未知物紅外譜與已知樣品或標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行比較時(shí)，應(yīng)注意圖紙條件，最好在大致相同條件下比較光譜圖。
? ?分析紅外光譜圖
? ?1.振動(dòng)自由度
? ?振動(dòng)自由度是分子獨(dú)立振動(dòng)的數(shù)量。N每個(gè)原子在空間上有三個(gè)自由度F=3N-(非線性分子)；F=3N-(線性分子)。
? ?振動(dòng)自由度的計(jì)算非常重要，因?yàn)樗从沉宋辗宓臄?shù)量，光譜簡(jiǎn)化或紅外非活性振動(dòng)使吸收峰的數(shù)量低于振動(dòng)自由度。
? ?U=0→無雙鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)
? ?U=1→雙鍵或環(huán)形結(jié)構(gòu)
? ?U=2→兩個(gè)雙鍵，兩個(gè)換，雙鍵 環(huán)，一個(gè)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(gè)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(dòng)能級(jí)從基態(tài)轉(zhuǎn)移到第一振動(dòng)激發(fā)態(tài)產(chǎn)生的吸收峰?；l峰等于分子或基團(tuán)的振動(dòng)頻率，強(qiáng)度高，是紅外線的主要吸收峰。
? ?泛頻峰：當(dāng)分子的振動(dòng)能水平從基態(tài)轉(zhuǎn)移到第二振動(dòng)激發(fā)態(tài)、第三振動(dòng)激發(fā)態(tài)等高能態(tài)時(shí)，產(chǎn)生的吸收峰強(qiáng)度較弱，難以識(shí)別，但增加了光譜的特性。
? ?特征峰和指紋峰：特征峰可用于識(shí)別官能組的吸收峰，對(duì)應(yīng)于分子中某個(gè)化學(xué)鍵或基團(tuán)的振動(dòng)形式，同一基團(tuán)的振動(dòng)頻率總是出現(xiàn)在某個(gè)區(qū)域；指紋區(qū)具有較強(qiáng)的吸收峰，對(duì)分子結(jié)構(gòu)的變化非常敏感，可以區(qū)分不同化合物結(jié)構(gòu)的小差異。
? ?3、影響峰位的因素
? ? ? ?誘導(dǎo)效應(yīng)使振動(dòng)頻率向高波數(shù)移動(dòng)；共軛效應(yīng)使振動(dòng)頻率向低波數(shù)移動(dòng)；氫鍵效應(yīng)降低膨脹頻率，分子內(nèi)氫鍵對(duì)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(dòng)頻率增加；溶劑極性增加，極性基團(tuán)的伸縮振動(dòng)頻率降低。
? ?4.譜圖分析實(shí)例
? ?紅外譜圖分析步驟
? ?先特征，后指紋；先強(qiáng)峰，后強(qiáng)峰；尋找一組相關(guān)峰；→佐證。
? ?首先識(shí)別特征區(qū)域的第一強(qiáng)峰，找出其相關(guān)峰，進(jìn)行歸屬。
? ?若飽和度>=四、苯環(huán)結(jié)構(gòu)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(yīng)用實(shí)例
? ?1、 CO2在ZnO上的活化
? ?CO將活化轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的有機(jī)化合物是催化領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。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(huì)干凈的。ZnO將粉末樣品暴露在 中CO2.碳酸鹽相關(guān)振動(dòng)帶的形成在紅外譜圖中觀察到，并使用 C18 O2 同位素置換實(shí)驗(yàn)證明了這一點(diǎn)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(jì)算TiO晶面吸附2 (101)。IRRAS譜圖顯示在2181cm-1 只有一個(gè)地方CO帶，結(jié)合TPD，分離分子的吸附能量估計(jì)為0.37±0.03eV，吸收峰在較高的覆蓋率下移動(dòng)到較小的值。STM成像和樣品的控制退火證實(shí)TPD估計(jì)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(diǎn)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(shì)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(shí)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(shí)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(qiáng)振動(dòng)帶CO與ZnO上的Zn2 位點(diǎn)結(jié)合。K下將CO2 預(yù)處理后ZnO暴露于納米顆粒CO后，在2215cm-1 觀察到新的CO振動(dòng)帶是吸附在三齒碳酸鹽結(jié)構(gòu)中的游離帶Zn位點(diǎn)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(yù)吸附CO2 時(shí)，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(huì)導(dǎo)致UHV條件下CO振動(dòng)帶的顯著變化。
? ? ? ?紅外光譜是常見的有機(jī)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(xué) 網(wǎng)絡(luò) 由小分析師編輯)
? ? ? ?你對(duì)紅外光譜分析樣品的制備方法了解多少？
? ? ? ?【第二課】如何進(jìn)行紅外光譜結(jié)構(gòu)解析
? ? ? ?傅里葉紅外光譜變換操作中常見的問題及注意事項(xiàng)。
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