紅外光譜解析(紅外譜圖解析)

紅外光譜圖怎么分析

你不能指望就一張紅外光譜圖就能分析出是什么物質。 紅外光譜測的是透射光，縱坐標為吸光度值，給人的感覺是反的(你要理解本質的意思)。 了解基頻區，和指紋區。 根據化學手冊上各種基團的紅外光譜范圍，判斷大概是什么物質。一般做紅外光譜檢測時，首先知道大概生成的物質都帶有什么基團，能避免很多不必要的猜測。

依據譜圖推出化合物碳架類型，根據分子式計算不飽和度。公式：不飽和度＝F+1+(T-O)/2

其中：

F：化合價為4價的原子個數（主要是C原子）；

T：化合價為3價的原子個數（主要是N原子）；

O：化合價為1價的原子個數（主要是H原子）。

F、T、O分別是英文4,3 1的首字母，這樣記起來就不會忘了

舉個例子：例如苯（C6H6），不飽和度＝6+1+（0-6）/2＝4，3個雙鍵加一個環，正好為4個不飽和度。

分析3300~2800cm^-1區域C-H伸縮振動吸收，以3000 cm^-1為界，高于3000cm^-1為不飽和碳C-H伸縮振動吸收，有可能為烯,炔, 芳香化合物,而低于3000cm^-1一般為飽和C-H伸縮振動吸收。

若在稍高于3000cm^-1有吸收,則應在2250~1450cm^-1頻區，分析不飽和碳碳鍵的伸縮振動吸收特征峰，其中：

炔—2200~2100 cm^-1

烯—1680~1640 cm^-1

芳環—1600,1580,1500,1450 cm^-1

若已確定為烯或芳香化合物，則應進一步解析指紋區，即1000~650cm^-1的頻區 ,以確定取代基個數和位置（順反，鄰、間、對）

碳骨架類型確定后,再依據其他官能團,如 C=O, O-H, C-N 等特征吸收來判定化合物的官能團。

解析時應注意把描述各官能團的相關峰聯系起來，以準確判定官能團的存在,如2820，2720和1750~1700cm^-1的三個峰，說明醛基的存在

紅外光譜

一、紅外光譜的基本原理

分子運動包括分子整體的轉動、組成原子的振動和分子中電子的運動。分子的每一運動狀態都具有一定的能量。在分子中，各原子靠相互的鍵力作用維持在平衡位置，并在平衡位置附近作微小的振動，構成分子的振動模式。分子的振動在一般的情況下是復雜的，因此在一定條件下可把分子的振動看作是幾種相互獨立的較簡單的振動方式的疊加。這些相互獨立的較簡單的振動方式轉為簡正振動模式。每種簡正振動模式有其特征頻率(v)，各種簡正振動頻率由分子的幾何構型、原子間的鍵力場及原子的質量等因素決定的。

分子在作頻率為v的簡正振動時，它的振動能量為：En=(1/2+n)hv式中，n是振動能級的振動量子數，取整數0，1，2，…，h是普朗克常量。

振動基態E0稱為零點振動能，即便是在絕對零度時也存在零點振動能。當入射光子的能量hv恰好等于振動的能級差時，分子有可能吸收光子能量而發生振動狀態的躍遷。

可見，hv光=E1-E0=hv0。當入射光的頻率等于分子的一個簡正振動頻率(v光=v0)時，則分子有可能吸收光的能量，從基態躍遷到第一激發態。按經典理論的說法，就是由于入射光的頻率等于振動的固有頻率，使分子對光能發生共振吸收(圖13-5-1)。

圖13-5-1 紅外光譜振動基態

產生紅外吸收的條件，除了上述的躍遷規律外，同時還必須具有偶極矩的變化，這種振動方式稱為紅外活性的，反之，在振動過程中偶極矩不發生變化的振動方式是非紅外活性的，雖然有振動，但不能吸收紅外輻射。一個多原子分子可具有3N-6種(N為組成分子的原子數)簡諧振動(對于線性分子只有3N-5種)，各種簡諧振動具有一定的能量，在特有的波數位置上應產生吸收，即每種簡諧振動相應有一個振動頻率。在各種簡諧振動中，有的振動屬于非紅外活性，有的因具有相同的振動頻率(但方向相反)而產生振動簡并。所以，紅外振動頻率數目總是少于振動形式數目3N-6(或3N-5)，分子對稱型越高，簡并越多，振動頻率越少于振動數目。

測量和記錄紅外吸收光譜的儀器稱為紅外分光光度計。根據分光原理的不同，紅外分光光度計可分為兩大類型：色散型和干涉型。色散型紅外分光光度計依據光的折射和衍射，采用色散元件(棱鏡或光柵)進行分光；干涉型紅外分光光度計則是基于光相干性原理利用干涉儀達到分光的目的。再根據數學上的傅立葉變換函數的特性對干涉儀進行改進，并利用計算機將其光源的干涉圖轉換成光源的光譜圖，故又稱為傅立葉紅外分光光度計(fTIR)。

由于傅立葉變換紅外分光光度計屏棄了狹縫裝置，使得它在任何測量時間內都能夠獲得輻射源的所有頻率的全部信息，同時也消除了狹縫對光譜能量的限制，使得光能的利用率大大提高，即所謂能量輸出大，因而它在實際使用上有很多優點。提高了靈敏度、分辨率和精度(0.01cm-1)，減少了雜散光。

二、紅外光譜的解析

紅外區的劃分

珠寶玉石學GAC教程

(1)近紅外光區：其吸收帶主要是由低能電子躍遷、含氫原子團伸縮振動的倍頻吸收等產生的。該區的光譜可用于研究稀土和其他過渡金屬離子的化合物，及水、含氫原子團化合物的分析(如膠、蠟和寶玉石中的有機染料)。

(2)中紅外光區：該區的吸收帶主要為基頻吸收帶，由于基頻振動是紅外光譜中吸收最強的振動，故此區最宜用于對寶玉石進行紅外光譜的定性和定量分析。①在4000～1250cm-1稱為特征頻率區，此區的吸收峰較疏，主要包括：含有氫原子的單鍵、各種三鍵和雙鍵的伸縮振動的基頻峰；②1250～400cm-1頻區是寶石礦物鑒定的指紋區。所出現的譜帶相當于各種單鍵的伸縮振動，以及多數基團的彎曲振動。③相關頻率：特征頻率可以證明官能團的存在，但多數情況下，一個官能團有數種振動形式，而每一種紅外活性振動都有一個相應的吸收峰，有時還能觀察到倍頻峰，因而不能由單一特征峰肯定官能團的存在。特征頻率是與相關頻率相互依存的吸收峰，其數目是由分子結構和光譜圖的波長范圍決定的。在中紅外光譜區，多數基團都有一組相關峰。

(3)遠紅外光區：該區的吸收帶主要與氣體分子中的純轉動躍遷、振動-轉動躍遷，一般不在此區范圍內進行寶玉石分析。

三、試樣的制備

現代的傅立葉紅外光譜儀附有顯微透射和反射紅外光譜裝置，可以不破壞樣品直接檢測。對不透明的寶石采用反射紅外光譜裝置檢測，對透明的寶石采用透射紅外光譜裝置檢測。對于寶石礦物原料則采用粉末法制備樣品。粉末法制備樣品制備的方法主要有2種：壓片法和糊狀法。

(1)壓片法：一般將寶玉石樣品取下1～3mg，放在瑪瑙研缽中制成粉末，加100～300mg KBr混合研磨均勻，再加入到壓模內，壓制成一定直徑或厚度的透明片。然后進行測定。

(2)糊狀法：如果是研究寶玉石中的氫的存在形式，則將試樣研成粉末后和石蠟油混合研磨制成糊膏，以減少在樣品中的散射。

一般來說，在制備試樣時應注意以下幾點：①試樣最好是單一組分的物質；②試樣的濃度或測試厚度應選擇適當，以使光譜中大多數吸收峰的透光度處于15%～70%范圍內；③試樣中不應含有游離水。

四、紅外光譜在寶石學中的應用

紅外光譜是振動光譜，它是物質內部的顯微結構和鍵合的靈敏探測器。根據所觀測到的吸收峰的位置、對稱性和相對強度，可提供非常有用的結構和成分信息。利用特征吸收譜帶的頻率，推斷分子中存在某一基團成鍵。進而再由特征吸收譜帶頻率的位移，推斷鄰接基團的特征，由分子的特征吸收譜帶強度的改變，可對其混合物和化合物進行定量分析。

紅外光譜圖的表示：縱坐標表示透過率(或吸收率)，橫坐標表示波長(nm)或頻率(cm-1)。紅外光譜在寶玉石學中有著廣泛的應用。

(1)寶玉石物相的鑒定：與鉆石相似的無色寶石，如無色的立方氧化鋯、釔鋁榴石和錫石等和鉆石十分相似，但它們的紅外光譜圖有明顯的區別。

(2)鉆石類型的判定：如圖13-5-2是用FTIR判定鉆石類型的一個好方法。

圖13-5-2 用紅外光譜(FTIR)判定鉆石類型

圖13-5-3 金剛石的紅外光譜圖

(3)浸染寶玉石的檢測：如翡翠的A、B和C貨的檢測，鍍膜處翡翠的鑒定。

(4)近紅外區是寶玉石中碳、氫和氧等元素存在形式研究的特征區。礦物中若有水分子存在，則它的組合頻和倍頻均在近紅外區(如綠柱石和電氣石等)。紅外光譜圖中(圖13-5-3)顯示IIb型金剛石結構中存在H2分子，其振動譜峰位于4106cm-1。

紅外光譜法的分析

紅外光譜具有鮮明的特征性，其譜帶的數目、位置、形狀和強度都隨化合物不同而各不相同。因此，紅外光譜法是定性鑒定和結構分析的有力工具 將試樣的譜圖與標準品測得的譜圖相對照，或者與文獻上的標準譜圖（例如《藥品紅外光譜圖集》、Sadtler標準光譜、Sadtler商業光譜等）相對照，即可定性
使用文獻上的譜圖應當注意：試樣的物態、結晶形狀、溶劑、測定條件以及所用儀器類型均應與標準譜圖相同 未知物如果不是新化合物，標準光譜己有收載的，可有兩種方法來查對標準光譜：
A.利用標準光譜的譜帶索引，尋找標準光譜中與試樣光譜吸收帶相同的譜圖
B.進行光譜解析，判斷試樣可能的結構。然后由化學分類索引查找標準光譜對照核實
解析光譜之前的準備：
Ø 了解試樣的來源以估計其可能的范圍
Ø 測定試樣的物理常數如熔沸點、溶解度、折光率、旋光率等作為定性的旁證
Ø 根據元素分析及分子量的測定，求出分子式
Ø 計算化合物的不飽和度Ω，用以估計結構并驗證光譜解析結果的合理性解析光譜的程序一般為：
A.從特征區的最強譜帶入手，推測未知物可能含有的基團，判斷不可能含有的基團
B.用指紋區的譜帶驗證，找出可能含有基團的相關峰，用一組相關峰來確認一個基團的存在
C.對于簡單化合物，確認幾個基團之后，便可初步確定分子結構
D.查對標準光譜核實 紅外光譜主要提供官能團的結構信息，對于復雜化合物，尤其是新化合物，單靠紅外光譜不能解決問題，需要與紫外光譜、質譜和核磁共振等分析手段互相配合，進行綜合光譜解析，才能確定分子結構。

紅外光譜能夠提供哪些化學結構信息

可以提供化學鍵以及官能團的種類和官能團的數量，主要是有機物。

用紅外光照射有機物分子時，分子中的化學鍵或官能團可發生振動吸收，不同的化學鍵或官能團吸收頻率不同，在紅外光譜上將處于不同位置，從而可獲得分子中含有何種化學鍵或官能團的信息。

紅外譜帶的強度是一個振動躍遷概率的量度，而躍遷概率與分子振動時偶極矩的變化大小有關，偶極矩變化愈大，譜帶強度愈大。偶極矩的變化與基團本身固有的偶極矩有關，故基團極性越強，振動時偶極矩變化越大，吸收譜帶越強；分子的對稱性越高，振動時偶極矩變化越小，吸收譜帶越弱。

紅外吸收峰的位置與強度反映了分子結構上的特點，可以用來鑒別未知物的結構組成或確定其化學基團；而吸收譜帶的吸收強度與化學基團的含量有關，可用于進行定量分析和純度鑒定。另外，在化學反應的機理研究上，紅外光譜也發揮了一定的作用。但其應用最廣的還是未知化合物的結構鑒定。
紅外光譜不但可以用來研究分子的結構和化學鍵，如力常數的測定和分子對稱性的判據，而且還可以作為表征和鑒別化學物種的方法。

怎么看紅外光譜圖？

1，根據分子式計算不飽和度公式：不飽和度 Ω=n4+1+(n3-n1)/2 其中： n4：化合價為4價的原子個數， n3：化合價為3價的原子個數， n1：化合價為1價的原子個數。

2，分析3300~2800cm-1區域C-H伸縮振動吸收;以3000 cm-1為界：高于3000cm-1為不飽和碳C-H伸縮振動吸收，有可能為烯，炔，芳香化合物;而低于3000cm-1一般為飽和C-H伸縮振動吸收;

3，若在稍高于3000cm-1有吸收,則應在 2250~1450cm-1頻區，分析不飽和碳碳鍵的伸縮振動吸收特征峰，其中炔： 2200~2100 cm-1， 烯：1680~1640 cm-1 芳環：1600,1580,1500,1450 cm-1若已確定為烯或芳香化合物，則應進一步解析指紋區，即1000~650cm-1的頻區，以確定取代基個數和位置(順、反，鄰、間、對);

4，碳骨架類型確定后,再依據官能團特征吸收，判定化合物的官能團;

5，解析時應注意把描述各官能團的相關峰聯系起來，以準確判定官能團的存在,如2820，2720和1750~1700cm-1的三個峰，說明醛基的存在。

擴展資料：

紅外光譜是分子能選擇性吸收某些波長的紅外線,而引起分子中振動能級和轉動能級的躍遷，檢測紅外線被吸收的情況可得到物質的紅外吸收光譜，又稱分子振動光譜或振轉光譜。

通常將紅外光譜分為三個區域：近紅外區(0.75~2.5μm)、中紅外區(2.5~25μm)和遠紅外區(25~300μm)。一般說來，近紅外光譜是由分子的倍頻、合頻產生的；中紅外光譜屬于分子的基頻振動光譜；遠紅外光譜則屬于分子的轉動光譜和某些基團的振動光譜。

由于絕大多數有機物和無機物的基頻吸收帶都出現在中紅外區，因此中近紅外光譜儀紅外區是研究和應用最多的區域，積累的資料也最多，儀器技術最為成熟。

參考資料：百度百科-紅外光譜

傅里葉紅外光譜分析原理

傅里葉紅外光譜分析原理如下：

傅立葉變換紅外光譜儀無色散元件，沒有夾縫，故來自光源的光有足夠的能量經過干涉后照射到樣品上然后到達檢測器，傅立葉變換紅外光譜儀測量部分的主要核心部件是干涉儀，干涉儀是由固定不動的反射鏡M1(定鏡)，可移動的反射鏡M2(動鏡)及分光束器B組成。

M1和M2是互相垂直的平面反射鏡。B以45°角置于M1和M2之間，B能將來自光源的光束分成相等的兩部分，一半光束經B后被反射，另一半光束則透射通過B。在邁克爾遜干涉儀中，當來自光源的入射光經光分束器分成兩束光，經過兩反射鏡反射后又匯聚在一起。

再投射到檢測器上，由于動鏡的移動，使兩束光產生了光程差，當光程差為半波長的偶數倍時，發生相長干涉，產生明線;為半波長的奇數倍時，發生相消干涉，產生暗線，若光程差既不是半波長的偶數倍，也不是奇數倍時，則相干光強度介于前兩種情況之間。

當動鏡聯系移動，在檢測器上記錄的信號余弦變化，每移動四分之一波長的距離，信號則從明到暗周期性的改變一次。上內突(句夭圖片乃視頻)為邰作老亞臺"忡傳縣"田戶卜傳并發布木平臺僅提做信息存儲服務。