隨著紅外光譜儀儀應(yīng)用范圍的擴大，幾乎每個實驗室都配備了紅外光譜儀儀。因此，許多小伙伴給小分析師發(fā)了私人信息，要求小分析師整理一篇關(guān)于紅外光譜儀儀分析的帖子。根據(jù)大多數(shù)親戚的要求，小分析師連夜精心整理了紅外吸收光譜圖分析的實例，希望能幫助您分析紅外吸收光譜。
有機化合物定性分析采用紅外吸收光譜可分為兩個方面：
一是官能團定性分析，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，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
當樣品受到頻率不斷變化的紅外光照射時，分子吸收一些頻率的輻射，分子振動或旋轉(zhuǎn)引起偶極矩的凈變化，即振動-轉(zhuǎn)能級從基態(tài)向激發(fā)態(tài)跳躍，相應(yīng)于這些區(qū)域的透射光強度減弱T對波數(shù)或波長的曲線為紅外光譜儀儀。
輻射→分子振動能級躍遷→紅外光譜儀儀→官能團→分子結(jié)構(gòu)
2.紅外光譜儀儀的特點
紅外吸收只有振動-跳躍，能量低； 除單原子分子和單核分子外，幾乎所有有機物都被紅外吸收； 紅外光譜儀儀的波數(shù)位置、波峰數(shù)和強度可確定分子結(jié)構(gòu)； 定量分析； 固、液、氣樣均可，用量少，不破壞樣品； 分析速度快； 定性功能強大，與色譜結(jié)合。3.分子中振動能級的基本振動形式
紅外光譜儀儀有兩種基本振動形式：伸縮振動和彎曲振動。
紅外光譜儀儀分子結(jié)構(gòu)
1.分子官能團和紅外光譜儀儀吸收峰值
(1)分子的整體振動圖像可分解為幾種簡振模式的疊加，每種簡振模式(振動能級跳躍)對應(yīng)于一定頻率 ）對應(yīng)一定頻率的光吸收峰，所有具有紅外活性的簡振模式的光吸收峰構(gòu)成振動吸收光譜，即紅外光譜儀儀。
(2)分子的簡振模式(振動能級)取決于分子的結(jié)構(gòu)，因此分子結(jié)構(gòu)可以與其紅外光譜儀儀連接。
(3)分子的簡振模式是所有原子特定運動量的疊加，即在簡振模式下 ，所有原子都在運動(相同頻率)。但一般只有一個(或幾個)基團的運動起主要作用，而其他原子的運動相對較弱。因此，分子的簡振模式可以看作是個別基團（官能團）的運動，因此 ，分子紅外光譜儀儀的吸收峰可與其官能團對應(yīng)。
2.官能團的主要振動模式
(1)化學(xué)鍵長度變化
(2)化學(xué)鍵角/二面角變化
3、H2O與CH4.簡正振動模式
紅外光譜儀分析三要素
紅外光譜儀儀分析的三個要素是位置、強度和形態(tài)。
1.紅外光譜儀儀吸收峰-線形和線寬
2.紅外光譜儀儀吸收峰-位置
官能團振動頻率的變化反映了不同的化合物結(jié)構(gòu)或環(huán)境 。影響官能團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)上是指官能團的分子結(jié)構(gòu)對其吸收頻率的影響，如振動耦合、費米共振、電子效應(yīng)、空間效應(yīng)、氫鍵和質(zhì)量效應(yīng)。外部因素一般包括溫度、濃度、溶劑、樣品狀態(tài) 、制樣方法等。
影響紅外光譜儀儀吸收峰值的內(nèi)部因素
(1)振動耦合
當兩個基團相鄰且振動基頻差不大時，振動耦合會導(dǎo)致吸收頻率偏離基頻，一個是高頻方向（反對稱），另一個是低頻方向（對稱），稱為振動耦合。
(2)費米共振
當振動模式的倍頻或合頻類似于另一個振動基頻時，由于其相互作用而產(chǎn)生的強吸收帶或峰值裂紋被稱為費米共振。費米共振也是一種振動耦合，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
分子中的大基團具有空間阻力作用，迫使相鄰基團的鍵角發(fā)生變化，使其振動吸收頻率發(fā)生變化。當共軛系統(tǒng)的共平面被破壞或偏離時，其吸收頻率也會移動到高波數(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；振動時偶極矩變化增加，吸收強度增加，往往形成寬而強的吸收峰值。胺分子締合，其吸收頻率可降低100cm-1或更多。羧基形成強氫鍵，羥基吸收頻率為2500~3000cm-1。
(6)質(zhì)量效應(yīng)
當一些含氫基團與某些基團的吸收峰重疊時，可以將官能團的氫代替到低波數(shù)，分離原來的重疊峰。例如，在蛋白質(zhì)中，酰胺I帶的吸收峰與水分子O-H彎曲振動的強吸收峰重疊在一起，因此溶液狀態(tài)下的蛋白質(zhì)分子通常用重水代替水。
影響紅外光譜儀儀吸收峰值的外部因素
（1）外部因素對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，測得的光譜也不同。一般來說，氣態(tài)下測得的譜帶波數(shù)最高，振動譜帶的旋轉(zhuǎn)精細結(jié)構(gòu)可以觀察到。
（3）當液體樣品或固體樣品溶解在有機溶劑中時，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頻率發(fā)生變化。如果樣品分子含有極性基團，溶劑的極性越強，兩者的相互作用越強，樣品的紅外光譜儀儀變化越大。
（4）由于各種外部因素會影響官能組的吸收頻率，當將未知物紅外譜與已知樣品或標準譜圖進行比較時，應(yīng)注意圖紙條件，最好在大致相同條件下比較光譜圖。
紅外光譜儀儀圖分析
1.振動自由度
振動自由度是分子獨立振動的數(shù)量。N每個原子在空間上有三個自由度F=3N-(非線性分子)；F=3N-(線性分子)。
振動自由度的計算非常重要，因為它反映了吸收峰的數(shù)量，光譜簡化或紅外非活性振動使吸收峰的數(shù)量低于振動自由度。
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→兩個雙鍵，兩個換，雙鍵 環(huán)，三鍵
U=4→苯環(huán)可能含有分子
U=5→可能含有苯環(huán)的分子 一個雙鍵
2.紅外光譜儀儀峰的類型
基頻峰：分子吸收一定頻率的紅外線，振動能級從基態(tài)轉(zhuǎn)移到第一振動激發(fā)態(tài)產(chǎn)生的吸收峰。基頻峰等于分子或基團的振動頻率，強度高，是紅外線的主要吸收峰。
泛頻峰：當分子的振動能水平從基態(tài)轉(zhuǎn)移到第二振動激發(fā)態(tài)、第三振動激發(fā)態(tài)等高能態(tài)時，產(chǎn)生的吸收峰強度較弱，難以識別，但增加了光譜的特性。
特征峰和指紋峰：特征峰可用于識別官能組的吸收峰，對應(yīng)于分子中某個化學(xué)鍵或基團的振動形式，同一基團的振動頻率總是出現(xiàn)在某個區(qū)域；指紋區(qū)具有較強的吸收峰，對分子結(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。
影響峰位的因素
誘導(dǎo)效應(yīng)使振動頻率向高波數(shù)移動；共軛效應(yīng)使振動頻率向低波數(shù)移動；氫鍵效應(yīng)降低膨脹頻率，分子內(nèi)氫鍵對峰值影響較大，不受濃度影響，分子間氫鍵受濃度影響較大，濃度稀釋，吸收峰位置發(fā)生變化；碳原子雜化軌道中的s成分增加，鍵能增加，膨脹振動頻率增加；溶劑極性增加，極性基團的膨脹振動頻率降低。
4.譜圖分析實例
紅外譜圖分析步驟
先特征，后指紋；先強峰，后強峰；尋找一組相關(guān)峰；→佐證。
首先識別特征區(qū)域的第一強峰，找出其相關(guān)峰，進行歸屬。
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)
紅外光譜儀儀應(yīng)用實例
1、 CO2在ZnO上的活化
CO將活化轉(zhuǎn)化為有價值的有機化合物是催化領(lǐng)域的熱點和難點。Noei超高真空傅里葉紅外光譜儀儀等（UHV-FTIRS）研究羥基化ZnO納米顆粒 CO2活化。他們會干凈的ZnO暴露在粉末樣品中 CO在紅外譜圖中觀察到碳酸鹽相關(guān)振動帶的形成并使用 C18 O2 同位素置換實驗證明了這一點ZnO納米顆粒在 CO高活性激活。
2、CO在銳鈦礦相中吸附 TiO2 上
Setvin人們用紅外反射吸收光譜（IRRAS）結(jié)合程序升溫脫附 （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算TiO2 (101)晶面吸附。IRRAS譜圖顯示在2181cm-1 處僅有一個CO帶，結(jié)合TPD，分離分子的吸附能量估計為0.37±0.03eV，吸收峰在較高的覆蓋率下移動到較小的值。又結(jié)合STM成像和樣品的控制退火證實TPD估計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解吸，與金紅石TiO2 (110)表面CO吸附的比較表明，銳鈦礦型TiO2 與金紅石相比，中電子定域的趨勢是金紅石TiO2 中弱得多。
3、CO與ZnO其他吸附物的相互作用
在實際催化過程中，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。在110K清潔無吸附質(zhì)ZnO暴露于納米顆粒CO后，在2187cm-1 有強振動帶，是的CO與ZnO上的Zn2 位點結(jié)合。在210K下將CO2 預(yù)處理后的ZnO暴露于納米顆粒CO后，在2215cm-1 觀察新的地方CO振動帶是吸附在三齒碳酸鹽結(jié)構(gòu)中的游離帶Zn位點上的CO所致。記錄在不同溫度下UHV-FTIRS數(shù)據(jù)顯示，預(yù)吸附CO2 時，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)不會導(dǎo)致UHV條件下CO振動帶的顯著變化。
常見的有機物紅外光譜儀儀
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、累積雙鍵和三鍵 、積累雙鍵和三鍵
(內(nèi)容來源: 孫素琴 清華大學(xué) 網(wǎng)絡(luò) 由小析姐整理編輯)
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