紅外光譜分析指的是利用紅外光譜對(duì)物質(zhì)分子進(jìn)行的分析和鑒定。將一束不同波長的紅外射線照射到物質(zhì)的分子上，某些特定波長的紅外射線被吸收，形成這一分子的紅外吸收光譜。

其每種分子都有由其組成和結(jié)構(gòu)決定的獨(dú)有的紅外吸收光譜，據(jù)此可以對(duì)分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和鑒定。紅外吸收光譜是由分子不停地作振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，分子振動(dòng)是指分子中各原子在平衡位置附近作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，多原子分子可組成多種振動(dòng)圖形。當(dāng)分子中各原子以同一頻率、同一相位在平衡位置附近作簡諧振動(dòng)時(shí)，這種振動(dòng)方式稱簡正振動(dòng)(例如伸縮振動(dòng)和變角振動(dòng))。

分子振動(dòng)的能量與紅外射線的光量子能量正好對(duì)應(yīng)，因此當(dāng)分子的振動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)，就可以發(fā)射紅外光譜，也可以因紅外輻射激發(fā)分子而振動(dòng)而產(chǎn)生紅外吸收光譜。分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的能量不是連續(xù)而是量子化的。但由于在分子的振動(dòng)躍遷過程中也常常伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷，使振動(dòng)光譜呈帶狀。所以分子的紅外光譜屬帶狀光譜。

紅外分析口訣

紅外可分遠(yuǎn)中近，中紅特征指紋區(qū)，

1300來分界線，注意橫軸劃分異。

看圖要知紅外儀，弄清物態(tài)液固氣，

樣品來源制樣法，物化性能多聯(lián)系。

識(shí)圖先學(xué)飽和烴，三千以下看峰形。

2960、2870是甲基，2930、2850亞甲峰。

1470碳?xì)鋸潱?380甲基顯。

二個(gè)甲基同一碳，1380分二半。

面內(nèi)搖擺720，長鏈亞甲亦可辨。

烯氫伸展過三千，排除倍頻和鹵烷。

末端烯烴此峰強(qiáng)，只有一氫不明顯。

化合物，有鍵偏，～1650會(huì)出現(xiàn)。

烯氫面外易變形，1000以下有強(qiáng)峰。

910端基氫，再有一氫990。

順式二氫690，反式移至970；

單氫出峰820，干擾順式難確定。

炔氫伸展三千三，峰強(qiáng)很大峰形尖。

三鍵伸展二千二，炔氫搖擺六百八。

芳烴呼吸很特征，1600～1430，

1650～2000，取代方式區(qū)分明。

900～650，面外彎曲定芳?xì)洹?/span>

五氫吸收有兩峰，700和750，

四氫只有750，二氫相鄰830，

間二取代出三峰，700、780、880處孤立氫。

醇酚羥基易締合，三千三處有強(qiáng)峰。

C-O伸展吸收大，伯仲叔醇位不同。

1050伯醇顯，1100乃是仲，

1150叔醇在，1230才是酚。

1110醚鏈伸，注意排除酯酸醇。

若與π鍵緊相連，二個(gè)吸收要看準(zhǔn)，

1050對(duì)稱峰，1250反對(duì)稱。

苯環(huán)若有甲氧基，碳?xì)渖煺?820。

次甲基二氧連苯環(huán)，930處有強(qiáng)峰。

環(huán)氧乙烷有三峰，1260環(huán)振動(dòng)，

九百上下反對(duì)稱，八百左右最特征。

縮醛酮，特殊醚，1110非縮酮。

酸酐也有C-O鍵，開鏈環(huán)酐有區(qū)別，

開鏈強(qiáng)寬一千一，環(huán)酐移至1250。

羰基伸展一千七，2720定醛基。

吸電效應(yīng)波數(shù)高，共軛則向低頻移。

張力促使振動(dòng)快，環(huán)外雙鍵可類比。

二千五到三千三，羧酸氫鍵峰形寬，

920，鈍峰顯，羧基可定二聚酸。

酸酐千八來偶合，雙峰60嚴(yán)相隔，

鏈狀酸酐高頻強(qiáng)，環(huán)狀酸酐高頻弱。

羧酸鹽，偶合生，羰基伸縮出雙峰，

1600反對(duì)稱，1400對(duì)稱峰。

1740酯羰基，何酸可看碳氧展。

1180甲酸酯，1190是丙酸，

1220乙酸酯，1250芳香酸。

1600兔耳峰，常為鄰苯二甲酸。

氮?dú)渖煺谷模繗湟环搴芊置鳌?/span>

羰基伸展酰胺I，1660有強(qiáng)峰；

N-H變形酰胺II，1600分伯仲。

伯胺頻高易重疊，仲酰固態(tài)1550；

碳氮伸展酰胺III，1400強(qiáng)峰顯。

胺尖常有干擾見，N-H伸展三千三，

叔胺無峰仲胺單，伯胺雙峰小而尖。

1600碳?xì)鋸潱枷阒侔非迤?/span>

八百左右面內(nèi)搖，確定最好變成鹽。

伸展彎曲互靠近，伯胺鹽三千強(qiáng)峰寬，

仲胺鹽、叔胺鹽，2700上下可分辨，

亞胺鹽，更可憐，2000左右才可見。

硝基伸縮吸收大，相連基團(tuán)可弄清。

1350、1500，分為對(duì)稱反對(duì)稱。

氨基酸，成內(nèi)鹽，3100～2100峰形寬。

1600、1400酸根展，1630、1510碳?xì)鋸潯?/span>

鹽酸鹽，羧基顯，鈉鹽蛋白三千三。

礦物組成雜而亂，振動(dòng)光譜遠(yuǎn)紅端。

鈍鹽類，較簡單，吸收峰，少而寬。

注意羥基水和銨，先記幾種普通鹽。

1100是硫酸根，1380硝酸鹽，

1450碳酸根，一千左右看磷酸。

硅酸鹽，一峰寬，1000真壯觀。

勤學(xué)苦練多實(shí)踐，紅外識(shí)譜不算難。

紅外光譜分析步驟

1、首先依據(jù)譜圖推出化合物碳架類型

根據(jù)分子式計(jì)算不飽和度，

公式：不飽和度=(2C+2-H-Cl+N)/2

其中：Cl為鹵素原子

例如：

比如苯：C₆H₆，不飽和度=(2*6+2-6)/2=4，3個(gè)雙鍵加一個(gè)環(huán)，正好為4個(gè)不飽和度。

2、分析3300~2800cm^-1區(qū)域C-H伸縮振動(dòng)吸收

以3000cm^-1為界：高于3000cm^-1為不飽和碳C-H伸縮振動(dòng)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(dòng)吸收。

3、若在稍高于3000cm^-1有吸收，則應(yīng)在2250~1450cm^-1頻區(qū)，分析不飽和碳碳鍵的伸縮振動(dòng)吸收特征峰，其中：

? 炔2200~2100cm^-1

? 烯1680~1640cm^-1

? 芳環(huán)1600，1580，1500，1450cm-1泛峰

若已確定為烯或芳香化合物，則應(yīng)進(jìn)一步解析指紋區(qū)，即1000~650cm^-1的頻區(qū)，以確定取代基個(gè)數(shù)和位置(順、反；鄰、間、對(duì))。

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

5、解析時(shí)應(yīng)注意把描述各官能團(tuán)的相關(guān)峰聯(lián)系起來，以準(zhǔn)確判定官能團(tuán)的存在，如2820，2720和1750~1700cm^-1的三個(gè)峰，說明醛基的存在。

舉例應(yīng)用

例1：某未知物的分子式為C₁₂H₂₄，試從其紅外吸收光譜圖推出它的結(jié)構(gòu)。

未知物C₁₂H₂₄紅外光譜圖

1、由分子式計(jì)算其不飽和度：該化合物具有一個(gè)雙鍵或一個(gè)環(huán)。

2、譜圖解析

①由譜圖可看到在1900～1650cm^-1無vC=O的強(qiáng)吸收峰，在1300～1000cm^-1也無一個(gè)vas,C-C-C的弱吸收峰，分子式中無氧，可初步判定此化合物不是羧酸、酸酐、酯、酰胺、醛和酮。

②在3700～3000cm^-1無寬的vO-H或vN-N吸收峰，表明其不是醇、酚、胺類化合物；在1250～1100cm^-1無vC-O吸收峰，分子式中無氧，表明其也不是醚類化合物。

③按波數(shù)自高至低的順序，對(duì)吸收峰進(jìn)行解析。首先由3075cm^-1出現(xiàn)小的肩峰說明存在烯烴vC-H伸縮振動(dòng)，在1640cm^-1還出現(xiàn)強(qiáng)度較弱的vC=C伸縮振動(dòng)，由以上兩點(diǎn)表明此化合物為一烯烴。

④在3000～2800cm^-1的吸收峰表明有-CH₃、-CH₂-存在，在2960cm^-1、2920cm^-1、2870cm^-1、2850cm^-1的強(qiáng)吸收峰表明存在-CH₃和-CH₂-的vC-H(as)、vC-H(s)，且-CH₂-的數(shù)目大于-CH₃的數(shù)目，從而推斷此化合物為一直鏈烯烴。在715cm^-1出現(xiàn)的小峰，顯示-CH₂-的面內(nèi)搖擺振動(dòng)δ-CH₂-，也表明長碳鏈的存在。

⑤在980cm^-1、915cm^-1的稍弱吸收峰為次甲基和亞甲基產(chǎn)生的面外彎曲振動(dòng)γC-H。

⑥在1460cm^-1吸收峰為-CH₃、-CH₂-的不對(duì)稱剪式振動(dòng)δC-H(as) ；1375cm^-1為-CH₃的對(duì)稱剪式振動(dòng)δC-H(s)，其強(qiáng)度很弱，表明-CH₃的數(shù)目很少。

由以上解析可確定此化合物為1-十二烯。

例2：某未知物分子式為C₄H₁₀O，試從其紅外吸收光譜圖推斷其分子結(jié)構(gòu)。

未知物C₄H₁₀O的紅外光譜圖

1、由分子式計(jì)算它的不飽和度：表明其為飽和化合物。

2、譜圖解析

①由譜圖可看到1900～1650cm^-1無vC=O的強(qiáng)吸收峰，在1300～1000cm^-1無vas,C-C-C的弱吸收峰，但有強(qiáng)吸收峰，可初步判定此化合物不是羧酸、酸酐、酯、酰胺、醛和酮。

②在3500～3100cm^-1未出現(xiàn)vN-H的中強(qiáng)度雙峰，表明無銨存在；但在3350cm^-1出現(xiàn)強(qiáng)吸收的寬峰表明存在vO-H伸縮振動(dòng)，其已移向低波數(shù)表明存在醇的分子締合現(xiàn)象。

③在2960cm^-1、2920cm^-1、2870cm^-1吸收峰，表明存在-CH₃、-CH₂-的伸縮振動(dòng)vC-H。

④1460cm^-1吸收峰，表明存在-CH₃、-CH₂-的不對(duì)稱剪式振動(dòng)δC-H(as)。

⑤1380cm^-1、1370cm^-1的等強(qiáng)度雙峰，表明存在C-H的面內(nèi)彎曲振動(dòng)δC-H，其為異丙基分裂現(xiàn)象。

⑥1300～1000cm^-1的一系列吸收峰表明存在C-O的伸縮振動(dòng)vC-O，即有一級(jí)醇-OH存在。

由以上解析可確定此化合物為飽和的一級(jí)醇，存在異丙基分裂。可確定其為異丁醇。

例3：分子式為C₈H₈O的未知物，沸點(diǎn)為220℃，由其紅外吸收光譜圖判斷其結(jié)構(gòu)。

未知物C₈H₈O的紅外光譜圖

1、從分子式計(jì)算不飽和度：，估計(jì)其含有苯環(huán)和雙鍵(或環(huán)烷烴)。

2、譜圖解析

①在1680cm^-1呈現(xiàn)vC=O的強(qiáng)吸收峰，可能為羧酸、酸酐、酯、酰胺、醛、酮等化合物。因分子式中無氮，可排除酰胺；在3300～2500cm^-1，無vO-H的寬吸收峰，可排除羧酸；在2820cm^-1和2720cm^-1無vC-H和δC-H倍頻共振的雙吸收峰，可排除醛；在1830cm^-1和1750cm^-1無vC=O的羰基振動(dòng)耦合雙峰，可排除酸酐。

由于在1200～1000cm^-1存在3個(gè)弱吸收峰，可能為vas,C-C-C或vC-O伸縮振動(dòng)吸收峰，因此，此化合物可能為酮或酯。

②1600cm^-1、1580cm^-1、1500cm^-1處的3個(gè)吸收峰是苯環(huán)骨架伸縮振動(dòng)vC=C的特征，表明分子中有苯環(huán)。

③在1265cm^-1呈現(xiàn)的強(qiáng)吸收峰為芳酮特征，其為羰基和芳香環(huán)的耦合吸收峰。

④在3000cm^-1以上僅有微弱的吸收峰，表明分子中僅含少量的-CH₃或-CH₂-。

⑤在2000～1700cm^-1僅有微弱的吸收峰，其為γC-H面外伸縮振動(dòng)，是苯衍生物的特征峰。

⑥1380cm^-1吸收峰，表明有-CH₃的面內(nèi)彎曲振動(dòng)(對(duì)稱剪式振動(dòng))δC-H(s) 。

⑦900～650cm^-1的吸收峰，為苯環(huán)C-H面外彎曲振動(dòng)γC-H，750cm^-1、690cm^-1的2個(gè)強(qiáng)吸收峰，表明化合物為單取代苯。

由以上解析可知，此化合物為苯乙酮。

例4：某未知物的分子式為C₆H₁₅N，試從其紅外吸收光譜圖推斷其結(jié)構(gòu)。

未知化合物C₆H₁₅N的紅外光譜圖

1、由分子式計(jì)算其不飽和度：其為飽和化合物。

2、譜圖解析

①譜圖中在1900～1650cm^-1無vC=O的強(qiáng)吸收峰，且分子式中無氧，可判定此化合物不是羧酸、酸酐、酯、酰胺、醛和酮。

②由3330cm^-1和3240cm^-1出現(xiàn)vN-H的2個(gè)中等強(qiáng)度吸收峰，可初步判斷它可能為胺類。在1606cm^-1呈現(xiàn)δN-H的特征中等強(qiáng)度寬峰，在1072cm^-1呈現(xiàn)vC-N弱吸收峰和在830cm^-1呈現(xiàn)的γN-H寬吸收峰，都進(jìn)一步確證此化合物為胺類。

③在3000～2800cm^-1出現(xiàn)的分裂的強(qiáng)吸收峰，表明存在-CH₃、-CH₂-的伸縮振動(dòng)vas,C-H和vs,C-H ；在1473cm^-1出現(xiàn)強(qiáng)峰為-CH₃、-CH₂-面內(nèi)彎曲振動(dòng)δas,C-H；在1382cm^-1出現(xiàn)中等強(qiáng)度的單峰為-CH₃面內(nèi)彎曲振動(dòng)δs,C-H；在723cm^-1出現(xiàn)的中強(qiáng)吸收峰，為4個(gè)以上-CH₂-直接聯(lián)結(jié)時(shí)的平面搖擺振動(dòng)φCH₂。

由以上解析，可確定此化合物為正己胺，分子式為CH₃(CH₂)₅NH₂。

例5：某未知物的分子式為C₆H₁₀O₂，試從其紅外吸收光譜圖推斷其結(jié)構(gòu)。

未知物C₆H₁₀O₂的紅外光譜圖

1、由分子式計(jì)算其不飽和度：其可能含有1個(gè)三鍵或2個(gè)雙鍵。

2、譜圖解析

①譜圖中在1900～1650cm^-1有一個(gè)vC=O的強(qiáng)吸收峰，且分子有2個(gè)氧原子，并在1300～1100cm^-1有一vC-O強(qiáng)吸收峰，表明其為典型的羧酸酯類化合物。

②在2200～2100cm^-1無vC≡C的尖銳吸收峰，在3300～3100cm^-1無vC≡C-H的尖銳吸收峰，表明其不是炔類化合物。

③在1680～1620cm^-1有強(qiáng)度較弱的肩峰，表明其為vC-C的較弱吸收峰，此化合物可能為不飽和脂肪酸酯。

④在2900～2800cm^-1有一弱的吸收峰，其為甲基vC-H(s)吸收峰和亞甲基vC-H(s)吸收峰，表明分子中含有-CH₃和-CH₂-。

⑤在1460cm^-1有弱吸收峰，為甲基和亞甲基的δC-H(as)吸收峰；在1380cm^-1吸收峰為甲基δC-H(s)。吸收峰；在910cm^-1吸收峰為亞甲基γC-H吸收峰。

由以上解析、分子式及不飽和度，可推斷此化合物為2-甲基丙烯酸乙酯，分子式為

此外，想要輕松解析紅外光譜圖，還要熟練掌握各原子之間的鍵能。