《IR譜圖的講解》課件

紅外光譜圖的講解紅外光譜圖是一種強大的工具，可以用來分析物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和成分。通過觀察紅外光譜圖，可以獲得關(guān)于分子中各種官能團的信息，例如C-H鍵，C=O鍵，O-H鍵等。IR譜圖簡介紅外光譜儀紅外光譜儀是一種測量物質(zhì)對紅外光的吸收或透射的儀器。紅外光譜圖紅外光譜圖是物質(zhì)吸收或透射紅外光后的數(shù)據(jù)，以波數(shù)為橫坐標，透過率或吸光度為縱坐標繪制的圖形。分子振動紅外光譜圖中不同的吸收峰代表分子中不同的官能團的振動模式。IR譜圖的組成部分橫坐標表示波數(shù)，單位為cm-1，反映分子振動頻率。縱坐標表示透過率，單位為百分比，反映光束通過樣品后透過的程度。吸收峰表示特定波數(shù)的輻射被樣品吸收，反映分子結(jié)構(gòu)中的基團?；€代表光束通過樣品后透過的平均程度，用于參考吸收峰的高度。波數(shù)的定義和單位波數(shù)定義波數(shù)是紅外光譜中常用的單位，表示每厘米光波的數(shù)目。波數(shù)單位波數(shù)的單位為厘米-1，通常簡寫為cm-1。波數(shù)與頻率波數(shù)與頻率成反比，即波數(shù)越高，頻率越低。不同基團的特征吸收峰C-H伸縮振動烷烴、烯烴、炔烴和芳香族化合物中，C-H鍵伸縮振動吸收峰位置與碳原子的雜化方式有關(guān)。飽和烷烴的C-H伸縮振動吸收峰出現(xiàn)在2850-2960cm-1，而烯烴的C-H伸縮振動吸收峰則出現(xiàn)在3000-3100cm-1。C=O伸縮振動羰基化合物中，C=O鍵伸縮振動吸收峰位置與羰基的化學環(huán)境有關(guān)。醛、酮、羧酸和酰胺的C=O伸縮振動吸收峰一般出現(xiàn)在1650-1800cm-1。O-H伸縮振動醇和酚中，O-H鍵伸縮振動吸收峰的位置會受到氫鍵的影響。自由羥基的O-H伸縮振動吸收峰出現(xiàn)在3600-3650cm-1，而形成氫鍵的羥基的吸收峰則出現(xiàn)在3200-3500cm-1。N-H伸縮振動胺類化合物中，N-H鍵伸縮振動吸收峰位置與胺的類型有關(guān)。伯胺的N-H伸縮振動吸收峰出現(xiàn)在3300-3500cm-1，仲胺的吸收峰出現(xiàn)在3300cm-1左右，叔胺則沒有N-H鍵，因此沒有相應(yīng)的吸收峰。烷烴的特征吸收峰1C-H伸縮振動烷烴中C-H鍵的伸縮振動會產(chǎn)生特征吸收峰。2C-H彎曲振動烷烴中C-H鍵的彎曲振動也會產(chǎn)生特征吸收峰，通常出現(xiàn)在較低的波數(shù)區(qū)域。3甲基特征峰甲基(CH3)往往會產(chǎn)生在2960-2850cm-1范圍內(nèi)的吸收峰。4亞甲基特征峰亞甲基(CH2)往往會產(chǎn)生在2930-2850cm-1范圍內(nèi)的吸收峰。烯烴的特征吸收峰C=C伸縮振動烯烴中碳碳雙鍵的伸縮振動，通常出現(xiàn)在1640-1680cm-1之間。該吸收峰的強度與雙鍵的取代程度有關(guān)，取代越多，吸收峰越弱。C-H彎曲振動烯烴中碳氫鍵的彎曲振動，通常出現(xiàn)在1400-1480cm-1之間。該吸收峰的強度與雙鍵的取代程度有關(guān)，取代越多，吸收峰越強。炔烴的特征吸收峰C≡C伸縮振動炔烴中C≡C鍵的伸縮振動頻率約為2100-2260cm-1，該吸收峰強度較弱，常出現(xiàn)于該區(qū)域的低波數(shù)端。C-H伸縮振動炔烴中C-H鍵的伸縮振動頻率約為3300cm-1，該吸收峰強度較強，常出現(xiàn)于該區(qū)域的高波數(shù)端。C-H彎曲振動炔烴中C-H鍵的彎曲振動頻率約為600-700cm-1，該吸收峰強度較弱，常出現(xiàn)于該區(qū)域的低波數(shù)端。芳香族化合物的特征吸收峰苯環(huán)振動芳香族化合物中，苯環(huán)的伸縮振動在1600-1450cm-1之間出現(xiàn)多個吸收峰。C-H鍵振動苯環(huán)上C-H鍵的伸縮振動在3100-3000cm-1出現(xiàn)吸收峰。C-H鍵彎曲振動苯環(huán)上C-H鍵的彎曲振動在2000-1650cm-1出現(xiàn)吸收峰，常被稱之為“芳香指紋區(qū)”。取代基的影響芳香環(huán)上的取代基會對苯環(huán)的振動頻率產(chǎn)生影響，從而影響吸收峰的位置。含氧化合物的特征吸收峰羥基羥基的特征吸收峰出現(xiàn)在3600-3200cm-1區(qū)域，由于氫鍵的存在，該吸收峰會發(fā)生移動和展寬。羰基羰基的特征吸收峰出現(xiàn)在1750-1650cm-1區(qū)域，其具體位置和強度取決于羰基所處的環(huán)境和結(jié)構(gòu)。醚醚的特征吸收峰出現(xiàn)在1150-1050cm-1區(qū)域，該吸收峰通常比較弱。羧基羧基的特征吸收峰出現(xiàn)在1750-1700cm-1區(qū)域，其具體位置和強度取決于羧基所處的環(huán)境和結(jié)構(gòu)。含氮化合物的特征吸收峰11.胺類化合物胺類化合物中，N-H伸縮振動頻率通常出現(xiàn)在3300-3500cm-1范圍內(nèi)，其特征吸收峰比較尖銳，且隨著N上取代基的增多，吸收峰的頻率會略微降低。22.酰胺類化合物酰胺類化合物中，N-H伸縮振動頻率通常出現(xiàn)在3200-3500cm-1范圍內(nèi)，其特征吸收峰比較寬，且隨著N上取代基的增多，吸收峰的頻率會略微降低。33.硝基化合物硝基化合物中，N=O伸縮振動頻率通常出現(xiàn)在1550-1650cm-1范圍內(nèi)，其特征吸收峰比較強，且隨著硝基的取代位置不同，吸收峰的頻率會略微變化。44.氰基化合物氰基化合物中，C≡N伸縮振動頻率通常出現(xiàn)在2200-2300cm-1范圍內(nèi)，其特征吸收峰比較尖銳，且隨著氰基的取代位置不同，吸收峰的頻率會略微變化。羰基化合物的特征吸收峰羰基伸縮振動羰基化合物在紅外光譜中表現(xiàn)出強烈的特征吸收峰，通常位于1650-1800cm-1區(qū)域。吸收峰位置吸收峰位置受羰基所連接的基團影響，例如醛、酮、羧酸和酯的吸收峰位置略有差異。峰強度吸收峰強度與羰基的極性有關(guān)，極性越強，吸收峰強度越大。峰形狀羰基化合物在紅外光譜中通常表現(xiàn)出尖銳的吸收峰，這是由于羰基的伸縮振動所致。羥基化合物的特征吸收峰11.羥基伸縮振動3600-3200cm-1區(qū)域，出現(xiàn)較強的吸收峰，受氫鍵影響，峰位會發(fā)生變化。22.羥基彎曲振動1450-1300cm-1區(qū)域，出現(xiàn)較弱的吸收峰。33.氫鍵影響氫鍵的存在會使羥基伸縮振動峰的吸收峰位降低，并出現(xiàn)更寬的吸收帶。44.醇和酚醇和酚的羥基吸收峰通常較強，峰位也較為穩(wěn)定。鹵代化合物的特征吸收峰C-X伸縮振動鹵代烷烴中C-X鍵的伸縮振動頻率，隨著鹵素原子質(zhì)量的增加而降低。C-X彎曲振動鹵代烷烴中C-X鍵的彎曲振動頻率，與C-X鍵的強度和鹵素原子的質(zhì)量有關(guān)。指紋區(qū)鹵代烷烴的指紋區(qū)通常比較復(fù)雜，包含了多種振動模式。IR譜圖的解讀步驟1確定分子骨架分析譜圖中主要特征峰，確定化合物中存在的碳氫鍵類型和數(shù)量。2推斷官能團根據(jù)特征吸收峰的位置、形狀和強度，確定分子中存在的官能團。3確定取代基根據(jù)取代基的特征吸收峰，推斷分子中可能存在的取代基類型。4確認結(jié)構(gòu)結(jié)合其他分析手段，例如核磁共振譜，最終確認分子的結(jié)構(gòu)。通過系統(tǒng)地分析IR譜圖，我們可以從復(fù)雜的光譜信息中提取出重要的結(jié)構(gòu)信息，為化合物結(jié)構(gòu)的確定提供重要的線索。結(jié)構(gòu)確定的基本原理分子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)式是反映分子中原子連接方式的圖示。光譜分析紅外光譜分析提供有關(guān)分子中官能團和骨架的信息。匹配分析通過對比已知化合物的光譜數(shù)據(jù)，可以推斷未知物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。確定分子骨架1識別特征峰觀察IR譜圖中主要吸收峰的波數(shù)范圍2判斷官能團利用特征峰信息推斷可能存在的官能團3確定碳鏈類型根據(jù)C-H伸縮振動和彎曲振動特征峰推斷碳鏈類型4構(gòu)建分子骨架結(jié)合官能團和碳鏈類型構(gòu)建分子骨架結(jié)構(gòu)根據(jù)IR譜圖中特征峰的波數(shù)范圍，可以初步判斷分子中可能存在的官能團。例如，在3000cm-1附近的吸收峰通常對應(yīng)于C-H伸縮振動，而在1700cm-1附近的吸收峰通常對應(yīng)于C=O伸縮振動。通過分析這些特征峰，可以推斷分子骨架中的碳鏈類型和官能團類型。推斷官能團1特征吸收峰通過識別譜圖中特定波數(shù)范圍內(nèi)的吸收峰，可以推斷出分子中存在的官能團。2對照表利用已知的官能團特征吸收峰表，對比譜圖，確定分子中可能存在的官能團。3結(jié)合其他信息結(jié)合其他分析方法，如核磁共振譜、質(zhì)譜等，可以更準確地推斷官能團的存在和結(jié)構(gòu)。確定取代基比較譜圖將未知樣品的譜圖與已知取代基的譜圖進行比較，觀察是否存在匹配的特征吸收峰。分析吸收峰分析取代基的特征吸收峰的位置、形狀和強度，并與已知數(shù)據(jù)庫進行比對。推斷取代基類型根據(jù)特征吸收峰的特征，推斷取代基的類型，例如甲基、乙基、氯原子等。確認取代基位置根據(jù)取代基的特征吸收峰的位置和強度，推斷取代基在分子中的位置。同時確定多個官能團1特征吸收峰分析譜圖中所有特征吸收峰2官能團對應(yīng)確定每個峰對應(yīng)的官能團3相互影響考慮官能團之間的相互影響4綜合分析根據(jù)峰的位置、強度等信息進行綜合分析對于含有多個官能團的化合物，需要綜合分析各個官能團的特征吸收峰，以確定所有官能團的類型和位置。例如，在譜圖中觀察到兩個特征吸收峰：一個在1700cm-1附近，另一個在3300cm-1附近，可以推斷該化合物可能含有羰基和羥基。利用參考文獻確認結(jié)構(gòu)1文獻檢索查找相關(guān)結(jié)構(gòu)的文獻。2比較光譜與文獻中已知結(jié)構(gòu)的光譜進行對比。3驗證結(jié)構(gòu)確認結(jié)構(gòu)是否與文獻一致。利用參考文獻確認結(jié)構(gòu)是確保結(jié)構(gòu)準確性的關(guān)鍵步驟。通過文獻檢索找到與目標化合物結(jié)構(gòu)相似的化合物，并將其IR光譜與目標化合物的IR光譜進行比較。如果兩者的光譜特征基本一致，則可以初步確認目標化合物的結(jié)構(gòu)。IR譜圖的應(yīng)用領(lǐng)域藥物分子合成IR譜圖能夠識別藥物分子中的官能團。利用IR譜圖可以追蹤反應(yīng)進程，優(yōu)化反應(yīng)條件。聚合物分析通過IR譜圖可以確定聚合物的結(jié)構(gòu)和成分，還能分析聚合物的降解程度，以及聚合物的結(jié)晶度。在藥物分子合成中的應(yīng)用反應(yīng)監(jiān)測實時跟蹤反應(yīng)進程，優(yōu)化反應(yīng)條件。結(jié)構(gòu)確認驗證合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，確保目標藥物的純度。質(zhì)量控制監(jiān)測藥物合成過程中的關(guān)鍵步驟，確保藥物質(zhì)量。在聚合物分析中的應(yīng)用聚合物結(jié)構(gòu)分析紅外光譜可以用來識別聚合物的類型，確定其官能團和結(jié)構(gòu)，從而推斷其性能。聚合物性能表征通過分析紅外光譜可以確定聚合物的結(jié)晶度、取向度、分子量等參數(shù)，進而評估其性能。聚合物混合物分析紅外光譜可以用來分析聚合物混合物中不同組分的含量，進而評估混合物的性能。在食品安全檢測中的應(yīng)用食品添加劑檢測紅外光譜可用于檢測食品中添加劑的種類和含量，例如防腐劑、色素和甜味劑。食品摻假檢測可用于識別食品中是否摻雜了其他物質(zhì)，例如牛奶中是否摻雜了水或植物油。農(nóng)藥殘留檢測可用于檢測農(nóng)產(chǎn)品中殘留的農(nóng)藥種類和含量，保證食品安全。真菌毒素檢測可用于檢測食品中真菌毒素的種類和含量，例如黃曲霉毒素和嘔吐毒素。在環(huán)境分析檢測中的應(yīng)用污染物檢測IR譜圖可用于識別和量化環(huán)境中的污染物，例如大氣中的二氧化碳和甲烷。IR技術(shù)可以幫助監(jiān)測污染物濃度，評估污染程度，并制定有效的治理措施。在考古學研究中的應(yīng)用11.文物年代鑒定紅外光譜可以用于分析文物材料的成分，例如骨骼、陶器、金屬等，進而推斷文物年代。22.文物來源識別不同地區(qū)的材料會有不同的成分，紅外光譜可以幫助識別文物的產(chǎn)地。33.文物修復(fù)研究紅外光譜可以用于分析文物腐蝕情況，幫助制定修復(fù)方案。44.