Transcript 红外分光光度法

第十三章
红外分光光度法
第一节 概述
一、定义
二、红外光谱的表示方法
三、红外光谱与紫外吸收光谱的区别
第二节 基本原理
一、红外光谱的产生
二、振动形式
三、振动自由度
四、基频峰与泛频峰
五、特征峰与相关峰
六、吸收峰峰位
七、吸收峰峰数
八、吸收峰强度
第三节 影响谱带位置的因素
一、内部因素
二、外部因素
第四节 红外光谱仪
第五节 红外光谱与分子结构的关系
一、特征区与指纹区
二、红外光谱的九个重要区段
三、典型光谱
第六节 红外光谱在中药研究中的应用
一、定性分析
二、纯度检查
三、定量分析
四、图谱解析
参考书：




有机化合物波谱分析 姚新生主编
分析化学 （全国高等学校教材） 李发美主编
分析化学
陈定一主编
分析仪器
张达英主编
第一节 概述
一、定义
二、红外光谱的表示方法
三、红外光谱与紫外吸收光谱的区别
一、定义:
UV— 分子外层价电子能级的跃迁（电子光谱）
IR — 分子振动和转动能级的跃迁 （振转光谱）
红外吸收光谱法：利用红外吸收光谱进行定性、
定量及测定分子结构的方法，称为红外吸收光谱法
或红外光谱法。
二、红外光谱的表示方法
1. 红外光区的划分
红外线：波长在0.76~500μm (1000μm) 范围内的
电磁波。
波数（υcm-1)
能级跃迁类型
近红外区： 0.76~2.5μm
13158-4000
-OH和-NH倍频吸收区
中红外区： 2.5~50μm
4000-200
振动、伴随转动光谱
远红外区： 50~500μm
200-20
区域
波长 （λμm)

纯转动光谱
T~λ曲线 →前密后疏
1
σ (cm ) 
10
4
 ( m)
T ~σ曲线 →前疏后密
三、IR与UV的区别
IR
UV
起源 分子振动能级伴随转动能级跃迁 分子外层价电子能级跃迁
适用 所有红外吸收的有机化合物
特征性 特征性强
具n-π*跃迁有机化合物
具π-π*跃迁有机化合物
简单、特征性不强

醋酸可的松（C23H30O6)
λmax=238±1nm
E 1 cm  390

醋酸泼尼松 (C23H28O6)
λmax=238±1nm
E 1 cm  385
1%
1%
第二节
红外吸收光谱法基本原理
红外吸收光谱法—研究物质结构与红外光谱之间关系。
红外光谱—由吸收峰位置和吸收峰强度共同描述。
一、红外吸收光谱的产生
二、振动形式
三、振动的自由度
四、基频峰与泛频峰
五、特征峰与相关峰
六、吸收峰峰位
七、吸收峰峰数
八、吸收峰强度
一、红外吸收光谱的产生
1．振动能级
 E振  0.05 ~ 1.0eV  E转  0.0001 ~ 0.05eV
 E  E振  E转



红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生
分子的振动能级差远大于转动能级差
分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁
2．振动光谱
双原子分子A-B→近似看作谐振子。
两原子间的伸缩振动→近似看作简谐振动。
简谐振动位能 U 
1
2
K (r  re )
r  原子间实际距离
re  原子间平衡距离
K  化学键力常数（N / cm）
当r  re
 U 0
当r  re或r  re
 U 0
2
双原子振动过程位能的变化
d′
d
e
f
e′
f′
U  位能
分子振动总能量 EV  U  T
当 r  re
T  动能
 U  0 ，EV  T
当（r  re）最大
 T  0 ，EV  U
1
 分子振动总能量 EV （V  ） h
2
  分子振动频率
V  分子振动量子数
V  0 ，1 ，2 ，3
当V  0，
E振  1/ 2hν
光子照射能量 E L  h L
 分子振动能级差hL  E振  (V 2  1 / 2)h  (V 1  1 / 2)h
 V  h
即  L  V 
产生红外光谱前提 E振  E L
 L  红外光的照射频率
  分子的振动频率
续第二节
基本振动频率
 
1
K
2
m
υ：谐振子的振动频率
K：弹簧的力常数
m：小球质量
 

 
c
以折合质量
 
m 1m 2
1
K
2 c
m
来代替m，
m1  m 2
用化学键的力常数k代替K ，则：
 
1
k
2 c

化学键的力常数k就等于将两个原子由平衡位置伸长
0.1nm时所需的恢复力。
m 
以折合原子量
  1307
m 1m 2
m1  m 2
代替μ
k
m  注：k ↑
↑ m´↓
↑


同类原子组成的化学键力常数越大，则基频
峰的频率越高；
不同原子组成的化学键，振动频率取决于力
常数和折合质量中影响较大的因素。
二、振动形式（多原子分子）
（一）伸缩振动ν
指键长沿键轴方向发生周期性变化的振动
1．对称伸缩振动：νs键长沿键轴方向的运动同时发生
AX 2型分子

s
CH 2
AX 3型分子
1
~ 2850 cm
1
 CH 3 ~ 2870 cm
s
2．反称伸缩振动：νas键长沿键轴方向的运动交替发生
AX 2型分子
AX 3型分子
1
 CH 2 ~ 2925 cm
as
as
1
 CH
~
2960
cm
3
续前
（二）弯曲振动δ（变形振动，变角振动）：
指键角发生周期性变化、而键长不变的振动
1．面内弯曲振动β：
弯曲振动发生在由几个原子构成的平面内
1）剪式振动δ：振动中键角的变化类似剪刀的开闭
AX 2型分子
1
 CH 2 ~ 1465  20cm
2）面内摇摆ρ：基团作为一个整体在平面内摇动
AX 2型分子
 CH 2 ~ 720 cm
— (CH 2 ) n —
1
n4
续前
2．面外弯曲γ：弯曲振动垂直几个原子构成的平面
1）面外摇摆ω：两个X原子同时向面下或面上的振动
AX 2型分子
1
CH 2 ~ 1300 cm
2）蜷曲τ：一个X原子在面上，一个X原子在面下的
振动
AX 2型分子
1
 CH 2 ~ 1250 cm
续前
3、变形振动：
1）对称的变形振动δs：三个AX键与轴线的夹角同时
变大
AX 3型分子
s
1
 CH
~
1375
cm
3
2）不对称的变形振动δas：三个AX键与轴线的夹角不
同时变大或减小
AX 3型分子
as
1
 CH
~
1450
cm
3
三、振动的自由度
1. 分子的振动自由度
基本振动的数目即分子独立的振动数目，称
为分子的振动自由度。
分子中自由度数目等于该分子中各原子在空
间中坐标的总和。

N个原子组成分子，每个原子在空间具三个自由度
分子自由度数=平动自由度数+转动自由度数+振动自由度数
分子振动自由度  3N （平动自由度  转动自由度）
非线性分子：F  3N  6
线性分子：F  3N  5
示例

水分子——非线性分子
F  3 3  6  3
示例

CO2分子 ——线性分子
F  3 3  5  4
２.吸收峰减少的原因

吸收峰数少于振动自由度的原因：
•
发生了简并—即振动频率相同的峰重叠
•
红外非活性振动
红外活性振动：
分子振动产生偶极矩的变化，
从而产生红外吸收的性质
红外非活性振动：分子振动不产生偶极矩的变
化，不产生红外吸收的性质
+
O
C
+
O
O
(a )
r= 0
¦Ì = 0
C
+
O
O
¦Ì= 0
C
O
(c)
(b )
r= 0
+
¦¤ ¦Ì= 0
r¡Ù 0
¦Ì ¡Ù 0
¦¤ ¦Ì¡Ù 0
μ=q·r μ: 偶极矩, q : 电荷, r : 正负电荷重心间距离,
分子处于振动平衡位置时（a）: r=0, μ =0
对称伸缩振动中（b）: r=0， μ=0， △μ=0
不对称伸缩振动（c）: r≠0，μ≠0
△μ≠0
３.红外光谱产生条件：

分子吸收红外辐射的频率恰等于分子振动频率
整数倍
即  L  V 

分子在振、转过程中的净偶极矩的变化不为0，
即分子产生红外活性振动
即   0
返回
四．基频峰与泛频峰
1）基频峰：分子吸收一定频率红外线，振动能级从
基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰。
（即V=0 → 1产生的峰）
 V  1   L  


基频峰的峰位等于分子的振动频率
基频峰强度大——红外主要吸收峰
next
2）泛频峰
倍频峰：分子的振动能级从基态(V=0)跃迁至第二振动激
发态(V=2)、第三振动激发态(V=3)等高能态时,所产生
的吸收峰.
即  L  V  
泛
频
峰
倍频峰
二倍频峰（V=0→V=2）V  2   L  2
三倍频峰（V=0→V=3）V  3   L  3
 L  1  2
合频峰
差频峰（即V=1→V=2，3…产生的峰） L   1   2
注：泛频峰强度较弱，难辨认→却增加了光谱特征性
倍频峰及频率并非基频峰的整倍数，而是略小一
些。我们可以以HCl的红外光谱为例：
基频峰（0→1）
二倍频峰（ 0→2 ）
三倍频峰（ 0→3 ）
四倍频峰（ 0→4 ）
五倍频峰（ 0→5 ）
2885.9 cm-1
5668.0 cm-1
8346.9 cm-1
10923.1 cm-1
13396.5 cm-1
(5771.8)
(8657.7)
(11543.6)
(14429.5)
最强
较弱
很弱
极弱
极弱
五、特征峰与相关峰
next
（一）特征峰：
可用于鉴别官能团存在的吸收峰，称~
（二）相关峰：
由一个官能团引起的一组具有相互依存关系的
特征峰，称~
•
用一组相关峰才可以确定一个官能团的存在如羧基
的相关峰包括：υOH羟基伸缩振动吸收峰，υ C=0 ，羰
基伸缩振动，βOH 羟基面内弯曲，γOH 羟基面外弯曲
振动吸收峰。
 C  N 2247 cm1
 CH 2 3090 cm
as
1
 s CH 2 1639 cm 1
1
 CH 2 990 cm
 CH 909 cm1
back
六、吸收峰的位置（峰位）
即振动能级跃迁所吸收的红外线的波长或波数。
 max ,  max 或 max
利用简谐振动公式可计算出基团基本振动的频率，
但实际上计算的谱带位置只是近似值。受不同化学
环境的影响，吸收峰位置在一定范围内变动。
特征区与指纹区
ν=1307
k
m'
υ C=O1850-1650cm-1
υOH3700-3000cm-1
1．特征区（特征频谱区）：4000~1250cm-1
 包含H的各种单键、双键和三键的伸缩振动及面内弯曲振动
 特点：吸收峰稀疏、较强，易辨认
 注：特征峰常出现在特征区
2．指纹区： 1250~400cm-1的低频区
 包含C—X（X：O，H，N）单键的伸缩振动及各种面内弯曲振动
 特点：吸收峰密集、难辨认→指纹
 注：相关峰常出现在指纹区
七、吸收峰峰数



（一）振动耦合与费米共振
（二）红外非活性振动
（三）简并
八、吸收峰强度
（一）吸收峰强度的表示方法
•
•
•
•
•
非常强峰
强峰
中强峰
弱峰
极弱峰
ε›100
ε=20~100
ε=10~20
ε=1~10
ε<1
(VS)
(S)
(M)
(W)
(VW)
（二）影响吸收峰强度的因素

振动过程中偶极矩的变化
跃迁几率：达到平衡时，激发态分子占所
有分子的百分数

注： Δμ↑，跃迁几率↑， ε ↑

注：影响偶极矩大小的因素
1）化学键连有原子电负性的大小
电负性差别↑， Δμ ↑，峰↑
2）分子的对称性
完全对称的结构，Δμ=0，产生红外非活性振动
不对称的结构，Δμ≠0，产生红外活性振动
返回
第三节 影响谱带位置的因素
1．内部因素：
⑴ 诱导效应
⑵ 共轭效应
⑶ 氢键效应
⑷ 键角效应
⑸ 空间位阻
⑹ 互变异构
⑺ 偶极场效应
2、外部因素
back
（1）诱导效应（吸电效应）：
使振动频率移向高波数区
吸电性  ，双键性  ，K   
（2）共轭效应：
使振动频率移向低波数区
O
O
R
R*
C
R
¦Í c= o ¡« 1 7 1 5 c m -1
O
R
back
C
C
¦Í c= o ¡« 1 6 9 5 c m -1
O
H3C
C
C H3
C
H
C
C H3
¦Í c= o ¡« 1 6 9 0 c m -1
氮原子的共轭作用使C=0键
.. H 的电子移向氧原子，C=0键上
N
电子云密度降低，力常数减小，
H υC=0降低为1650cm-1。
（3）氢键效应：使伸缩频率降低

分子内氢键
对谱带位置有极明显的影响，但它
不受浓度影响，有助于结构分析
通常酚羟基νOH为3075~3125cm-1，而
在2羟基-4-甲氧基苯乙酮中形成氢键
的羟基的伸缩振动频率为
νOH2835cm-1, ν C=O1623cm-1.
H
O
O
C
CH3
O CH3
back
 分子间氢键

分子间氢键：受浓度影响较大
浓度稀释，吸收峰位发生变化
νOH吸收发生位移，出现在3200~2500cm-1区间
(4) 键角效应
碳原子SP3 杂化， 键角为109º28´ 杂化电子间的斥
矩力最小，体系最稳定。键角变小，环张力增加，
环外的=C-H键的k↑,υ↑。
环内双键的伸缩频率则随着环张力的增加而
降低，双键性减弱，υc=c振动频率向低频移
动。
back
续前
back
(5)
空间位阻
立体位阻效应往往使羰基伸缩振动频率向
高波数方向移动
(6)
CH3
C
O
CH2
C
互变异构
O C 2H 5
O
υC=O1738cm-1,υC=O1717cm-1
CH3
C
OH
CH
C
O
υC=O1650cm-1
O C 2H 5
(7)偶极场效应

偶极场效应（F效应）使得电子云的分布发生
变化，是通过空间排列起作用，故与分子的立
体结构有关。

在立体结构上相互靠近的基团之间才能发生F
效应。
续前
2．外部因素：
（1）物态效应
（2）溶剂效应
 溶剂极性↑，极性基团的伸缩振动频
率↓(例子)
 色散元件性能优劣影响相邻峰的分
辨率
back
物态效应

丙酮的羰基伸缩振动
在非极性烃类溶剂中为υC=O1727cm-1
在CCl4中为υC=O1720cm-1
在 CHCl3、CHBr3或CH3CN中则为
υC=O1705cm-1
第四节 红外光谱仪
红外光谱仪主要分为两大类：
色散型红外光谱仪 也叫分光光度计。
Fourier（傅立叶）变换红外光谱仪。
将复光分解为单色光的仪器称为分光器,测量光强的仪器
称为光度计,兼有这两种性能的仪器为分光光度计。
可见-紫外分光光度计 200~760nm
红外分光光度计 4000~200cm-1
历史沿革
第一代仪器：棱镜红外分光光度计
六十年代： 光栅红外分光光度计
七十年代： 干涉调频Fourier变换红外光谱仪
一、色散型红外分光光度计主要部件
1、辐射源（光源）
2、色散元件
3、检测器
4、吸收池
续上
1、辐射源（光源）
back
（1）硅碳棒（Globar) Si2C 直径：5mm，长：
5cm，工作温度：1200℃~1500℃，最大发射波数在
5500~5000cm-1 特点：寿命长，发光面积大，坚固，
无需预热，但须冷却，耗电量大。
（2）Nernst灯 稀有金属氧化物，ZrO285% ，
Y2O315% 或CeO2和ThO2. 3cm长，直径2.5mm，发光
部分约12mm。特点：低温不导电，500 ℃以上，半导
体，700 ℃发光，工作温度约为1800℃。有预热装置。
Nernst灯的最大发射波长为7100cm-1。
其它光源 特殊线圈，例如：镍络丝线圈。
2、色散元件
back
（1）岩盐棱镜 NaCl(2~16μm) KBr(2~25μm)
岩盐因易吸潮而使表面透过性降低，其折射率又随温度
的升高而降低，因此要求在恒温、低湿工作间内使用。
（2）反射光栅
3、检测器
back
（1）热电偶 利用不同导体构成回路时的温差现象，
将温差转变为电位差的装置称为热电偶。
（2）Golay池（气胀式检测器）
灵敏度高；
工作原理：通过岩窗的红外辐射被低热容
量薄膜所吸收，由于薄膜温度升高，空气中
的氦气因加热膨胀而产生压力，使封闭气室
另一端的软镜膜变形，此外从检测器光源通
过线栅到达软镜膜：
若无红外，软镜膜处于平衡状态；
若有红外，软镜膜变形，线栅像发生位移，
使射出光电管的光强发生改变而被检测。
4、吸收池
液体吸收池，气体吸收池
NaCl16μm (短时间可在相对湿度70%左右) ；
KBr28μm (相对湿度小于60% ) ；
KRS-5（TiI-IiBr）45μm，CsI56μm
工作原理
三、傅里叶变换（Fourier transform）红外光谱仪简介
1．主要部件
光源（硅碳棒、高压汞灯）
Michelson干涉仪
检测器
计算机和记录仪
FT-IR工作原理示意图
3．Fourier变换红外光谱仪的特点
（1）扫描速度极快
在整个扫描时间内同时测定所有频率的信息，一般可在1s左右对全谱
进行快速扫描
（2）具有很高的分辨率 分辨率是仪器的分辨能力，红外
光谱仪的分辨能力是指在某一波长λ或波数ν处恰恰能区
分开两个吸收峰的间隔Δν。
FT-IR 0.1~0.005 cm-1， 棱镜型在1000 cm-1处有3 cm-1 ，光栅也只有
0.2cm-1 。
（3）灵敏度高
。
除此之外，光谱范围宽（5000~10 cm-1 ）；测量精度高，
重复性可达0.1%；杂散光干扰小；
可检测10-9g数量级的样品
(4)光谱联用技术

由于FTIR扫描速度快，灵敏度高，因此可
以和许多仪器连用，有的仪器有多个光入口，
多个光出口，多个接口，可同时实现拉曼、
气相色谱、液相色谱、热分析仪，红外显微
镜等多机联用。可将入光口、出光口自由切
换，联机位置自由转换，外联设备互不影响。
四、样品的制备
试样的要求：



1、样品的纯度需>98%或符合商业规格
2、样品不能含有水分
3、试样的浓度和测试厚度应选择适当
T%=10%~80%
1、固态样品 ：
（1）压片法 200目 KBr 200mg, 样品 1~2mg ， 研 匀→
装入模具→压片→取样 →测样
（2）糊剂法 样品10mg →研细→滴液体石蜡（1300cm1-400cm-1）全氟 代烃（ 4000- 1300cm-1 ） → 研成糊剂→夹
入窗片之间→放入光路
（3）薄膜法 样品→溶于挥发性溶剂→涂在窗片或空白
KBr片上→挥发→ 薄膜→测样
2、液态样品：
（1）液膜法（夹片法）
（2）液体池法
CCl4（4000-1350cm-1） CS2（1350-600cm-1）
3、气体样品
第五节 红外光谱与分子结构的关系
一、红外光谱中的九个区段
波数（cm-1）
波长
（μm）
3750~3000
3300~3000
3000~2700
2400~2100
1900~1650
1675~1500
1475~1300
1300~1000
1000~650
2.7~3.3
3.0~3.4
3.3~3.7
4.2~4.9
5.3~6.1
5.9~6.2
6.8~7.7
7.7~10.0
10.0~15.4
振动类型
νOH、νNH
ν≡CH ν=CH νAr-H
νCH（―CH3、―CH2、―CH、―CHO）
νC≡C、νC≡N
νC=O（酸酐、酰氯、酯、醛、酮、羧酸、酰胺）
νC=C、νC=N
δCH
νC-O（酚、醇、醚、酯、羧酸）
γ=CH（烯氢、芳氢）
1、折合相对原子质量越小，基团的伸缩振动
频率越高。所有含氢键的伸缩振动的基频峰，
一般都出现在中红外吸收光谱高波数区（左
端）。
2、折合相对原子质量相同的基团，化学键力常
数越大，伸缩振动基频峰的频率越高。例如：
υ C≡C>υC=C>υC-C; υ C≡N>υC=N>υC-N; υC=O >υC-O
3、折合相对原子质量相同的基团 一般
υ>β>γ。
  1307
k
m
二
各类有机化合物的红外光谱特征
1.烷烃类
2.烯烃类
3.炔烃
4.芳烃
5.醇、酚
6.醚
7.醛、酮、酯类
8.羧酸及其盐
9.胺及其盐
10.酰胺类
11.硝基化合物
（1）烷烃
1
 C  H（饱和） 3000 ~ 2850 cm （强）
1. C-H伸缩振动


as
CH 3
as
CH 2
2960  10cm ( s） 
1
1
s
CH 3
2926  10cm （s） 
1
1
2870  10cm （m）
s
CH 2
1
2850  10cm （s）
 CH ~ 2870cm （比较弱，易淹没）
续前
2. C-H弯曲振动  1470  1375cm
1
CH

s
CH 3
~ 1375cm
1

1460  10cm
CH3
as
1
1
 CH ~ 1465  20cm （中）
2
直链烷烃：偶数，δsCH31368~1365cm-1
奇数, δsCH31376~1373cm-1
由于CH3之间的耦合作用使δsCH31380cm-1吸收带裂分，
例如：异丙基和偕二甲基的δsCH31385和1370cm-1；
 sC (CH ) 不等强度裂分为 1395cm1和 1365cm1双峰
3 3
3.CH 2 ~ 720cm
1
CH3-（CH2）2CH3-CH2-
(n  4)
ρCH在734cm-1
790-770cm-1
4. 环烷烃中
环张力↑,υCH2 ↑ ，SP2杂化程度↑ ， υCH2向高
频位移， 如
H2
C
CH
C
H
C
H2
υas-CH2出现在3050 cm-1，强度减弱。
续前
（2）烯烃
1．C-H伸缩振动
1
 CH 3090 ~ 3000cm （弱  中强）
1
2.  CH 1010 ~ 650cm （强）
若烯键为─CH = CH2形式，γC=CH出现双峰，位于
990±5cm-1和910±5cm-1
1
 C CH (反式） ~ 960cm（中
 强）
1
 C CH (顺式） ~ 690cm （中  强）
3．C=C骨架振动
1
 C C 1675 ~ 1500cm （弱  不定）
（3）炔烃

三种类型的振动
ν≡CH 3300-3267cm-1 强度大 峰形尖锐
νC≡C 2140-2100cm-1 对称时，峰消失
γ≡CH 700-600cm-1
宽峰强吸收
1370-1220cm-1处可出现其倍频峰
示例

 CH 2 2925
as
as
CH 3
2960
 CH 3 1460
as
 CH 3 2870
s
 CH 2 1465
 CH 3 1390
s
 CH 2 2850
s
 CH 2 723
 CH 1010
 CH  3000
 CH 2 912
 C C ~ 1650
 CH 3300
 C C ~ 2200
 CH 1238
（4）芳烃
1
   H 3100 ~ 3000 cm （弱  中）
1．芳氢伸缩振动
2．芳环骨架伸缩振动——确定苯环存在
νC=C 1500-1480cm-1和1610-1590cm-1
1600cm-1 (±5)1500cm-1 (±25) 稳定
如C=C，C=O，NO2，Cl，S，P等共轭射，
分裂为3~4个峰
3. γФH1000-650cm-1(S)特征峰
2000-1660cm-1出现倍频弱峰，与取代基位置有密切关系
续前
(1). 单取代
(含5个相邻H)
2000cm
   H（双峰）
1
770  730cm （强）
1
710  690cm （较强）
1
1660cm
1
续前
(2). 双取代
•
邻取代（4个相邻H）
2000cm
1
   H 770 ~ 735cm （强，单峰）
 与单取代峰位重叠
•
间取代（3个相邻H，1个孤立H）
   H（三峰）
1
810 ~ 750cm （强）
1
710 ~ 680cm （较强）
1
•
900 ~ 860cm （中强）
对取代（2个相邻H）
1
   H 860 ~ 800 cm （强，单峰）
1
1660cm
1
图示
(3). 多取代
810-800
780-760
745-705
850-840
825-805
885-870
870-855
865-810
730-675
870
5.醇、酚类
νOH 3700-3000cm-1 ，νC-0 1320-1050cm-1，β-OH 1500-1300cm-1
① υOH在游离状态下 醇和酚 υOH3640-3610 cm-1（s）
在缔合状态下
醇和酚νOH3500-3200 cm-1
② υc-o 1320-1050 cm-1 醇 υc-o 1100-1050 cm-1，
酚 υc-o 1260-1200 cm-1
③ 羟基面内弯曲振动 βOH1420～1330 cm-1
续前6. 醚
 C O 1150 ~ 1060cm 1 (S)
as
ν CO C
 C O C
s
①开链醚的取代基 具有对称或基本对称结构
1
 CasO C
（链）1150 ~ 1050cm （强）
 Cs O
（链）弱  消失
②环醚
υ as (c-o-c)向高频位移
三元环醚的ν as (C-O-C)在1280~1240cm-1
环数↑ 环张力↓ νas(C-O-C)1140-1070 cm-1
③ 芳醚和烯醚
由于P-π共轭，醚键的双键性↑ ，υ↑ 。
υas (=c-o-c) 1275-1150cm-1 υ s (=c-o-c) 1075-1020cm-1
缩醛或缩酮-C-O-C-O-C-
υ C-O-C 1250~900cm-1
7.醛、酮、酯类
羰基υC=0 1700cm-1
脂肪族醛类:
υC=01740-1720cm-1
芳醛及α、β不饱和醛:
υC=0 1710-1680cm-1
醛类化合物 2740-2720cm-1、2820cm-1 中等强
度的吸收带是 2δC-H ~1390cm-1与υCH产生的费米
共振特有的吸收带
υC=0 1725-1700cm-1

脂肪酮:

芳酮及α、β不饱和酮:

脂环酮：环张力 ↑

酯类: υC=0 1750-1735cm-1（s）
υC=0 1695-1660cm-1
υC=0 ↑
υas(C-0)1300-1000cm-1 形状宽 强度高
υs(C-0)1240-1030cm-1
强度较低
内脂的υs(c-o-c) 强度较高
因环张力使υC=0 向高频位移
十分稳定
8. 羧酸及其盐
① 羧酸νOH3300-2500 cm-1 宽峰，中心 3000-2900 cm-1。
②ν C=O1740～1650cm-1。芳香酸 共轭 1705～1685cm-1 。
③γ OH 在955～915 cm-1宽谱带。
羧酸盐-COOH- 多电子Л键的体系，由于共轭，出现
双峰νas在1610～1550 cm-1，νs在1440～1360 cm-1
（m）,峰较宽但强度较弱。
9. 胺及其盐
υN-H
δN-H
υC-N
①N-H键υN-H 3500-3300cm-1
脂肪胺峰强较弱
叔胺没有这个峰
芳香胺较强
伯胺双峰
仲胺单峰
芳香胺υN-H频率比相应结构的脂肪胺高100cm-1
② N-H键δN-H 1650-1550cm-1
脂肪族伯胺
δN-H 1650-1570 cm-1
芳香仲胺 δN-H在1515 cm-1附近
③ υC-N1250-1020 cm-1是脂肪族伯胺、仲胺及叔胺的C-N键的伸缩振
动的吸收峰，芳香族胺的νC-N峰在1380～1250 cm-1(S)间。
胺盐
① υNH3+在3300～2200 cm-1多重吸收峰，伯胺盐
的υNH3+ 3200～2800cm-1(S，宽), 芳胺盐υNH3+较脂
肪胺盐低；仲胺盐的υNH2+在3000～2700cm-1(S，宽),
有多重峰并延伸到2200 cm-1, 叔胺盐υNH+2700～
2200cm-1(S，宽)。
②2800～2000cm-1为胺盐的合频谱带；
③1630～1500cm-1为胺离子的变形振动峰；
④各类胺盐的υC-N峰位于1400～1300cm-1。
10.酰胺类
υN-H 3500~3100cm-1 ，υC=0 1680~1630cm-1(s)
δN-H 1640~1550cm-1
①υN-H 伯、仲酰胺都是高度缔合的化合物，
浓度↑，缔合↑， υN-H ↓
在稀非极性溶剂中，伯酰胺υasN-H ~ 3350cm-1, υsN-1 ,仲胺υ
-1
~
3180cm
~
3270cm
H
N-H
②酰胺的 υC=0 1700-1650cm-1 酰胺I带
③酰胺的 δNH 1650-1620cm-1
酰胺II带
11.硝基化合物
νas(NO2)1590~1500cm-1（S）及νs(NO2)1390~1330cm-1（S），
脂肪族硝基化合物 νas(NO2)1570~1545cm-1（S）及
νs(NO2)1390~1360cm-1（S），
硝基的α位被电负性取代基取代，νas (NO2) ↑，νs (NO2) ↓
芳香族硝基化合物，νas(NO2)1530~1500 cm-1，有强吸电子
取代基存在时，νs (NO2)位于1370~1330cm-1（VS）。
硝基的存在，苯环的ν CH ↓ ，ν C=C ↓ ，芳烃的γ Ф-H ↑
第六节 红外光谱在中药研究中的应用
一、定性分析
二、纯度检查
三、定量分析
四、图谱解析
四、红外光谱解析方法
1、分子式不饱和度的计算
Ω=
2  2 n 4  n 3  n1
2
不饱和度就是分子结构中达到饱和所缺的
一价原子的“对”数
N4、N3、N1分别为分子式中四价、三价及
一价元素的数目
例题
例 1：计算已烯的不饱和度
2  26 8
H2C=CH-CH=CH-CH=CH2 C6H8
2
 
2  26 8
2
已三烯有三个双键
3
例
题 例2：计算樟脑（C H O）的不饱和度
10 16
 
2  2  10  16
3
O
2
结构中含有一个双键两个脂环，
Ω=3
2  2  10  16
2
例3：计算乙炔C2H2的不饱和度
乙炔中含有一个三键，
 
2  2 2  2
 2
2
说明一个三键的不饱和度为2。 H C
CH
例
题
例4：计算黄酮化合物（C16H10O2）
的不饱和度
O
2  2  16  110
2
Ω=
2  2  16  10
=12
2
O
分子结构因为双键为9个。
环数为3，所以不饱和度为12。
结
论
I、一个苯环的Ω=4。结构中若含有六元或六
元以上的芳环时 Ω≥4
II、一个脂环的不饱和度等于1。结构中若含
有脂环时，不饱和度Ω≥1
III、一个叁键的Ω=2。结构中若含有叁键，
则Ω≥2
IIII、Ω=0时，为链状饱和化合物。
2、红外光谱解析的一般原则和实例
红外光谱解析的一般原则：
① 解析红外光谱的三要素是峰位、峰
强和峰形。首先是识别峰位和观察峰形，
然后再分析峰形。
②一般是按照先特征、后指纹、先最
强、后次强、先粗查、后细找、先否定、
后肯定、一抓一组相关峰，也就是先抓主
要矛盾的方法，可简称为“四先、四后、
一抓”法。
例1 某无色或淡黄色液体，具有刺激味，沸
点为145.5℃，分子式为C8H8，其红外光谱
如图14-29，试判断其结构。
解：
（1）Ω=（2+2×8-8）/2=5，可能有苯环
例
题
泛频峰
δф-H
νФ-H
ν=CH
苯环骨架振动
δ=CH
νC=C
γ=CH
γф-H
νC=C
next
例
题
（2）特征区第一强峰1500cm-1
粗 查 ： 1500~1675cm-1 ， 为 νC=C 振 动 区
1500cm-1可能为苯环的骨架振动特征峰。
细找：按基团查附录、芳香烃类栏，根据该表
所提供的数据找到未知的光谱上取代苯的五种
相关峰。
例
题
①νФ-H3090、3060及3030cm-1
②泛频峰2000-1667cm-1的峰形为单取代峰形
③νC=C苯环骨架振动1600、1575、1500及
1450cm-1共振环
④δф-H1250-1000cm-1出现弱峰
⑤γф-H 780及690cm-1（双峰）单取代苯
例
题
（3）特征区第二强峰1630cm-1
粗查：该峰可能起源于νC=C，因苯环已确定，故
初步指认为烯烃。
细查：查附录一：（二）烯烃类栏，同样找到烯
烃的四种相关峰。
①ν=CH3090、3060及3030cm-1
②νC=C1630m-1
③δ=CH1430-1290cm-1，出现中强峰
④γ=CH990及905cm-1（双峰）落在单取代范围内
例
题
第二强峰归属：乙烯基单取代。未知物可能结
构，苯乙烯。
4、查标准光谱与Sadtler光谱的81K苯乙烯的
光谱完全一致。
结论：未知物为苯乙烯。
例
题
例2 某一未知物沸点为202℃，测得分
子式为C8H8O，将此液体装入毛细液槽
中，测定其红外吸收光谱。
解：（1）Ω=（2+2×8-8）/2=5（可能有苯环）
例
题
νФ-H
δC-H3
νC-H
νC=C
νC=0
δФ-H
δC-H
νC-O-C
图 14-30 C8H8O的红外吸收光谱
例
题
（2）特征区第一强峰1685cm-1-1700cm-1强
峰一定是羰基（νC=0）峰，νC=0-1700cm-1者
有：醛、酮、羧酸。
在2800cm-1处无醛的νC-H峰，3000cm-1以上
无νOH峰，可以否定醛、羧酸，只可能为酮。
νC=0<1700m-1，说明羧基与某些基团共轭，
可能为芳酮。
例
题
芳酮的相关峰：νC-C为1325-1215cm-1 ，图中
1260cm-1处强峰可能为芳酮。但需证明苯环的存在。
（3）特征区第二强峰1360cm-1。查法同例1。
CH3δC-H峰，相关特征峰δC-H31430m-1；νC-H30002850m-1间有弱峰，因νC-H特征性差，故在上述区间
有弱峰即可，峰位勿需详细核对。在取代基有杂原
子时，νC-H峰一般变得较弱。
例
题
（4）特下区第三强峰1600cm-1，为苯环骨架
振动。其相关峰在未知物光谱上均能找到。
a νC=C1600、1580、1450cm-1（共轭环）
b νФ-H3080、3040等吸收峰
c γФ-H760、690m-1为单取代模式
d 泛频峰形为单取代峰形
e δФ-H1180、1020、950m-1特征性较差。
例
题
综上所述，未知物被确认有甲基、羰基、单取
代苯基。连接方式只有一种
（5）验证解析结果，不饱和度验证合理。
查对标准光谱，与Sadtler光谱8290K号苯乙
酮的标准光谱一致。
例3
 C O 1235
 Cs (CH 3 )3 1395和1363
（双）
 OH 3360
 CH 3 2874  as 1476
CH 3
s
 CH 3 2970
as
续前

此题三个化合物均具有 OH
解：
其中 1个含C  C，1个含  C (CH 3 ) 3，1个为直链饱和醇
3100 ~ 3000 cm
~ 1650 cm
1
1
无 CH 吸收
 否定结构 3
无 C C 吸收
1
结构 1不具有 1395和1363cm 双峰  
s
C ( CH 3 )3 特征吸收
 否定结构 1
综上，峰归属如下：
 OH 3360cm 1

as
CH 3
as
 CH
3
1
s
CH 3
1
s
2970cm ，
2874cm
1
1
1476cm ， C ( CH 3 )3 1395和1363cm （双峰）
 该化合物为结构 2
 C O 1235cm 1
示例
 CH 2 2938 ，2918 和 2860
 C（芳）
1600 , 1584 和 1493
C
   H 756 , 702
（双）
  H  3000
 CH 2 1452
续前

解: 此题五个化合物有四个含有苯环，
其中三个还分别具有 C  N ，
 NH 和C  O；
只有化合物2无苯环，但具有  OH
图上可见芳香化合物的一系列特征吸收
1
3060 ，3040 和3020 cm 有吸收  为芳环   H
1
1600 ，1584 和 1493 cm 三处吸收  为芳环 C C
1
756 和 702 cm （双峰） 为芳环   H（单取代形式）
续前
3600 ~ 3200 cm
1
无 OH 吸收，
 否定结构 2
且结构2没有芳环特征吸收
3500 ~ 3200 cm
1
无 NH 吸收
1
无 C  N 吸收
2240 ~ 2220 cm
~ 1375 cm
1
无 CH 3 吸收
 否定结构 1 和 3
且无芳环对位取代特征吸收
1680 ~ 1630 cm
1
无 C O 吸收
 否定结构 4
续前
综上所述，峰归属如下：
   H 3060 ，3040 和3020cm 1
 C （芳环）
1600 ，1584 和 1493cm
C
1
1
   （单取代）
756
和
702
cm
（双峰）
H
 CH
 CH
2
2
2938 ，2918 和 2860cm
1452cm
1
 该化合物为结构 5
1