带你简单了解—红外光谱（IR）解读：7 个简单步骤

️简介

FTIR 代表傅里叶变换红外光谱。FTIR 分析测量电磁辐射光谱中的红外区域，该区域比可见光的波长更长，频率更低。当样品受到红外辐射 (IR) 时，可以测量该光谱。其基本原理是不同原子之间的键吸收不同频率的光。

在 FTIR 测试中，使用红外光谱仪测量光线，并输出红外光谱。FTIR 光谱是物质对红外光的吸收率（纵轴）和频率（波长）（横轴）的曲线图。

️X轴：红外光谱

x 轴（或横轴）表示红外光谱，绘制的是红外光谱的强度。峰值（也称为吸收带）对应于样品原子在电磁波谱的红外区域暴露时的各种振动。对于中红外波段，红外光谱上的波数绘制在 4,000 至 400 cm-1 之间。

️Y 轴：吸光度或频率

y 轴（或垂直轴）表示被分析的样品材料透射或吸收的红外光量。

️吸光度带

通常，吸光度带分为两类：组频率和分子指纹频率。

基团频率是小分子原子或官能团（例如 CH₂、OH 和 C=O）的特征。这类谱带通常出现在红外光谱中 1,500cm-1 以上的波段（参见下图顶部光谱），并且通常由特定官能团独有，因此它们成为识别分子中官能团的可靠方法。

至于指纹频率，它们高度表征了分子的整体特征；它们揭示了分子内部发生的情况。这类吸光度通常出现在红外光谱中 1500cm-1 以下（见下图底部的图表）；然而，一些官能团也会在此区域吸收。因此，光谱的这一区域对于识别来说不太可靠，但在此区域，没有谱带通常比存在谱带更具有指示性。

️红外光谱分析

在讨论分析红外光谱的基本思路之前，我们必须了解光谱中存在的区域。你知道红外光谱中有多少个区域吗？实际上，有两个区域：指纹区域和特征区。

指纹区范围为 400 至 1500 cm⁻¹，特征区范围为 1500 至 4000 cm⁻¹。指纹区对于每一种化合物来说都是独一无二的，就像人类的指纹一样。但特征区有一些特定的区域。通过观察这些区域，我们可以识别出存在哪些类型的键或官能团。在探讨这些区域之前，让我们先来研究一下每种键或官能团的吸收频率。

注意：两种或两种以上的化合物可能具有相同的特征区域，但指纹区域不同。因此，两种相同的化合物可能具有完全重叠的光谱。

现在，记住这些吸收频率的值。但我们将尝试通过观察峰的形状和峰在光谱中的位置来识别峰。你准备好了吗？好的，让我们来看看一些识别光谱的简单技巧。

️步骤 1：首先观察特征区（1500 cm⁻¹ 以上）。

如我们所知，指纹区非常复杂，很难读取或识别。因此，我们将尝试通过观察特征区来识别光谱。

️步骤 2：查看双键区域（1600 - 1800 cm⁻¹）

在该区域，可以观察到诸如羰基（C = O）、碳 - 碳双键（C = C）以及苯环等双键的信号。峰形为尖锐的剑状峰。

双键区域

如果在 1600 - 1800 cm⁻¹ 范围内出现剑状峰，那么该化合物必定含有 C=O 基团或 C=C 基团。

️步骤 3：查看三键区域（2100 - 2300 cm⁻¹）

如果在 2100 - 2300 cm⁻¹ 范围内观察到任何峰，则该化合物含有三键，如 C≡C（2100 - 2200 cm⁻¹）和 C≡N（2200 - 2300 cm⁻¹）。

️步骤 4：在 3000cm⁻¹ 处画一条线，观察其上下的信号。3000 cm⁻¹ 这条分界线上下有小峰。

• 如果在 2800 - 3000 cm⁻¹ 附近存在单个小峰，我们可以说这是由于 sp³ C - H 键（在烷烃中）产生的峰。
• 如果在 3000 - 3100 cm⁻¹ 附近存在小信号峰，那么我们可以说这是由于 Sp² C - H 键（在乙烯基 C - H 键中）产生的峰。
• 如果在 3300 cm⁻¹ 附近存在小峰，那么这是由于 Sp C - H 键（在炔烃中）产生的峰。

️步骤 5：是否有舌状峰？观察一下。

• 如果在 3200 - 3400 cm⁻¹ 附近出现小的舌状峰，那么这是由于 O - H 键。
• 如果在 2200 - 2600 cm⁻¹ 附近出现宽的舌状峰，那么这是由于 COOH 基团。注意：由于氢键的作用，COOH 基团产生的峰比 OH 键的峰更宽。为了区分它们，观察双键区域，在该区域中，羧酸中必定会出现 C = O 的尖锐峰，而醇中则不会。

️步骤 6：观察 3300 cm⁻¹ 以上是否有尖峰。

• 如果在 3500 cm⁻¹ 附近有两个尖峰，该化合物可能是伯胺或伯酰胺。要区分它们，查看双键区域，酰胺中存在 C=O 键的尖锐峰。
• 如果在 3500cm⁻¹ 附近存在单个峰，则该化合物可能是仲胺或仲酰胺。

️步骤 7：确认化合物的结构。

然后通过将未知化合物的光谱与标准化合物的光谱进行对比，来确认未知化合物的结构。

️记住光谱中的 5 个主要区域 / 峰

1. 舌状峰（3200 - 3400 cm⁻¹）

2. 剑状峰（1600 - 1850 cm⁻¹）

3. 3000 cm⁻¹ 附近的边界线

4. 三键区域（2100 - 2300 cm⁻¹）

5. 3500 cm⁻¹ 附近的齿状结构。

让我们分析一些未知化合物的光谱，并尝试从光谱中找出重要信息。

️步骤：

1. 首先，观察 1500 cm⁻¹ 以上的光谱。

2. 观察双键区域。在上述光谱中，我们可以看到在 1700 cm⁻¹ 附近有一个像利剑一样的尖锐峰。这意味着该化合物含有羰基。

3. 观察三键区域。在上述光谱中，我们看不到任何峰。这意味着该化合物没有三键。

4. 然后观察 3000 cm⁻¹ 附近的边界线。在上述光谱中，我们可以看到在 2900 cm⁻¹ 附近有一个小峰。这意味着该化合物含有 C - H 键（sp³ 杂化碳 - 氢键）。

5. 之后，观察是否有任何像牙齿或舌头一样的宽峰。在上述光谱中，我们可以看到在 2200 - 3500 cm⁻¹ 之间有一个像舌头一样的宽峰。这意味着该化合物含有羧基（-COOH 基团）。

你明白了吗？好了，这是解读任何给定化合物红外光谱的基本方法。