引言 introduction

红外光谱（Infrared Spectroscopy，简称IR）是一种确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。其关键点是分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息。红外光谱技术在众多领域的研究中都有着广泛应用。在杂质对照品行业中，检测对照品含量、纯度等也可以运用红坏光谱检测。

关键词 keyword

红外光谱，IR，检测方法，纯度，检测图谱。

1、红外光谱的基本原理

红外光谱（Infrared spectroscopy, IR）研究的是红外光照射引起分子振动和转动能级跃迁所产生的吸收光谱，当红外光通过物质时，物质分子中原子或基团会吸收某些频率的红外光，从而引起分子的振动和转动能级的跃迁。这些吸收频率与分子的结构密切相关，因此可以用来推断分子的结构和化学组成。

波长/nm	波数/cm-1	能量/ev	电磁波区域	分子吸收能量后的变化	光谱类型
10	108	124	X射线区	分子内层电子跃迁	电子光谱
103	104	1.24	紫外光可见区	分子价电子跃迁	振动光谱
106	10	1.24×10-2	红外区	原子间的振动和转动能级跃迁	转动光谱
108	10-1	1.24×10-5	微波区	分子中的转动动能	自旋核跃迁光谱（核磁共振）
1011	10-4	1.24×10-8	无线电波区	自旋核在特定磁场中的跃迁	自旋核跃迁光谱（核磁共振）

表1 分子吸收光能后的变化情况

红外光是介于可见光与微波之间的一种电磁波，其波长范围为0.75~500 μm（波数范围为12800~20 cm-1）。通常将其分为近红外区、中红外区、远红外区。

近红外区：0.75~2.5 μm（12800~4000 cm-1），主要研究O-H、N-H、C-H键伸缩振动的的倍频吸收或组频吸收，吸收较弱。

中红外区：2.5~25 μm（4000~400 cm-1），主要研究分子振动-转动能级的跃迁，大多数有机化合物和无机离子的基频吸收都在中红外区。中红外区是红外光谱研究应用最广泛的区域，也是有机化合物结构鉴定与解析的重要区域。

远红外区：25~500 μm（400~20 cm-1），主要研究分子的纯转动能级的跃迁、骨架弯曲振动及晶体的晶格振动。金属-有机配体之间的红外吸收频率取决于金属原子与有机配体的类型，而二者之间的伸缩振动和弯曲振动吸收均出现在远红外区，故此区域特别适合研究无机化合物。

2、红外光谱在结构解析中的应用

红外光谱中的吸收峰与样品中的化学键和官能团紧密相关。每种化学键和官能团在红外光谱中都有其特定的吸收峰，这些吸收峰的位置和强度能够反映出样品分子的结构特征。例如，N-H键的振动在红外光谱中会产生不同位置和强度的吸收峰，可用于判断结构中含氮化合物的结构。同样地，C=O键的振动也会在红外光谱中产生一个强吸收峰，其位置和强度则可用于判断酮、醛等化合物。

3、红外光谱中分子振动类型

化合物机构中含有不同的原子组成的分子，其化学键/基团和空间结构不同，具有复杂的分子振动形式，在红外光谱中其基本的振动形式分为伸缩振动和弯曲振动两大类型。

3.1、伸缩振动

亚甲基对称与反对称伸缩振动

特点：伸缩振动又分为对称伸缩振动和反对称伸缩振动，键长发生周期性变化而键角不变。

3.2、弯曲振动

亚甲基面外弯曲振动和面内弯曲振动

特点：键角度发生周期性变化而键长不变

4、红外光谱基团频率特征区

4.1、X-H伸缩振动区：X为C、N、O、S

①3650~3200 cm-1：O-H伸缩振动区，此区域是判断醇、酚、有机酸的重要依据；

②3500~3100cm-1：N-H伸缩振动区。伯胺中-NH2的伸缩振动为双峰，仲胺为单峰，叔胺在此区域无吸收。

③3300~2700cm-1：C-H伸缩振动区。不饱和C-H伸缩振动吸收大于3000cm-1 ，饱和伸缩振动吸收小于3000cm-1 ，此区域是判断不饱和C-H的重要依据。

4.2、芳烃化合物

芳环C=C骨架振动在1600cm-1（1580cm-1）、1500cm-1（1450 cm-1 ），峰型尖锐，1600cm-1 处吸收峰通常强于1500 cm-1处吸收峰。

4.3、双键伸缩振动区

振动范围在1900~1500cm-1。

4.4、羰基（C=O）伸缩振动

振动范围在1850~1650cm-1。

①酮：~1715cm-1。

②醛：~1725cm-1。

③羧酸：1745~1685cm-1。

④羧酸盐：羧酸盐离子是一个多电子共轭体系。具有对称伸缩振动（1610cm-1~1500cm-1）和反对称伸缩振动（1440cm-1~1360cm-1）。

⑤酯：1880~1770cm-1。

⑥酰卤：酰卤类化合物结构中含有C=O和卤素基团-X，红外光谱存在C=O伸缩振动和C-C（O）伸缩振动两个特征区域。C=O伸缩振动：1750~1810cm-1。C-C（O）伸缩振动吸收：850~965cm-1。芳香族酰卤在1200cm-1附近还有一个特征吸收峰。

4.5、酰基化合物

C=O伸缩振动吸收、N-H伸缩振动吸收、N-H弯曲振动吸收、N-H弯曲振动和C-N伸缩振动耦合吸收。

①伯酰胺：C=O伸缩振动吸收（酰胺I带）：1690~1630cm-1。N-H伸缩振动吸收：3540~3180cm-1两个尖峰。N-H弯曲振动吸收：1640~1600cm-1。C-N伸缩振动：1420~1400cm-1区域有强吸收峰，其他酰胺中也存在此吸收峰。

②仲酰胺：C=O伸缩振动吸收（酰胺I带）：1680~1630cm-1。N-H伸缩振动吸收：3460~3400cm-1一个尖峰。C-N弯曲振动与C-N伸缩振动耦合吸收：C-N-H弯曲振动位于1550~1530cm-1（酰胺II带），此区域是与伯胺区分的特征吸收；1200~1300cm-1（酰胺III带），为N-H弯曲振动与C-N伸缩振动耦合特征吸收峰。

③叔酰胺：叔酰胺结构中没有N-H，红外光谱相比于伯酰胺和仲酰胺大为简化。

备注：四条款中所列内容为部分红外基团特征吸收。