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红外光谱:快速入门解释光谱

最后更新:2022年10月31日|

如何解释在1分钟或更少的红外光谱:2件最重要的事情去寻找(舌头和剑)

最后发表,我们简要介绍了债券振动的概念,我们看到,我们可以认为共价键有点像球和弹簧:弹簧振动,而且每一个“唱”的特征频率,这取决于债券的强度和质量的原子。这些振动频率中红外(IR)地区的电磁波谱。

我们可以观察和测量这种“唱歌”的债券将红外辐射应用于样品和测量的频率辐射被吸收。结果是一个技术被称为红外光谱法,这是一个有用的和快速工具确定债券出现在一个给定的分子。

我们看到水的红外光谱是很简单,但在一个相对复杂的分子葡萄糖(下图)我们突然面对一片森林的山峰!

红外光谱的葡萄糖我们如何分析这个有这么多峰值不恐慌

给你的第一感觉看着红外可能:唉,我怎么理解? ?

我想说:别慌!

表的内容

  1. 让我们正确的一些常见误区IR
  2. 以“狩猎和派克”开头的路要走
  3. 红外光谱:大局
  4. 的两个主要因素来寻找在一个红外光谱:“舌头”和“剑”。
  5. 醇类和羧酸:更多细节
  6. 具体的例子羰基官能团的红外光谱
  7. 不那么重要,但仍然有用:两个诊断领域。
  8. 葡萄糖,重新审视:1分钟分析
  9. 笔记

1。让我们正确的一些常见误区IR

在这篇文章中,我想显示一个典型的红外光谱的分析是比你想象的要简单得多。事实上,一旦你学会去寻找什么,它通常可以在一分钟或更少。为什么?

  • 红外通常不是用来确定一个未知的分子的整体结构。例如,没有一个人活着可以看看上面的红外光谱和推断葡萄糖的结构。红外光谱是一种工具和一个非常具体的使用。(回到1945年,当红外是为数不多的光谱技术,有必要花很多时间试图挤出每一个比特的信息的频谱。今天,通过核磁共振和其他技术,我们可以做更多的挑选)
  • 我们不需要分析每一个峰值!(稍后我们会看到,这就是核磁共振:-))。相反,IR是伟大的识别特定官能团醇类和羰基。以这种方式是免费的其他技术(如核磁共振)不产生这个信息尽快。

记住这一点,我们可以简化分析的红外光谱裁剪除了地势较低的水果。

看到森林的山峰500 - 1400厘米1吗?我们基本上会忽视他们!

80%的大多数有用的信息对我们来说可以通过观察获得的两个特定区域的光谱:3200 - 3400厘米1和1650 - 1800厘米1。我们也会看到,至少有两个地区的一个值得看的红外光谱,从而达成“一阶”未知的红外光谱分析。(我们可能写一帖,细心和更顽强的细节分析红外光谱)

底线是:这篇文章的目的是告诉你如何优先考虑你的时间红外光谱的分析。

(顺便说一句:所有的光谱NIST的数据库。谢谢你,美国纳税人!)

2。以“狩猎和派克”开头的路要走

面对一个未知的红外光谱(和不断上涨的恐慌),一个典型的新学生做什么?

他们经常拿第一个工具,这是一个常见的范围表红外峰给他们的老师。

下一步的分析是通过频谱从一边,试图匹配每一个峰的一个数据表中。我知道这个,因为这正是我当我第一次学会了IR。我把它叫做“狩猎和啄。”

神为了当口译红外光谱不狩猎和派克表而不是知道要寻找什么

唯一的人“狩猎和派克”作为他们的第一步没有计划的人(即“新手”)。

所以通过阅读接下来的几个段落你可以节省大量的时间和混乱。

(亨特和派克占有一席之地,但只有后你寻找“舌头”和“剑”,如下。狩猎和啄是伟大的,以确保你没有错过什么大,但作为第一步,它的血腥可怕!)

3所示。大局

在红外光谱测量分子吸收红外辐射的光子。光谱的峰值代表地区特定的键振动发生的地方。(背景,看到以前的文章,特别是在“球和弹簧”模型)。就像弹簧不同权重的振动特征频率取决于质量和紧张,那么债券。

这是4000厘米的红外窗口的概述1到500厘米1与不同地区的利益突出显示。

典型的红外吸收值表各种类型的债券

更压缩概述是这样的:(源)

3600 - 2700厘米1 x h(氢单键)
2700 - 1900厘米1 ≡X(三键)
1900 - 1500厘米1 X = X(双键)
1500 - 500厘米1 x(单键)

在这些范围,有两个高优先级领域关注,两个不太重要领域,我们下面将进一步讨论。

4所示。的两个主要因素来寻找在一个红外光谱:“舌头”和“剑”。

当面对一个新的红外光谱,优先考虑你的时间通过问两个重要的问题:

  1. 在该地区有广泛的、圆形的峰值约3400 - 3200厘米1吗?这就是羟基(哦)出现。
  2. 有一把锋利的,强大的峰值在该地区约1850 - 1630厘米1吗?这就是羰基组(C = O)出现。

首先,让我们看看一些例子的羟基峰3400厘米1到3200厘米1地区,乔恩将生动地描述为“舌头”。下面的山峰都属于醇类。羟基之间的氢键导致一些地键的强度的变化,从而导致一系列的振动能级。变化导致广泛的山峰。

羟基羧酸的一部分的一个更广泛的外观,我们将描述。

收集o h绵延醇5的例子

(有时它有助于知道别去寻找什么。在最右边是包含一个例子很弱峰的一个基准,您可以安全地忽略。)

的主要观点是,羟基不是一般的东西你需要去寻找在基线噪音。

尽管羟基是最常见的一种广泛的峰值在这个地区,h峰也可以出现在这个区域(更多关于他们的注1)。他们往往有一个更清晰的外观和可能显示为一个或两个峰值,这取决于氮氢键的数量。

接下来,让我们看看一些例子C = O山峰,在该地区约1630 - 1800厘米1。。这些山峰几乎总是最强的山峰在整个光谱相对狭窄,让他们有点“剑”外观。

集合c o延伸约1700醛酮酯羧酸

总结我们80/20分析:寻找舌头和剑。

如果你从这篇文章中学到什么,学会识别这两种类型的山峰!

另外两个区域的红外光谱可以快速产生有用的信息如果你训练自己去寻找他们。

3所示。在3000厘米1是一个有用的碱性之间“边界”烯碳氢键(3000厘米以上1)和筛选一个的碳氢键(低于3000厘米1)这可以迅速帮助你确定双键。

4所示。峰值在该地区约2200厘米1- 2050厘米1是一个微妙的指标有一个三键(C C≡≡N和C)。什么出现在这个地区。

一个常识提醒

首先,一些明显的建议:

  • 如果你考虑到分子式,决定官能团你应该找什么。没有意义去寻找哦组如果你没有氧分子式,或者同样存在一个胺如果公式缺乏氮。
  • 不明显,计算度未饱和如果你考虑到分子式,因为它将提供重要的线索。不要寻找C = O在C这样的结构4H10啊,没有任何程度的不饱和现象。

5。醇类和羧酸:更多细节

醇

让我们来看一个具体的例子我们可以看到一切的观点。下面的光谱1-hexanol。

注意羟基峰约3300厘米1,典型的酒精(顶点3600厘米左右1是一种常见的同伴羟基峰:它代表non-hydrogen保税地)。

1-hexanol如您所料,没有任何的羰基峰约1700厘米1。初学者可能会把匕首般的强大峰值约为1450厘米1作为一个可能的C = O伸展。它不是。(它可能是一个碳氢键弯曲)。变化只发生在一个非常狭窄的范围内,你非常不可能看到一个C = O延伸远低于1650厘米1。光谱你看,越多越好你会做出这些判断。
己醇的红外光谱

获得一些熟悉的变化,这里有更多的例子整个各种醇的红外光谱。

羧酸

羟基羧酸的比醇相当广泛。Jon称之为“毛胡子”,这是一个完美的描述。外表也是高度可变。哦吸收在羧酸可以如此广泛,它扩展了低于3000厘米1,几乎“接管”左手光谱的一部分。

这里有一个例子:丁酸。

丁酸的红外光谱

这里有一些更多的例子全光谱可以看到变化。

外观的差异之间的哦,酒精和羧酸的通常是诊断。在罕见的情况下你不确定是否广泛的峰值是由于酒精或羧酸的哦,一个建议是检查该地区约1700厘米的C = O伸展。如果没有,你可能看一个酒精。

(注1更详细的3200 - 3500厘米1地区:胺、酰胺和终端炔烃)

6。具体的例子羰基官能团的红外光谱

第二个重要的羰基峰地区是C = O拉伸面积约1630 - 1830厘米。羰基延伸是锋利的和强大的。

一旦你看到其中一些他们不可能错过。什么出现在这个地区。

用的角度来看,这是乙醛的红外光谱。1700厘米后,峰值1C = O伸展。的时候,C = O拉伸几乎总是最强的峰IR光谱和不可避免的。

红外光谱的乙醛

C = O伸展的位置由羰基官能团略有不同。一些范围(在cm中1)如下所示:

结合会影响C = O伸展的位置,移动低波数。

一个不错的经验法则是,你永远不会见到一个C = O低于1630。如果你看到一个强大的高峰在1500年,例如,它是不C = O。这是别的东西。

7所示。不那么重要,但仍然有用:两个诊断领域。

  1. 碳氢键弹性边界在3000厘米1

3000厘米1作为一个有用的分界线。上面这条线是观察到更高的频率碳氢键延伸我们属性sp2杂化碳氢键。下面的两个例子:天津石化(注意站高一点的峰值)和苯。

一个分子只有sp3-hybrized碳氢键,会出现低于3000厘米1如下在己烷。

之间的分界线在3000厘米1 sp3 ch债券和sp2 c h债券

2。独特的三键区域约2200厘米1

分子三键出现相对很少的事情,但是当他们做的,他们有一种独特的红外跟踪。

2000厘米之间的地区1和2400厘米1有点“鬼城”在红外光谱;有很少出现在这个地区。如果你在这一地区看到的山峰,一个可能的候选人是一个三结碳等炔烃或腈。

三键独特的延伸约2050年到2250年腈炔烃

注意炔山峰是多么脆弱。这是一个例外,一个人应该忽视弱峰。不过,谨慎是必需的:如果你考虑到分子式,通过计算确认炔是可能的度未饱和并确保它至少是2或更多。

终端炔烃(比如1-hexyne)也有一个强大的碳氢键延伸约3400厘米1这是更强烈的诊断。

8。葡萄糖,重新审视:1分钟分析

好的。我们已经超过区域用于红外光谱的快速分析。

  • (重要!)地约3200 - 3400厘米1
  • (重要!)C = O 1700厘米左右1
  • 碳氢键分界线在3000厘米1
  • (罕见)三键区域约2050 - 2250厘米1

现在让我们回头看看葡萄糖的红外光谱。我们看到了什么?

1分钟的红外分析葡萄糖哦没有烯烃ch c o双键

这里有两大注意事项:

  • 哦,现在大约有3300厘米1。(事实上,这是作为一个“剑”# 3节,上图)
  • 没有C = O伸展。没有强大的峰值约1700厘米1。(达到1450厘米1不是一个C = O伸展)。

同样,如果我们需要一些额外的时间,我们可以看到:

  • 没有烯烃碳氢键(没有山峰超过3000厘米1)
  • 没有三保税区域(罕见,但仍然容易学会检查)

:如果你给这个频谱作为一个“未知”连同它的分子式,C6H12O6它的结构,你能得出什么结论?

  • 分子至少有一个哦组(甚至更多)
  • 分子没有任何C = O组
  • 分子可能* *没有任何烯烃。如果任何烯烃,他们不承担任何碳氢键,因为我们看到他们的碳氢键拉伸超过3000厘米1。

氢分子与一个程度的缺陷(C6H12O6),但没有C = O,可能没有C = C ?

估计会很好分子包含一个戒指。(当然,我们知道是这样,但很高兴看到IR证实了我们已经知道的)。

这就是一个1分钟的红外分析葡萄糖可以告诉我们。不是整个结构,提醒你,但可以肯定的是一些重要的片段。

今天的这就够了。在下一篇文章我们将做更多1分钟的分析和提供更多具体的例子如何使用信息的红外光谱对分子结构得出结论。

笔记

相关文章

注1。

更在3200区域:胺、酰胺和终端炔碳氢键

当我们在3200年的地区…。胺和酰胺

胺的例子延伸在红外初级中学和初级酰胺二酰胺

胺和酰胺也- h延伸出现在这个地区。(更新:从保罗Wenthold评论提到了一些有用的建议酰胺-他们是罕见的寻找确认证据质谱或其他来源分配一个酰胺之前根据本区域的延伸,作为这一地区也可以包含羰基“泛音”山峰]

注意到伯胺和酰胺主要有两个“尖牙”,而二级胺和二次酰胺有一个峰值。

胺拉伸幅度比酰胺延伸;也可以区分酰胺强有力的C = O拉伸(见下文)。

光谱主要胺(点击)

仲胺:

主要酰胺

二酰胺

末端炔碳氢键

终端炔烃特有的碳氢键延伸约3300厘米1。这里ethynylbenzene,如下。

三键ch伸展约3400

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01焊接、结构和共鸣
02酸碱反应
03烷烃和命名法
04构象和环烷
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18芳香性
19芳香分子的反应
20.醛和酮
21羧酸衍生物
22烯醇、烯醇化物
23胺
24碳水化合物
25乐趣和杂项

评论

评论部分

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  6. 广播:红外光谱-容易计算
  8. 广播:红外光谱和红外光谱:一个红外光谱谱仪工作原理和红外光谱分析——技术网络——穆汗。
  9. 广播:红外光谱学——容易计算

  12. 你好,詹姆斯,
    谢谢你的非常明确的教程解释红外光谱。他们一直对我很有帮助。

    我有一些问题关于复合结构未知,我试图破译使用红外光谱。你会高兴一看这对我和确认我是否做了正确的,基于信息你的教程吗?

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  15. 感谢你这个伟大的工作。我有一个问题:我以前有聚合物(在特殊情况下我使用PVC电影)。首先,我做一个“收到”PVC膜的红外光谱谱。接下来,我进行热处理的PVC膜(低于其Tg)和重复的红外光谱。山峰没有变化,然而它们的强度是不同的。我试图找出一个解释这种现象(在参考书目搜索),但我当时´t找到答案。你知道为什么会这样?

    非常感谢。

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  16. 你绝对是惊人的。我读这感到非常高兴和满意。你的风格呈现的环境非常好。谢谢你的努力为我们工作。

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  21. 谢谢你! !这是那么容易解释和帮助。我有一个问题:有多少我可以相信我的软件建议吗?红外光谱与赞誉的软件有一些库包括在内。

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    1. 我不确定。可能有相当多的样品相同的分子之间的差异,这取决于样品准备(膜厚度)和水(影响氢键)。图书馆是一个很好的起点,但不是一个神奇的子弹,好当的一部分,一个更全面的方法来结合其他信息(例如,8经数据)

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  23. 你没有提到的一件事是羰基泛音的山峰,结果当分子吸收两个光子的红外光线。这些显示为弱峰2 x羰基的频率,所以在3300 - 3500区间。

    知道这个是很重要的,因为开始学生经常分配这些山峰NH延伸。这并不是疯狂,因为NH延伸在单取代酰胺可以相对较弱,所以很难区分他们。

    这不是完美的,但是,从教师的角度来看,我的建议是为了避免将它们分配给胺或酰胺的冲动。如果你看到一个羰基,期望看到泛音,不要称它为NH延伸。现在,这意味着你可能会错过一个酰胺,但这本身并不足以结束酰胺。你需要通过其他方式来验证它。如上所述,酰胺C = O延伸往往比其他官能团较低的能量,但即使这样我也会小心放好一个点(吸收通常是在范围内,而不是具体的景点- C = O = 1680:这是否意味着酰胺?可以,但它也可能是一个酮边缘的距离;这是一致的)。现在,如果你有一个质谱表明存在N(通过一个奇怪的分子质量),所以你知道N,那么肯定的是,它可能是NH伸展。但是没有其他信息表明一个酰胺,我的建议是不要去那个方向。

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  30. 谢谢你的精彩的演讲,我的问题是如何确定苯环芳香族或吸收。请我需要你的电子邮件地址

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  33. 我完全失去了在红外讲座但在阅读这篇文章之后,我意识到它的简单的事情困难。你救了我一个失败者。

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  41. 我知道你的教员计划没有工作,但是你比许多教授!谢谢你！永远都不要停止追逐你的梦想!

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  44. 我完全同意100%与以前的赞扬和评论——你是一个可取之处我在有机化学的理解和欣赏你的方法简化最复杂的事情。我真的花了4 +小时尝试2问题找出结构和感觉更好的向前发展。谢谢你！保持惊人的工作!

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      1. 为什么烯烃集团(3000 -3100)与卤代烃(500 -539)被添加到改性聚苯醚(PPE + p)塑料?
        影响是哪些属性?

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  52. 这是如此有用的! !使用了很多不同的例子,现在我明白了一切!会有一个快速教程为碳和质子核磁共振吗?

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