王敬尊　　王　霆

（1北京微量化學研究所，北京100091；2布魯克光學儀器公司，北京100081）

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如何解釋紅外譜圖

王敬尊1，*王霆2

（1北京微量化學研究所，北京100091；2布魯克光學儀器公司，北京100081）

摘要：紅外光譜（IR）主要提供分子的官能團和化學鍵的豐富的結(jié)構(gòu)信息。通常一個化學鍵會出現(xiàn)多個不同位置的吸收峰，而圖中每個峰又可能是不同化學鍵的加合峰。因此在紅外光譜分析中，并不要求也不可能準確地歸屬出圖中所有的峰，通常只要求能較確切地識別出其中幾個特征峰已足矣。

關(guān)鍵詞：紅外光譜；分子光譜結(jié)構(gòu)解釋

在紅外光譜（IR）結(jié)構(gòu)解釋的文章中，經(jīng)?？煽吹綄t外光譜的每個峰都標識上具體的化學鍵名稱，像色譜圖中標記每個峰代表一種物質(zhì)一樣。對IR光譜的這種解釋好像挺全面，實際上既不準確也無實用意義，只是徒增文章無用篇幅而已。這是因為分子中一個官能團的化學鍵在紅外光譜中通常會出現(xiàn)多個不同位置的吸收峰，而圖中每個峰又可能是不同化學鍵加合的峰。因此，即使一個結(jié)構(gòu)簡單化合物的IR圖也都會出現(xiàn)一群峰。在紅外光譜分析中并不要求、也不可能對圖中所有的峰做出準確的標識，通常只要較確切地識別出其中幾個結(jié)構(gòu)的特征峰已足夠。這就是IR圖經(jīng)常被認為是識別物質(zhì)的“指紋”譜，已積累了幾十萬張化合物的標準圖。但對紅外光譜的解釋目前主要靠經(jīng)驗總結(jié)，試圖從理論上計算和預測光譜的歸屬仍未達到實用階段；在被公認為是紅外光譜解釋的“圣經(jīng)”——貝拉米的“復雜分子的紅外光譜”專著中［1］，書中經(jīng)典的語句是：“某個結(jié)構(gòu)類型的分子，通常出現(xiàn)在這些峰的位置，但也有一些例外”，此外很少作進一步的推理解釋。正像刑事破案中，只把人的“指紋”作為識別罪犯的物證一樣，很難由此作進一步的推理解釋。本文作者根據(jù)多年的結(jié)構(gòu)分析經(jīng)驗，概要總結(jié)了紅外光譜解釋中的一些基本要點，為紅外光譜分析和有機結(jié)構(gòu)分析提供一些簡要的實用信息和應用實例。

1　紅外光譜的機理

紅外光譜屬分子中化學鍵和官能團的振動吸收光譜。其振動頻率主要由化學鍵連結(jié)的原子質(zhì)量和化學鍵的強度決定。通過量子力學的復雜計算，可近似推導不同化學鍵的振動頻率，但實用價值不大。這是因為分子的紅外光譜產(chǎn)生的機理太復雜，下面以一個結(jié)構(gòu)簡單的3原子分子的振動為例，至少出現(xiàn)下列6種模式的多個峰（圖1）。

圖1　簡單的3原子分子伸縮振動和彎曲（變形）振動示意圖

通常有機分子為多原子組合的復雜分子，各種化學鍵和基團的振動光譜加合和空間構(gòu)型的影響，會出現(xiàn)合頻、差頻、共振、轉(zhuǎn)動等光譜微細結(jié)構(gòu)許多譜峰組合的復雜光譜，因此對大多數(shù)的IR譜峰很難逐個做出確切歸屬。

早期文獻中對紅外光譜多用波長（μm）表示，數(shù)字不夠精確，現(xiàn)在多用波長的倒數(shù)即波數(shù)（cm－1）表示，兩者換算：波長（μm）=10000/波數(shù)（cm－1）。紅外光譜頻率范圍通常認為在0.78－1000 μm之間，可細分為3個區(qū)間，即近紅外、中紅外、遠紅外：

近紅外波長和頻率：0.78－2.5 μm，即約13000－4000 cm－1，主要用于含多H基團的定量分析；

遠紅外波長和頻率：25－1000 μm，即400－10 cm－1，主要用于無機和金屬有機化合物的光譜測定；

中紅外光譜波長和頻率在2.5－25 μm，即4000－400 cm－1，有機化合物的紅外光譜多出現(xiàn)在這個范圍，這也是紅外光譜結(jié)構(gòu)分析和本文論述的主要領(lǐng)域。

2　分子結(jié)構(gòu)的特征峰的識別

對復雜的有機化合物紅外光譜的識別與解釋，在各種文獻中的官能團化學鍵附吸收頻率表給出一些較寬范圍的譜帶［2］，只能對譜圖中的吸收峰做出粗略的歸屬。用這些譜帶數(shù)據(jù)作IR譜圖歸屬解釋仍顯太復雜和繁瑣。真正實用的IR圖譜解釋還是靠熟記各種官能團的幾個特征吸收峰的經(jīng)驗歸屬。當然如有計算機儲備的紅外光譜數(shù)據(jù)庫查閱是最方便的方法，但這些譜庫價格昂貴，不是所有IR儀器都能具備的。下面概括總結(jié)有機化合物常見的官能團實用特征吸收譜帶，對每個官能團結(jié)構(gòu)類型的歸屬能記住其中2－3個特征峰足矣。

2.1烴類的C―H鍵振動峰

（1）―CH3：2962、2872 cm－1為2個伸縮振動強峰，1380 cm－1為彎曲振動強峰；―C（CH3）2―：1380、1370 cm－1為2個彎曲振動強峰；―C（CH3）3：1390（中）、1365 cm－1為2個彎曲振動峰。

（2）―CH2―：2926、2853 cm－1為2個伸縮振動強峰，1470 cm－1（中強）為彎曲振動峰；―（CH2）n―：720 cm－1（中強）為碳連n大于4的骨架振動峰。

（3）烯烴類C=C鍵振動峰。如―CH=CH―：970－960 cm－1（反式，強）為面外變形振動峰；―CH=CH2：915－905cm－1（強）為―CH2面外變形振動峰，995－985cm－1（強）為―CH面外變形振動峰。

（4）炔烴類C≡C鍵振動峰。如≡C―H：3300 cm－1（強）為伸縮振動峰；―C≡C―：2140－2100 cm－1（強）為單取代的伸縮振動峰，2260－2190 cm－1（強）為雙取代的伸縮振動峰。

（5）芳烴類化合物的振動峰。芳烴類化合物結(jié)構(gòu)復雜，雖然其面外變形振動峰都很強，但由于在低波數(shù)指紋區(qū)900－700 cm－1的譜圖加合數(shù)目繁多，影響結(jié)構(gòu)識別的可靠性。如：5個相鄰H，770－730 cm－1（強）；4個相鄰H，770－735 cm－1（極強）；3個相鄰H，810－750 cm－1極（強）；2個相鄰H，860－800 cm－1（極強）；1個H，900－860 cm－1（中）。

2.2C―O和O―H鍵的振動

（1）羥基―OH的振動。受空間位阻游離的OH：3590－3560 cm－1，伸縮振動，尖峰；分子內(nèi)氫鍵：3570－3450 cm－1，伸縮振動，尖峰，稀釋峰不變；分子間氫鍵，3400－2500 cm－1，伸縮振動，強、寬峰，稀釋峰改變。

樣品中的H2O峰經(jīng)常出現(xiàn)在3400－3200 cm－1和1630 cm－1，干擾羧基和酰胺基的測定，為此可加入少量重水（D2O）與H2O交換生成HDO，使H2O峰移到3500 cm－1和2400－2000 cm－1。

（2）C―OH的峰。伯醇：1050 cm－1（強）；仲醇：1100 cm－1（強）；叔醇：1150 cm－1（強）；酚類：1200 cm－1（強）。

（3）醚類C―O―C的峰。烴基醚：1150－1060 cm－1（極強）；芳基醚：1270－1230 cm－1（極強）；環(huán)氧化合物：1250 cm－1（極強）；過氧化物：1820－1810 cm－1和1800－1780 cm－1（強）。

2.3含羰基C=O化合物的吸收峰

（1）醛。飽和脂肪族醛：2900－2720 cm－1，1740－1720 cm－1，1440－1325 cm－1，強；芳基醛：1715－1695 cm－1，1415－1350 cm－1，強；1320－1260 cm－1，1230－1160 cm－1，強。

（2）酮羰基。飽和酮：1725－1705 cm－1（中）；1325－1215 cm－1（強）；芳基酮：1700－1680 cm－1（中）；1220－1075 cm－1（強）；醌類：1690－1660 cm－1（中）。

（3）酯。C=O伸縮振動包括：飽和酯：1750－1735 cm－1（強）；芳香酯：1730－1715 cm－1（強）；內(nèi)酯（飽和）：1780－1760 cm－1（強）；內(nèi)酯（不飽和）：1750－1735 cm－1（強）。C―O伸縮振動包括：甲酸酯：1200－1185 cm－1（強）；乙酸酯：1250－1230 cm－1（強）；苯甲酸酯：1310－1250 cm－1（強），1150－1100 cm－1（強）。

（4）有機羧酸、酐及鹽。―OH（游離）：3560－3500 cm－1（中）；―OH（締合）：3400－2500 cm－1；C=O（飽和）：1725－1700 cm－1（強）；芳香酸：1700－1680 cm－1（強）；C―O振動：1320－1211 cm－1（強）；酸酐：1850－1800 cm－1；酰氯：1815－1770 cm－1；羧酸鹽（―COO－）：1610－1550 cm－1（強），1420－1300 cm－1（強）。

可用酸、堿調(diào)節(jié)樣品的pH，觀察峰的移動來識別羧酸及鹽。

2.4含氮化合物的吸收峰

（1）胺及銨鹽。NH伸縮振動峰：3500－3300 cm－1（中）；伯胺兩個譜帶，仲胺和亞胺一個譜帶。NH變形振動峰：1650－1590 cm－1（中）。C―N振動：芳胺（伯），1340－1250 cm－1（強）；芳胺（仲）：1350－1280 cm－1（強）；芳胺（叔）：1360－1310 cm－1（強）；脂肪胺：1220－1020 cm－1（中）。銨鹽（―NH3+）：3380－3280 cm－1，1600、1400 cm－1。

可用酸、堿調(diào)節(jié)樣品的pH，觀察峰的移動來識別胺及銨鹽。

（2）酰胺。①NH伸縮振動峰：伯酰胺（氫鍵），3350 cm－1和3450 cm－1（中）；仲酰胺（氫鍵，順式），3180－3140 cm－1（中）；仲酰胺（氫鍵，反式），3320－3270 cm－1（中）。②C=O吸收峰：直鏈伯酰胺，1670－1630 cm－1（強）；直鏈仲酰胺，1570－1515 cm－1（強）；環(huán)酰胺，1760－1730 cm－1（強）。

（3）氨基酸、肽及鹽。①―NH3+：伸縮振動峰，3130－3030 cm－1（中）；變形振動峰，1650－1610 cm－1、1550－1485 cm－1（中）、1410－1390 cm－1（尖強）。②―COOH，―COOM：1600－1560 cm－1。③α-氨基酸鹽：1754－1695 cm－1（中）。④C=O：酰胺I，1620－1600 cm－1（強）；酰胺II，1570－1500 cm－1（強）。

（4）硝基化合物。硝基（R―NO2）：1650－1500 cm－1（強），1350－1250 cm－1（強）；硝酸酯（―O―NO2）：1650－1600 cm－1（強）；1300－1250 cm－1（強）；亞硝基（R―N=O）：1600－1500 cm－1（強）；亞硝酸酯（―O―N=O）：1680－1500 cm－1（強）；硝酸根（―NO3－）：1410－1340 cm－1（強）。

（5）氮雜環(huán)化合物。含氮雜環(huán)化合物如吡啶、喹啉、嘧啶、嘌呤等在生化研究中倍受重視。C―H：3020 cm－1（強），伸縮振動峰；C=C、C=N：1660－1590 cm－1（強）；環(huán)振振動峰（C―H變形）：1200 cm－1（強），1100－1000 cm－1（強）；950－650 cm－1（強）。

2.5含雜原子化合物的吸收峰

（1）含S化合物。硫醇（―S―H）：2600－2550 cm－1；硫酮（C=S）：1200－1050 cm－1（中）；亞砜（―S=O）：1200－1050 cm－1（強）；砜（―SO2―）：1350－1300 cm－1（強），1610－1550 cm－1（強）；硫酸酯（―O―SO2―O―）：1440－1330 cm－1（強）；1230－1150 cm－1（強）；磺酸（―SO3H）及磺酸鹽（―SO3－）：1210－1150 cm－1（強），1060－1030 cm－1（強）；650 cm－1（強）。

（2）含P化合物。P=O（游離）：1350－1250 cm－1（強）；P=O（氫鍵）：1250－1150 cm－1（很強）；P―O―C（脂肪族）：1050－990 cm－1（很強）；P―O―C（芳香族）：1240－1190 cm－1（強）；P―OH：2700－2560 cm－1（寬）；P―H：2440－2350 cm－1（中）；P―CH3：1320－1280 cm－1（強）；P―苯基：1450－1435 cm－1（強）；P―Cl：580－440 cm－1（強）；P―F：885－810 cm－1（強）；磷酸根（烷基取代物）：1180－1150 cm－1（強）；磷酸根（苯基取代物）：1090－1040 cm－1（強）。

（3）含Si化合物。Si―CH3：1259 cm－1，810－800 cm－1；Si―苯基：1249 cm－1，1130－1090 cm－1；Si―H：2300－2100 cm－1；Si―O―Si（環(huán)形、三聚體）：1020－1010 cm－1；Si―O―Si（四聚體）：1090－1080 cm－1；Si―O―Si（大環(huán)）：1080－1050 cm－1；Si―O―C（鏈式）：1090－1020 cm－1。

（4）含鹵素的化合物。由于紅外光譜儀的許多光學器件為鹵素的晶體，所以在紅外光譜的骨架振動區(qū)無特征的吸收峰，僅在指紋區(qū)有吸收峰，但易受分子中其他化學鍵峰的干擾，僅靠這些峰作結(jié)構(gòu)識別要謹慎。如，C―F：1400－1000 cm－1（極強）；C―Cl：800－600 cm－1（強）；C―Br：600－500 cm－1（強）；C―I：500 cm－1（強）。

2.6無機陰離子的紅外吸收峰

無機化合物中金屬元素的定性和定量分析，采用發(fā)射光譜（ICP/AES（MS））、X光熒光光譜（XFS）、掃描電鏡（SEM）等方法很容易解決，但這些方法對無機陰離子的結(jié)構(gòu)分析無能為力。無機陰離子的分析通常建議采用離子色譜法，不但分析操作手續(xù)冗長，且必須有已知標準化合物作對照分析。作為有機化合物鑒定的紅外光譜分析方法，也是一種被忽視了的快速、準確地鑒定大多數(shù)無機陰離子的好方法。大部分無機陰離子的紅外譜圖譜峰比較簡單，峰的強度較高，很容易識別和確認。常見的無機陰離子特征紅外吸收譜帶包括：硅酸鹽：1100－900 cm－1（強）；磷酸鹽：1030－1000 cm－1（強寬）；碳酸鹽：1450－1400 cm－1（極強）；堿式碳酸鹽：1430 cm－1（雙峰，極強），3300 cm－1（―OH氫鍵締合峰）；硫酸鹽：1130－1080 cm－1（極強）；硝酸鹽：1380－1350 cm－1（極強）；亞硝酸鹽：1250－1230 cm－1（極強）；氰化物、硫氰酸鹽（―C≡N）：2200－2000 cm－1（強）。

3　影響紅外光譜基團吸收頻率位移的原因

紅外光譜中基團的吸收頻率主要由基團化學鍵結(jié)合的力常數(shù)和基團的原子質(zhì)量決定，但這些基團的紅外吸收頻率，受在分子中所處環(huán)境影響會發(fā)生位移。這些影響因素一般可歸屬為基團的外因和內(nèi)因，外因主要是分子的物態(tài)、晶態(tài)、溶劑和雜質(zhì)等影響；內(nèi)因主要是分子結(jié)構(gòu)中基團的周圍基團和在分子結(jié)構(gòu)中空間構(gòu)型等的影響。許多文獻中討論了“影響吸收峰位置位移的因素”，由于這些影響因素的加合，使紅外光譜變得更加復雜，增加了對紅外光譜準確理論解釋的困難，雖然可預示分子某些結(jié)構(gòu)特征峰的出現(xiàn)，但要注意會經(jīng)常遇到一些解釋困難的例外，使紅外光譜理論解釋增加了許多不確定因素。

3.1樣品外部環(huán)境的影響

樣品處于氣態(tài)時，分子間相互作用力很小，因而光譜與常見的凝聚態(tài)光譜明顯不同，所以氣態(tài)樣品的IR圖一般不能直接使用常規(guī)的凝聚相的紅外圖作參比，這在GC-IR分析時要特別注意。例如氣態(tài)丙酮的羰基頻率1742 cm－1，液態(tài)時為1718 cm－1。

文獻中給出的標準譜圖多為分子的液態(tài)或固態(tài)的凝聚態(tài)標準圖。樣品處于凝聚態(tài)時，分子間相互作用力強，特別是極性溶劑和分子中出現(xiàn)活潑氫的氫鍵締合，使譜峰峰型發(fā)生改變并出現(xiàn)大的位移。如羧酸的羥基可能出現(xiàn)從3450 cm－1到2000 cm－1寬而平緩的峰。分子間的締合效應一般使伸縮振動頻率降低，而變形振動增高；NH基團的氫鍵較弱，一般為出現(xiàn)在3500 cm－1后的尖峰；固態(tài)的晶格效應對低頻影響較大，如結(jié)晶態(tài)的聚乙烯在720 cm－1會出現(xiàn)裂分的雙峰。

當樣品中存在一定量的溶劑時，溶劑的極性會使伸縮振動頻率向高頻位移；當樣品的分離純度不夠高時，此時存在的雜質(zhì)似溶劑一樣，也會影響基團的振動頻率。

3.2基團受分子結(jié)構(gòu)內(nèi)環(huán)境的影響

（1）偶極誘導效應。

分子中鄰近基團的電負性大小以及產(chǎn)生的偶極誘導效應對基團的吸收頻率位移有顯著的影響。一般親電基團使基團的吸收頻率向低頻移；供電基團使基團吸收頻率向高頻移。如R―（C=O）―F的ν（C=O）為1480 cm－1，而R―（C=O）―OCH3的ν（C=O）為1738 cm－1。

（2）共軛效應。

π鍵和孤對電子的共軛效應通常使基團的電子云密度增加，力常數(shù)減少，雙鍵伸長，單鍵縮短，所以雙鍵的吸收頻率向低波數(shù)移，單鍵向高波數(shù)移。

（3）立體空間效應。

環(huán)內(nèi)的張力增加，使伸縮頻率低移；環(huán)和雙鍵的共軛誘導效應使基團的電子云密度增加，引起伸縮頻率低移；由于取代基團的方向性會出現(xiàn)對稱振動和不對稱振動；當基團受到相鄰基團的空間位阻影響時，可使基團峰的伸縮頻率發(fā)生位移，如受空間位阻孤立氫的氫鍵締合力降低，伸縮頻率向高頻移，出現(xiàn)尖而強的單峰。

（4）共振偶合效應。

分子內(nèi)幾個基團的吸收頻率相近時，由于頻率的偶合共振而出現(xiàn)倍頻、差頻、結(jié)合頻等峰的位移或新峰，使復雜結(jié)構(gòu)分子的譜圖更加復雜而難以預測和解釋。

4　紅外光譜在結(jié)構(gòu)解釋和組分的鑒定分析中須特別注意的事項［3］

紅外光譜方法的特點是分析速度快；可測定樣品的范圍寬，氣、液、固體和高分子彈性體等都能分析；分析樣品為非破壞技術(shù)，用量小，一般分析取樣在毫克級，微量分析技術(shù)可做到微克級。紅外光譜作為定量分析方法，由于制樣操作麻煩，選擇定量測定的峰受多種干擾因素的影響，誤差較大，一般在5%－10%。所以紅外光譜分析應用最多的是對分子的官能團結(jié)構(gòu)分析和對不同樣品進行比對的鑒定分析。分析中須特別注意的事項如下：

（1）關(guān)注樣品的來源和相關(guān)的理化性質(zhì)數(shù)據(jù)。

分析前盡可能地了解樣品的來源、用途、元素組成、可能的結(jié)構(gòu)類型、理化性質(zhì)等信息。如對樣品的來源、用途相關(guān)信息有足夠的了解，通?？深A測出樣品結(jié)構(gòu)的類型和組成范圍。

（2）關(guān)注樣品的IR測定實驗技術(shù)。

分析制樣取樣量和樣品的濃度是否適當，最大吸收峰是否出現(xiàn)平頭飽和抑止峰；光路平衡調(diào)節(jié)和是否有水氣、CO2氣體的干擾；壓片法測定時壓片的透明度是否均勻，光譜基線是否有上飄移和基線校正等。

（3）關(guān)注樣品的純度是否能提供足夠可靠的紅外光譜。

紅外光譜對樣品測定要求的“光譜純度”不高，能達到90%－95%即可提供有效的信息。這也表明它對樣品中含量只有百分之幾的小量組分，特別是微量組分檢出的靈敏度不高。例如有時對兩個目視完全不同顏色的樣品，競給出相同的紅外圖；對許多相對分子質(zhì)量不同而結(jié)構(gòu)相近的同系物，可給出相近或相同的紅外圖；對于多組分商品組成的分析，必須預先進行分離純化，如萃取、蒸餾、重結(jié)晶等化學法分離分析；必要時還可采用柱色譜、薄層色譜等做進一步純化分離。由于紅外光譜分析對樣品的純度要求不高，許多簡短的分離即可達到分離純化的要求，各種分離方法是否有效和是否達到紅外分析的要求，必須同時用紅外光譜跟蹤分離的每一步操作過程。

（4）識別IR圖中易出現(xiàn)的“假峰”和“鬼峰”。

紅外光譜分析中出現(xiàn)的“假峰”主要由儀器和分析方法產(chǎn)生，如光路不平衡在2235 cm－1出現(xiàn)光路中的CO2峰；2500－1600 cm－1的H2O干涉條紋峰；3400 cm－1溴化鉀壓片中吸附的水峰等。有時也會出現(xiàn)一些與樣品結(jié)構(gòu)和實驗技術(shù)無關(guān)的峰，其特點是：大小形狀不定、時有時無、出沒位置無常，俗稱“鬼峰”（ghost perks）。一些鬼峰是由樣品分離過程中引入的雜質(zhì)產(chǎn)生的。如在～1100 cm－1出現(xiàn)寬而強的Si=O鍵峰，可能是由于合成反應中用高真空硅脂做密封劑或者用硅膠作吸附劑分離樣品；甚至用蒸餾水作溶劑蒸干后出現(xiàn)。用石油醚類溶劑帶入1380、1460和2900 cm－1附近的烷烴吸收峰；多數(shù)洗脫有機溶劑蒸發(fā)殘留出現(xiàn)的塑化劑鄰苯二甲酸酯在2900、1720、1280 cm－1的吸收峰。識別這些偶發(fā)鬼峰的辦法是用同樣實驗條件作空白對照實驗予以確認。

（5）關(guān)注峰的位置、形狀、強度和相關(guān)峰4個綜合信息。

分析中首先關(guān)注的是吸收峰的位置，即峰的波數(shù)值；其次也要注意峰的形狀，如尖峰、寬峰，有無肩峰和峰的裂分；第三，關(guān)注峰的強度是強、中、弱的峰；第四，注意同樣官能團可能出現(xiàn)的不同位置的各個相關(guān)峰。只有這4個因素都與標準樣品或圖譜相同時，才能作出可靠的結(jié)構(gòu)解釋和比對判斷。

（6）在未知物的結(jié)構(gòu)分析中特別注意光譜綜合分析。

僅靠單一的紅外光譜結(jié)構(gòu)解釋和比對分析，有時難以給出確切無疑的結(jié)論，為此應該結(jié)合有機質(zhì)譜和核磁共振波譜等的綜合分析，給出一致的結(jié)構(gòu)信息，才能給出更可靠的結(jié)論。如聯(lián)合國禁止化學武器的核查要求，對每個可疑物必須采用GC-MS、GC-IR、H NMR、P NMR譜等4種方法分析并給出一致結(jié)果，才被認為是有效的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)中缺少上述分析方法中任何一種都視為結(jié)論數(shù)據(jù)無效。

5　紅外光譜分析的應用示例

5.1紅外光譜分析常見的應用范圍

（1）對完全未知樣品的類型歸屬分析。

如能熟練掌握本文歸屬的官能團的紅外吸收峰信息和樣品應用相關(guān)的信息，對純度足夠的樣品，一般毫不困難地就能給出樣品的結(jié)構(gòu)類型和組成信息。

（2）對未知物的組成比對分析。

一般需要標準對照物，或標準物的標準光譜圖。這種比對分析通常作為樣品物證的“指紋”譜，無需對光譜進一步解釋即可給出結(jié)論。

（3）生產(chǎn)過程中影響產(chǎn)品質(zhì)量工藝分析和產(chǎn)品品質(zhì)分析。

對固態(tài)、液態(tài)樣品，特別對高分子材料分析經(jīng)常是不可取代的分析方法。

（4）對商品樣品的解剖分析和新產(chǎn)品的開發(fā)分析。

國內(nèi)紅外光譜分析的同行，許多涉足于樣品的解剖分析和新產(chǎn)品的開發(fā)分析。這就要求分析工作者首先要自己動手對樣品進行分離，制備純樣進行紅外光譜分析，在此基礎(chǔ)上能夠設計合理的實驗，補充質(zhì)譜、核磁等儀器綜合分析方法，對樣品的結(jié)構(gòu)和組分給出更可靠的結(jié)論；最后進一步提出組分結(jié)構(gòu)和組成。如果根據(jù)分析提出的樣品的組成，可自行將各組分按比例調(diào)配或采用必要的合成制作工藝，一個新產(chǎn)品可能就會誕生在剖析工作者的手中［3］。

5.2紅外光譜分析的應用實例

（1）用HPLC制備純樣時引入的溶劑雜質(zhì)的干擾及消除對策。

HPLC技術(shù)的高分離效率是眾所公認的，但是試圖從混合物中來分離制備純樣的HPLC實驗，很少有成功的示例。分析其分離失敗的重要原因，不僅分析前需對樣品進行必要的“前處理”，而且有時還需要對分離制備后的“純樣品”再進行一次正確的“后處理”。如在合成富勒烯的研究中，需要從復雜的混合物中分離制備各種富勒烯同系物的純樣，研究中采用HPLC半制備碳18柱，甲醇-水作流動相，254 nm檢測波長，色譜峰分離度很好，如此連續(xù)進樣并嚴格截取收集色譜圖中目標物，除去溶劑后再重復做第二次分離分析，最后得到富勒烯各組分的“純樣”，但經(jīng)IR分析的圖中竟莫名其妙地出現(xiàn)很強的富勒烯分子結(jié)構(gòu)中不存在的1720 cm－1的羰基振動峰和～2900 cm－1烴類的C―H振動峰。對實驗失敗的主要原因進行分析后確認，這是HPLC在純樣制備分析中經(jīng)常出現(xiàn)的流動相“溶劑”問題。由于在HPLC分析中分析樣品時進樣的濃度通常只有百分之幾，分析中又被流動相溶劑大量稀釋，收集到色譜峰的樣品，其在溶劑中的濃度可能只有千分之幾；由于HPLC通常只有紫外檢測器，對許多烴類雜質(zhì)沒有或只有很弱的信號，因此大量溶劑中常見的塑化劑和烴類污染物經(jīng)濃縮后也被富集在分離后的“純樣”中，這些雜質(zhì)在紫外光譜檢測中視而不見，但被紅外光譜一覽無余。為消除這些雜質(zhì)，進一步純化辦法之一是用對“純樣”不溶解的正己烷洗滌得到的固體樣品，即可去除這些溶劑帶來的雜質(zhì)，得到純度足夠滿意的樣品。

（2）紅外光譜用于衛(wèi)星發(fā)射火箭火藥的品質(zhì)分析。

在我國某次衛(wèi)星即將發(fā)射前的安全檢查中，發(fā)現(xiàn)一種發(fā)射藥的外包裝表面出現(xiàn)許多白色粉末物，因此懷疑發(fā)射藥是否變質(zhì)而影響衛(wèi)星發(fā)射。緊迫的時間需要我們設計最合理的分析程序。首先對此白色物用紅外光譜分析，結(jié)果只在1430 cm－1出現(xiàn)極強碳酸鹽的雙峰，和3300 cm－1為―OH氫鍵的締合峰，未發(fā)現(xiàn)其他有機物吸收峰的存在，表明此白色粉末物為一種無機堿式碳酸鹽；為確定此鹽的陽離子，采用掃描電鏡的能譜分析，結(jié)果只檢出有Mg元素；兩者分析數(shù)據(jù)結(jié)合表明此白色物為堿式碳酸鎂。根據(jù)發(fā)射藥的制造常識，通常需在發(fā)射藥中加入5%的氧化鎂做中定劑（穩(wěn)定劑），因此在發(fā)射藥包裝材料表面不可避免地有少量氧化鎂的污染，而氧化鎂由于在潮濕空氣中放置，吸收空氣中的二氧化碳和水可產(chǎn)生堿式碳酸鎂。收集火藥外包裝上的全部白色物只有毫克級，約為加入氧化鎂的數(shù)量千分之幾，完全不會影響有防水包裝發(fā)射火藥的品質(zhì)。我們在一個小時內(nèi)完成了分析任務，準確的分析結(jié)論支持并確保了這次衛(wèi)星準時成功的發(fā)射。

（3）導航陀螺儀失控故障分析。

陀螺儀是飛機、輪船、導彈等導航方向自控的核心部件，一個不到拳頭大的陀螺儀，其氣動軸承要求在數(shù)萬轉(zhuǎn)的高速和較高的溫度下運轉(zhuǎn)，并能穩(wěn)定、無故障地工作數(shù)萬小時。可以設想一個導航陀螺儀運轉(zhuǎn)失控的后果可能會導致一場嚴重的災難。為檢查陀螺儀運轉(zhuǎn)故障失控的原因，我們解剖了有故障的陀螺儀，對陀螺儀內(nèi)部件用有機溶劑洗脫出全部的微量物，經(jīng)紅外顯微鏡分析，確認是環(huán)氧樹脂高溫下的揮發(fā)物，來源于陀螺儀制造工藝中使用的高真空密封環(huán)氧樹脂膠的低分子揮發(fā)物，由此提出排除陀螺儀失控故障的一個重要措施。

（4）潛艇機械噪音原因分析。

如何降低潛艇航行時的機械噪音，是關(guān)系到潛艇水下行駛遠避聲吶跟蹤的重要技術(shù)。潛艇運行噪音隨水下航行時間延續(xù)而加重的原因，長期被認為是潛艇機械加工制造技術(shù)問題。在尋找潛艇戰(zhàn)士在水下長期工作引起的身體健康問題時，我們對某潛艇長時間水下航行后各密閉艙中的氣體作全捕集采樣，對采集的樣品作IR分析，結(jié)果意外發(fā)現(xiàn)在動力艙室中除了有烯烴外，還發(fā)現(xiàn)在1250、1100 cm－1有顯著量的硅油的吸收峰，索源追查是來自潛艇液壓機用的硅油中低沸點揮發(fā)物。這種低分子硅油氣體遇到直流電機的碳刷電火花，可變成硬度很高的SiO2和SiC，沉積在碳刷表面，加重了碳刷的摩擦，由此可能引起潛艇發(fā)動機的機械噪音隨水下航行時間延長而增加。這個分析結(jié)論得到潛艇機器制造、液壓油制造和潛艇運行部門的一致認可，由此為降低潛艇的機械噪音提出一條有效的途徑。

參考文獻

［1］貝拉米，L.J.復雜分子的紅外光譜.黃維垣，聶崇實，譯.北京:科學出版社，1975.

［2］王宗明，何欣翔，孫殿卿.實用紅外光譜學.北京:石油工業(yè)出版社，1990.

［3］王敬尊，瞿慧生.復雜樣品的綜合分析——剖析技術(shù)概論.北京:化學工業(yè)出版社，2000.

中圖分類號：O6；G64

doi:10.3866/PKU.DXHX201504001

*通訊作者，Email:jzwang824@sina.com

How to lnterpret lnfrared（lR）Spectra

WANG Jing-Zun1，*WANG Ting2
（1Beijing Microchemistry Institute，Beijing 100091，P.R.China；2Bruker Optics China，Beijing 100081，P.R.China）

Abstract:The molecular structure information of functional group and chemical bond has been provided in IR spectra.In general，a chemical bond may present multiple IR peaks，and one peak may be a superimposed absorption from more than one chemical bonds.It is important to be able to interpret the characteristic peaks from the major functional groups in the compounds.

Key Words:Infrared（IR）spectra；Interpretation of molecular spectrum