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2019.8.20
之前，我们分享了
科研教程|SEM构成及制样要求（知识点汇集）
软件|CasaXPS安装包、安装教程、基本操作！
Origin教程|如何做一份XPS分峰图的美化
科研教程|不得不看的XPS知识归纳
今天，我们分享关于
FT-IR的一些知识总结
非全原创
FT-IR是什么？原理是什么？
FT-IR，全称傅里叶变换红外光谱仪。一定频率的红外线经过分子时，被分子中相同振动频率的键振动吸收，记录透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱，又称分子振动转动光谱。横坐标一般为吸收波长（μm）或吸收频率（波数/cm），
纵坐标常用百分透过率T%表示。从谱图中可得到的信息有：1）吸收峰位置；2）吸收峰强度，常用vs（very strong）s（strong）m（medium）w（ weak）vw（very weak）b（broad）sh（sharp）v（variable）表示；3）吸收峰的形状。
产生红外吸收的条件
(1)分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化。
对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性，如，N2、O2、Cl2等。
非对称分子：有偶极矩，红外活性。
(2)只有当照射分子的红外辐射的频率与分子某种振动方式的频率相同时，分子吸收能量后，从基态振动能级跃迁到较高能量的振动能级，从而在图谱上出现相应的吸收带。
FT-IR中分子的振动类型有什么？
伸缩振动：键长变动，包括：对称与非对称伸缩振动；弯曲振动：键角变动，包括剪式振动、平面摇摆、非平面摇摆、扭曲振动
FT-IR中峰数有没有计算方法？
含有n个原子的分子，自由度为：
线性分子3n-5个
非线性分子3n-6个
理论上每个自由度在红外中可产生1个吸收峰，实际上红外光谱中的峰数少于基本振动的自由度，原因有：1）振动过程中，伴随有偶极矩的振动才能产生吸收峰；2）频率相同的吸收峰，彼此之间发生减并重叠；3）强、宽峰覆盖相近的弱、窄峰；4）部分峰落在中红外区之外；5）吸收峰太弱，仪器检测不出来。
以二氧化碳的吸收峰为例：
实际只有2349和667两个吸收峰。
影响FT-IR中峰位的因素有哪些？
诱导效应使振动频率向高波数移动；共轭效应使振动频率向低波数移动；氢键效应使伸缩频率降低，分子内氢键对峰位影响大且不受浓度影响，分子间氢键受浓度影响较大，浓度稀释，吸收峰位置发生改变；碳原子杂化轨道中s成分增加，键能增加，伸缩振动频率增加；溶剂极性增加，则极性基团的伸缩振动频率减小。
谱带的位置所在，可作为指示一定基团存在的依据。某一基团的特征频率又取决于原子的质量、化学键的力学常数以及原子的几何排布。原子质量越小，伸缩振动的频率越高；反之，伸缩振动频率越低。如：
对于C-C, C=C、C≡C键，原子质量虽然相同，但化学键强度不同。化学键越强，其力常数越大，振动能级间距越大，分子从基态跃迁到第一激发态所需能量越大，振动频率越高，吸收峰往高波数递增。
化学键强度：C-C＜C=C＜C≡C
力 常 数：kC-C＜kC=C＜kC≡C
吸收峰位置：1000 1640~
1660 2000~2300
FT-IR的区域如何划分？
1.近红外区（泛频区13158~4000cm-1）：
-OH，-NH，-CH的特征吸收区（组成及定量分析）
2.中红外区（基本振动区4000~400cm-1）：
绝大多数有机和无机化合物的化学键振动基频区，分子中原子的振动及分子转动，化合物鉴定的重要区域。大量的实验证明，许多的基团和化学键其频率对应关系在4000~1300cm-1区域能明确体现出来，此区域称为基团特征频率区。
3.远红外区（转动区400~10cm-1）：
金属有机化合物的键振动，分子转动、晶格振动
FT-IR中应熟记的值有哪些？
1.烷烃：C-H伸缩振动(3000-2850cm-1)C-H弯曲振动(1465-1340cm-1) 一般饱和烃C-H伸缩均在3000cm-1以下，接近3000cm-1的频率吸收。
2.烯烃：烯烃C-H伸缩(3100~3010cm-1)，C=C伸缩(1675~1640 cm-1)，烯烃C-H面外弯曲振动(1000~675cm-1)。
3.炔烃：炔烃C-H伸缩振动(3300cm-1附近)，三键伸缩振动(2250~2100cm-1)。
4.芳烃：芳环上C-H伸缩振动3100~3000cm-1, C=C 骨架振动1600~1450cm-1, C-H面外弯曲振动880~680cm-1。
芳烃重要特征：在1600，1580，
1500和
1450cm-1可能出现强度不等的4个峰。C-H面外弯曲振动吸收880~680cm-1，依苯环上取代基个数和位置不同而发生变化，在芳香化合物红外谱图分析中，常用判别异构体。
5.醇和酚：主要特征吸收是O-H和C-O的伸缩振动吸收， 自由羟基O-H的伸缩振动：3650~3600cm-1,为尖锐的吸收峰， 分子间氢键O-H伸缩振动：3500~3200cm-1，为宽的吸收峰; C-O 伸缩振动：1300~1000cm-1,O-H 面外弯曲：769-659cm-1
6.醚特征吸收：1300~1000cm-1 的伸缩振动， 脂肪醚：1
150~1060cm-1 一个强的吸收峰 芳香醚：1270~1230cm-1(为Ar-O伸缩)，1050~1000cm-1(为R-O伸缩)
7.醛和酮：醛的特征吸收：1750~
1700cm-1(C=O伸缩)，2820，2720cm-1(醛基C-H伸缩) 脂肪酮：
1715cm-1，强的C=O伸缩振动吸收，如果羰基与烯键或芳环共轭会使吸收频率降低
8.羧酸：羧酸二聚体：3300~2500cm-1 宽而强的O-H伸缩吸收 1720~1706cm-1 C=O伸缩吸收
1320~1210cm-1 C-O伸缩吸收 ， 920cm-1 成键的O-H键的面外弯曲振动
9.酯：饱和脂肪酸酯(除甲酸酯外)的C=O 吸收谱带：1750~1
735cm-1区域 饱和酯C-O谱带：1210~1163cm-1 区域为强吸收
10.胺：N-H 伸缩振动吸收3500~3100 cm-1;C-N 伸缩振动吸收1350~1000 cm-1; N-H变形振动相当于CH2的剪式振动吸收：1
640~
1560cm-1;面外弯曲振动吸收900~650cm-1.
11.腈：三键伸缩振动区域，有弱到中等的吸收 脂肪族腈 2260-2240cm-1 芳香族腈 2240-2222cm-112.酰胺：3500-3100cm-1 N-H伸缩振动，1680-1630cm-1 C=O 伸缩振动，1655-1590cm-1 N-H弯曲振动，
1420-
1400cm-1 C-N伸缩
FT-IR解析的一般步骤是什么？
1. 检查光谱图是否符合要求；
2.了解样品来源、样品的理化性质、其他分析的数据、样品重结晶溶剂及纯度；
3.排除可能的“假谱带”；
4. 若可以根据其他分析数据写出分子式，则应先算出分子的不饱和度U
∪=（2 2n4 n3–n1）/2
n4，n3，n1分别为分子中四价，三价，一价元素数目；
5.确定分子所含基团及化学键的类型（官能团区4000-1330和指纹区
1330-650cm-1）
6.结合其他分析数据，确定化合物的结构单元，推出可能的结构式;
7.已知化合物分子结构的验证;
8.标准图谱对照;
9. 计算机谱图库检索。 FT-IR解析实例
下图是分子式为C9H7NO的有机物的红外吸收光谱，确定其分子式。
不饱和度U=(2 2*9 1-7)/2=7→可能含苯环
FT-IR应用案例
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