聲明:文中轉自微信公眾平臺研究成理（ID：rationalscience），熱烈歡迎關心和傳播！
先簡單說明紅外基礎知識:
1. 什么是光譜儀技術？紅外屬于哪一類？
定量分析是一種根據化學物質的光譜儀來區分化學物質并澄清其有機化學成分、結構或相對成分的方法。根據分析的基本原理，光譜儀的技術關鍵分為吸收光譜儀、光譜分析和透射光譜儀；根據被測部位的形狀，光譜儀的技術關鍵包括原子光譜和分子光譜儀。紅外光譜儀屬于分子光譜儀，包括紅外傳輸和紅外吸收光譜儀，一般為紅外吸收光譜儀。
2. 紅外吸收光譜的基本概念是什么？
分子健身有四種:動量矩、旋轉、振動和電子器件健身運動，其中后三種是量子技術健身運動。分子來自較低的電子能級E1.吸收動能hv光量子可以遷移到更高的電子能級E2.健身運動的全過程達到能量守恒定律E2-E1=hv。電子能級之間的距離越小，分子吸收的光頻率越低，光波長越長。
紅外吸收光譜儀是由分子振動和旋轉變化引起的。構成離子鍵或官能團異構的分子處于持續振動（或旋轉）狀態，其振動頻率非常高于紅外光。因此，當使用紅外直射分子時，分子中的離子鍵或官能團異構可以產生振動吸收，不同的離子鍵或官能團異構吸收頻率不同，在紅外光譜儀的不同部位，然后得到離子鍵或官能團異構的信息內容。
紅外發射光譜本質上是一種統計分析方法，根據分子內原子之間的相對振動和分子旋轉來明確化學物質的分子結構和識別化學物質。
分子的純旋轉能譜儀發生在遠紅外區(25)~300 μm）。振動能專業級差遠大于旋轉能專業級差，分子振動能級躍遷吸收的光頻率較高，分子純振動能譜儀一般發生在中國紅外(2).5~25 μm）。（注：分子的電子器件能級躍遷所吸收的光在由此可見及其紫外光區，歸屬于紫外光由此可見吸收光譜儀的范圍）
特別是，只有當分子的偶極矩發生變化時，振動才具有紅外活力（注：如果分子的極化率發生變化，振動具有拉曼光譜活力）。
3. 分子關鍵振動類型
在中國紅外地區，分子中的基團有兩種關鍵的振動方式，即伸縮振動和彎曲振動。伸縮振動是指基團中的分子沿價格關鍵方向（對稱和阻力稱為兩種），彎曲振動是指垂直平價關鍵方向的健身運動（擺動、彎曲、液壓平臺等），如下圖所示。
4. 紅外光譜儀和紅外光譜圖的系統分區
紅外光譜儀通常分為近紅外區(0.75~2.5 μm)、中紅外區(2.5~25 μm)和遠紅外區(25)~300 μm)。一般來說，近紅外光譜儀是由分子內存超頻和合頻引起的；中紅外光譜儀屬于分子基頻振動光譜儀；遠紅外光譜屬于分子旋轉光譜儀和部分基團振動光譜儀。（注：由于大多數有機化合物和無機化合物的基頻吸收帶產生在中國紅外地區，因此中紅外光譜儀
紅外區是一個科究和應用較多的地區，材料積累較多，儀器設備技術更完善。紅外光譜儀通常指中紅外光譜儀)
根據吸收峰的來源，中紅外光譜圖(2.5~25 μm)大致分為特征頻率區(2).5~7.7 μm，即4000-1330 cm-1)及其指紋識別區(77).7~16.7μm,即1330-400 cm-1)兩個區域。特征頻率區域的吸收峰基本上是由基團的伸縮振動引起的。數量不多，但也有很強的特點。因此，它在基團評估中具有很大的使用價值，適用于評估官能團異構。例如，在酮、酸、酯或氟苯等物質中，其伸縮振動一直為5.9μm上下發生一個強吸收峰，如譜圖內5.9μm如果上下有強吸收峰，可以判斷分子中有基礎。
指紋識別區的情況不同。該區域高峰復雜，特征不強，主要由一些單鍵組成C-O、C-N和C-X(鹵素原子)等伸縮振動C-H、O-H等待過氧化物基團的彎曲振動及其C-C框架振動引起。當分子結構稍有不同時，該區域的吸收就會有輕微的差異。這種事情被稱為指紋識別區，因為每個人都有不同的指紋識別。指紋區對不同結構的化學物質非常有幫助。
下表顯示了一些特征基團的振動頻率。在接下來的幾集中，我們將整合案例進行實際共享。
5. 紅外光譜儀是定性研究還是定性分析？有什么用？
紅外吸收光譜儀適用于定性研究分子中的官能團異構，也可用于定性分析（應用較少，特別是多組分難以定性分析）。紅外光譜儀廣泛應用于固體、液體或，可檢測有機物、有機化學和聚合物化學物質。
一般來說，當對未知物質進行分析時，紅外可以獲得官能團異構信息內容，整合質譜分析、核磁共振、單晶體透射等方法，有利于確定物質結構（最常用）；在催化反應速度中，紅外，特別是原點紅外具有至關重要的作用，可用于清晰反映中間物質，反映金屬催化劑表面外來物種的吸收反應；根據特殊化學物質的吸收，如苯甲酰胺吸收紅外可檢測原料的酸類型和酸量，CO吸收的紅外可以根據其峰值狀態來區分原材料CO從而了解金屬催化劑中金屬材料分子是否以單分子的形式存在。
6. 紅外光譜儀的分析方法是什么？關鍵數據庫查詢是什么？
光譜儀的分析一般首先根據特征頻率明確關鍵官能團異構信息的內容。簡單的紅外發射光譜通常選擇比較分析方法來評價化學物質，即與國家標準物質進行比較和查看標準光譜，但該方法對試驗產品的需求較高，并取決于光譜圖圖庫的大小。如果在光譜圖庫中找不到一致的光譜，則可以通過人工解譜進行分析，這必須積累大量的紅外專業知識和工作經驗。大多數化學物質的紅外光譜圖都很復雜，即使是有工作經驗的權威專家也不能保證所有的分子結構信息內容都來自獨立的紅外光譜圖。如果分子結構信息的內容必須明確，則需要依靠其他材料分析和測試方法，如核磁共振、質譜分析、發射光譜等。
紅外譜圖數據庫主要包括：
Sadtler >>bio-rad.com/zh-cn/product/ir-spectral-databases
日本NIMC >>sdbs.db.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi
>>chemdb.sgst.cn/scdb/ ** in/irs_introduce.asp
ChemExper化工文件目錄CDD： >chemexper.com/
FTIRsearch： >ftirsearch.com/
NIST Chemistry WebBook： >webbook.nist.gov/chemistry
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1. 損害振動頻率的因素
在宣布討論特征基團的振動頻率之前，首先簡單掌握危害振動頻率的主要因素，這是確定特征基團的關鍵幫助。
危害紅外振動頻率的因素可分為內部因素和外部標準，其中外部標準關鍵是指物理狀態（氣體、液體、固體）、有機溶劑類型、測試溫度、測試設備等。內部因素主要是分子結構層面的危害，包括誘導效應、共軛效應、室內空間效應、氫鍵效應等。
誘導效應：當基團附近有不同的電負官能團時，由于誘導效應，分子中的電子云會發生變化，進而導致鍵力常數和基團吸收頻率的變化。
吸電子設備基礎提高了相鄰基團的吸收峰值，降低了相鄰基團的吸收峰值。吸電子設備的工作能力越強，上升越大，電子設備的工作能力越強，下降越明顯。
例舉：CH3CHO (1713),CH3COCH3 (1715),CH3COCl (1806).
Cl吸電子設備的工作能力>羥基>H，因而針對C=O就振動頻率而言，酰氯>酮>醛
注：1). 這種誘導效應的存在是為了區分C=O的所屬有很重要的實際意義，后邊還會繼續提及。
2). 誘導效應具有遞減率：誘導效應是一種靜電感應誘導效應，隨著間距的擴大而迅速減弱
共軛效應：由于原子間的相互影響，由于原子之間的相互影響而產生的π電子器件 (或p電子)一種電子效應遍布變化。共軛效應使共軛系統的電子云相對密度和鍵長平均化，烴基略有伸展，單鍵略有減少。
包括關鍵共軛系統π-π共軛和p-π共軛（σ-π超共軛等其他共軛方法的危害相對較小)。
基團與吸電子器件基共軛，振動頻率提高；基團與給電子器件基團共軛，振動頻率降低。
注：共軛效應沿共軛系統傳輸不受間距限制，可明顯危害基團的振動頻率。
例舉：CH3COCH3 (1715),CH3-CH=CH-COCH3 (1677),Ph-CO-Ph (1665).
C=O與烴基產生π-π碳氫化合物基是給電子設備基團的C=O當C=O與苯環產生共軛系統時，C=O的振動頻率降低得大量。
共價鍵：產生共價鍵（特別是分子內共價鍵）通常會使吸收頻率向低峰移動，提高吸收抗壓強度并增加。
2. 一般基團的特點振動頻率
紅外譜圖特殊區域的各種基團會產生匹配的吸收帶，其部分可能是固定的。基團的特征振動頻率一般可分為四個區域：
A. 4000-2500 cm-1為X-H的伸縮式振動區（O-H,N-H,C-H，S-H等）
B. 2500-2000 cm-1.三鍵和積累烴基伸縮振動區（C≡C,C≡N,C=C=C,N=C=S等）;
C. 2000-1550 cm-1.烴基伸縮振動區(主要是C=C和C=O等）；
D. 1550- 600 cm-關鍵是彎曲振動，C-C,C-O，C-N單鍵伸縮振動。
具體來說：
1. O-H (3650 ~ 3200 cm-1): 明確醇、酚、酸. 其中，隨機純酚振動頻率為3650-3600 cm-1(伯：3 ** 0，仲:3630，叔叔:3620，酚:3610. why? 考慮到誘發和共軛效應)，當有分子間共價鍵時，振動頻率向低峰移動，約3500-3200 cm-1. 3400 ~ 2500 cm-1（質子化）
2. N-H(3500-3100):胺和氟苯.
3. C-H (3300-2700 cm-1): C-H振動頻率交界線明顯，3000 cm-以上為不飽和脂肪C上的C-H，3000下列飽和狀態C上的C-H. 醛基C-H比較獨特，29000-2700 cm-1.
4. 伸縮振動吸收不飽和鍵：一個非常有價值的區域
三鍵和積累烴基：2500-2000 cm-1.
C=O雙鍵（1850-1630 cm-1)發生在許多化學物質中，根據誘導效應，可以看到明顯的區別:酸酐>酰氯>酮,酸>醛,酯>氟苯. (思考:如果是烯烴鹽，C=O應該在哪里？
C=C烴基中苯環具有共軛效應(1600-1450，一般為多峰)，其振動頻率一般比烷烴(1650-1 ** 0 cm-1）要低
注：紅外振動吸收峰的強度與鍵的極性有關，正負極越強，抗壓強度越大。C=O的峰一般比C=C烴基要大。
5. C-O伸縮振動(醇、酚、酸、酯、酸酐):1300-1000 cm-1
這種振動引起的吸收帶往往是該地區最強的峰值。
醇的C—O在1260~1000 cm-1；酚的C—O在1350~1200 cm-1；醚的C—O在1250~1100 cm-(1125 飽和1125 cm-1.芳香醚多接近1250 cm-1）。
6. C-H彎曲振動：
甲基：-CH3(1460,1380 cm-1),-CH2-(1465 cm-1),-CH-(1340 cm-1)
烷烴：1000-650 cm-1
對二甲苯：960-690 cm-(1)不同的官能團部分促C-H彎曲振動峰不同)
備注名稱：
1. 事實上，紅外譜分析中有許多小的關鍵點可以用來區分類似結構的化學物質細介紹會看起來尤其繁雜，這兒省去，有興趣的朋友們可以自主在文庫百度中找尋相關資料做好學習培訓。
2. 文中所采取的照片大多數來源于文庫百度，感激老前輩們的共享。
3. 當期關鍵詳細介紹的基團全是有機化學基團，有機物基團的有關特點峰將放進下一期。
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先前，大家曾對紅外光譜儀的基本概念及其特點官能團異構的振動頻率開展了詳細介紹，可是，具體內容全是緊緊圍繞有機化合物進行的。下面關鍵詳細介紹下一些普遍有機物官能團異構的紅外振動頻率，期待對我們有些協助。因為自己專業知識比較有限，短時間也難以將參考資料搜集得很完整，如有紕漏，懇請方家指正，多謝！
1. 為什么無機物不經常做紅外光譜？
多數情況下，人們主要采用紅外光譜來分析有機官能團，而采用紅外對無機物進行分析就要少得多了，很多教材上也沒有特別地討論無機物的紅外吸收。實際上，對于無機材料而言，采用XRD來定性分析要比紅外光譜更加直接，而一些細節的分析采用拉曼光譜要更方便一些，因為拉曼光譜可以測量的范圍更廣（4000-40 cm-1），而很多無機物，特別是氧化物的譜峰信息都是在800 cm-1以下的這個范圍。此外，拉曼制樣簡單，不受水等干擾，分辨率也高一些。
備注：這里只是相對目前的研究而言哈，實際上早期人們對于無機物的紅外譜圖也進行了大量的研究，這里推薦感興趣的朋友看看《無機和配位化合物的紅外和拉曼光譜》一書，作者：中本一雄（黃德如 汪仁慶譯）。書中從群論出發，對不同結構特征的無機化學物進行了非常全面的討論（從雙原子分子到四原子分子，八面體分子，X2Y10分子等）
2. 一般用紅外光譜來分析無機物中的什么信息？
紅外光譜是分子振動光譜，所以萬變不離其宗，紅外光譜測試無機物和有機物是一樣的，都是研究在振動中伴隨有偶極矩變化的基團。常見的所研究的無機物主要包括H2O, CO, 氧化物，無機鹽中的陰離子，配位化合物等。
對于無機鹽而言，陽離子類型不同會影響到其陰離子的振動頻率。例如，對于無水堿性氫氧化物而言，OH-的伸縮振動頻率都在3550—3720 cm-1范圍內。其中，KOH為3678 cm-1，NaOH在3637 cm-1, Mg(OH)2為3698 cm-1，Ca(OH)2為3 ** 4 cm-1。
在實際應用中，無機物的紅外光譜可以用來干什么呢？舉個簡單的離子，對于氧化物而言，其表面的結構羥基和許多應用都有密切關系（比如催化，生物醫用等）。而這些表面羥基采用XRD肯定是定不出來的，這個時候采用紅外進行表征就具有優勢了，特別是原位紅外，可以研究在不同溫度下表面羥基的變化情況，進而跟其性能聯系起來。
另外，紅外光譜和XRD相結合對于樣品的定性分析也是非常有幫助的，因為XRD并不是萬能的，有很多物質實際上是沒有標準譜圖的，而紅外譜圖能夠提供一些結構上的佐證，對于確定物質組成是很有幫助的。
3. 常見無機物中陰離子在紅外區的吸收頻率如下表所示：
有圖表的地方可以少說廢話，如果大家對于常見陰離子的峰位置有什么不確定的話，可以看看上面這個表。如果想了解得更加全面，或者想從群論等理論的角度進行了解，還是推薦大家看《無機和配位化合物的紅外和拉曼光譜》。
4. 磷，硫相關的紅外特征頻率范圍
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