红外光谱解析实战：OH、NH、CH基团快速识别与OMNIC软件应用

本文华算科技讲解了红外光谱中 OH、NH、CH 三类基团的快速识别技巧。

OMNIC 是经典红外光谱处理软件，对于文中提到的“基线漂移”、“吸收率/透过率转换”以及“峰位标注”，OMNIC 都能一键完成。

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什么是红外光谱？

 

红外光谱的本质是“分子振动能级的跃迁”，当红外光照射样品时，分子吸收特定频率的红外光，引发振动能级跃迁，形成特征红外吸收峰。基团的红外吸收频率/峰位由化学键的力常数与振动原子质量决定，这是基团特征峰的核心成因。

DOI：10.1021/acs.analchem.1c02392。

分子中化学键的振动可近似为“简谐振动”，其吸收频率（ν）遵循胡克定律推导的公式：

其中，各参数意义：c为真空中的光速，3×10¹⁰cm/s；因此频率常用波数σ=1/λ=ν/c，单位cm^-1表示，公式可转化为σ = (1/(2πc))×√(k/μ)；k为化学键的力常数（N/cm），化学键越强，k值越大，吸收波数越高；μ为振动原子的约化质量（μ= m₁ m₂/(m₁+m₂)，m为原子质量），原子质量越小，μ值越小，吸收波数越高。

OH、NH、CH的红外吸收峰位差异，本质是化学键力常数与原子质量的差异。H原子质量最小，三类基团的吸收峰均位于中红外区的高波数段，但因O、N、C的原子量及化学键力常数不同，峰位呈现规律性差异。

DOI：10.1021/acscatal.3c00714。

三类基团的红外吸收主要源于“伸缩振动”，化学键沿键轴方向的伸长与缩短；“弯曲振动”，化学键键角的变化；其中伸缩振动的吸收峰强度高、峰位特征性强，是基团识别的核心依据。

伸缩振动（ν）：波数较高，2800~3700 cm^-1，峰形尖锐或宽缓，特征性强；弯曲振动（δ）：波数较低，1300~1500 cm^-1，可作为辅助识别依据，如CH的弯曲振动峰。

DOI：10.1021/acscatal.5c06324。

如何识别OH、NH、CH？

 

OH基团的红外吸收核心是O-H伸缩振动ν_O-H，峰位主要集中在3200~3700 cm^-1，峰形与浓度、氢键作用密切相关，不同类型羟基，如醇、酚、羧酸的特征不同。

（1）核心特征

峰位范围：游离OH，无氢键3600~3700 cm^-1，缔合OH，有氢键3200~3400 cm^-1；

峰形特征：游离OH为尖锐强峰，缔合OH为宽缓强峰，氢键作用使振动能级展宽；

浓度依赖性：浓度升高，缔合程度增强，宽峰强度增加，游离峰强度减弱甚至消失。

DOI：10.1021/acsaom.5c00281。

（2）不同羟基的区分

NH基团分为氨基，-NH₂，两个H原子，和亚氨基，-NH-，一个H原子，其N-H伸缩振动ν_N-H峰位集中在3300~3500 cm^-1，核心特征是双峰/氨基或单峰/亚氨基，且峰形比缔合OH峰尖锐。

（1）核心特征

峰位范围：3300~3500 cm^-1，无游离/缔合态的显著波数差异，氢键作用弱于OH；

峰形特征：-NH₂有两个强吸收峰，对称伸缩ν_s-NH₂和反对称伸缩ν_as-NH₂，峰间距约150 cm^-1，-NH-仅有一个弱吸收峰；

浓度依赖性：浓度升高，峰强度增加，但峰形仍保持尖锐，无明显宽化。

（2）典型案例

伯胺：3300 cm^-1/ν_s-NH₂和3400 cm^-1/ν_as-NH₂处出现两个尖锐强峰，伴随N-H弯曲振动峰1550~1650 cm^-1；

仲胺：3350 cm^-1处出现一个尖锐峰，无双峰特征；

叔胺，无NH基团：该区间无吸收峰，可快速区分。

DOI：10.1021/acs.jpca.5c01812。

CH基团的C-H伸缩振动ν_C-H峰位集中在2800~3000 cm^-1，是红外光谱中最稳定的特征峰之一，峰形尖锐，根据取代基类型，如饱和/不饱和以及基团结构，如甲基、亚甲基可进一步区分。

（1）核心特征

峰位范围：饱和CH，甲基-CH₃、亚甲基-CH₂–，2800~2960 cm^-1；不饱和CH，芳环-CH、双键=CH₂，3000~3100 cm^-1；3000 cm^-1是饱和与不饱和CH的分界线。

峰形特征：尖锐强峰，无宽化现象。峰强与数量：CH基团数量越多，峰强度越高，甲基与亚甲基的伸缩振动峰可能会叠加。

DOI：10.1021/ja804213s。

（2）不同CH基团的区分

如何排除干扰与解析图谱？

 

水的干扰：水的O-H伸缩振动峰，3200~3600 cm^-1宽峰，与缔合OH、NH峰重叠，测试前需干燥样品，如真空干燥、用无水溶剂溶解，测试环境需除湿；

CO₂的干扰：CO₂的C=O伸缩峰，2349 cm^-1，靠近CH吸收区，测试时需用氮气吹扫样品室，避免空气残留；

峰重叠干扰：羧酸OH的宽峰，3000~3300 cm^-1，会掩盖CH峰，可通过辅助峰C=O确认羧酸存在，再结合2800~2960 cm^-1的微弱峰推断CH基团。

DOI：10.1021/acs.jpca.3c05417。

1）锁定特征区间，重点观察2800~3700 cm^-1区间，判断是否存在三类基团的吸收峰；

2）初步分类判断，根据峰形宽缓/尖锐、峰数量区分：宽峰→OH；尖锐双峰→NH₂；尖锐多峰，2800~2960 cm^-1→CH；

3）辅助峰验证，结合辅助峰确认基团类型，如OH搭配C-O，NH搭配N-H弯曲，CH搭配1370 cm^-1甲基峰；

4）干扰排除，排除水、CO₂的干扰峰，若峰形异常宽缓且无对应辅助峰，需考虑杂质影响，重新测试干燥样品；

5）综合推断，结合样品的制备工艺、其他表征，如核磁共振、元素分析，验证基团识别结果的合理性。

DOI：10.1021/jz500241m。

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