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91８．赤外分光分析法

92 ８．赤外分光分析法

８. 赤外分光分析法（infrared spectrometry）

[１] 赤外吸収

振動エネルギー

波数，ｃｍ－1 (Kayser)

図１. 伸縮振動と変角振動

［問１］水分子の対称伸縮振動による赤外吸収は２.７４μｍに，非対称伸縮振動は２.６６μｍに，変角

振動（はさみ，scissoring）は６.２７μｍにみられる。それぞれを波数で表せ。

双極子能率（dipole moment）

［問２］二酸化炭素の振動は４種類ある。その内の２種類（ｃ，ｄ）は，同じ様式の振動（縮重している）で

ある。赤外を吸収できる振動か否かを判定せよ。

Ｏ

ＨＨ変角

Ｏ

ＨＨ

Ｏ

ＨＨ

対称伸縮振動νs非対称伸縮振動νa

はさみ振動δ

Ｏ

Ｈ

Ｏ

ＨＨ

Ｏ

ＨＨ

Ｏ

ＨＨ

Ｏ

ＨＨ

Ｏ

ＨＨ

Ｈ

ＯＯＣ

対称伸縮振動νs 非対称伸縮振動νa

＋＋

(ａ) (ｂ) (ｃ) (ｄ)はさみ振動δはさみ振動δ

ＯＯＣ

ＯＯＣ

ＯＯＣ

ＯＯＣ

ＯＯＣ

ＯＯＣ

ＯＯＣ

ＯＯＣ

ＯＯＣ

ＯＯＣ

ＯＯＣ－－

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[２] メチレンの振動

図２. メチレンの伸縮振動と変角振動

[３] 吸収帯

rotation energy level

倍音（overtone），結合音（combination tone）

測定領域外，weak absorption，縮重，近接，双極子能率

［問３］伸縮振動の赤外吸収波数は，一重結合，二重結合，三重結合の順に，

Ｃ－Ｃ，Ｃ－Ｏ，Ｃ－Ｎ１３００～８００ｃｍ-1

Ｃ＝Ｃ，Ｃ＝Ｏ，Ｃ＝Ｎ，Ｎ＝Ｏ１９００～１５００ｃｍ-1

Ｃ≡Ｃ，Ｃ≡Ｎ２３００～２０００ｃｍ-1

である。また，同じ一重結合でも，水素を含む場合は大きく違っていて，

Ｃ－Ｈ，Ｏ－Ｈ，Ｎ－Ｈ３８００～２７００ｃｍ-1

である。

（ａ）赤外線の振動数は波数と比例関係にあることを示せ。

（ｂ）２つの物体がバネで結ばれていて，そのバネはフックの法則が成り立つものとする。この２つの物体が

振動するとき，その振動数が，バネの強さや２つの物体の質量によってあらわされることを示せ。

（ｃ）原子間の結合がバネであると仮定すると，一重結合，二重結合，三重結合では，そのバネの強さはどち

らが強いといえるか。

（ｄ）原子間の結合がバネであるとしたとき，一重結合，二重結合，三重結合のバネの強さの大小から，一重

結合，二重結合，三重結合での原子間の振動数の大小を記せ。

（ｅ）原子間の結合がバネであるとしたときの振動数が，赤外吸収波数と比例の関係があると仮定する。この

仮定の下で，一重結合，二重結合，三重結合の違いと赤外吸収波数の関係を明らかにせよ。

（ｆ）同様の仮定の下で，Ｃ－Ｃ赤外吸収波数とＣ－Ｈ赤外吸収波数との関係を明らかにせよ。

８．赤外分光分析法

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[４] 装置

図３. 赤外分光分析装置の概要

[５] 光源

図４. Nernst filament



[６] 試料

フィルム法，液膜（neat，Nujol）法，気体法，錠剤（ＫＢｒ）法

潮解性

図５. 液体セル

図６. 気体セル

図７. 錠剤成型器

[７] 分光器

プリズム，ＮａＣｌ（２～１５μｍ），ＫＢｒ（１０～２４μｍ），ＣｓＩ（２０～４０μｍ）

回折格子

スペーサー

岩塩板

試料(Nujol溶液,Neat)

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[８] 検出器

図８. ボロメーター検出器

図９. 熱電対検出器

図１０.ゴーレイ検出器

サーミスター

導線受光面

岩塩窓

赤外線

受光面

岩塩窓

熱電対

合金Ⅱ

合金Ⅰ 赤外線


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[９] 赤外スペクトル

部分構造（原子数個分の構造）

図１１. ポリスチレン膜の赤外吸収スペクトル

図１２. ｎｕｊｏｌ（溶媒）の赤外吸収スペクトル

図１３. 大気中の水分の赤外吸収スペクトル


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[１０] 赤外特性吸収帯

図１４. グループの特性吸収帯（その１）

4000 3000 2500 2000 1500

3000-2800(νＣ－Ｈ

－ＣＨ) ①①①①

3100-3000(νＣ－Ｈ

＝ＣＨ) ③③③③

3300(νＣ－Ｈ

≡ＣＨ) ⑧⑧⑧⑧ 2260-2100(νＣ≡Ｃ

Ｃ≡Ｃ) ⑨⑨⑨⑨

3640-3610(νＯ－Ｈ遊離ＯＨ)

3600-3500(νＯ－Ｈ

－ＯＨ･･･ＯＨ) ⑩⑩⑩⑩

3200-2500(νＯ－Ｈ

－ＯＨ･･･Ｏ＝Ｃ)

3400-3200(νＯ－Ｈ

polymeric－ＯＨ)

2850-2780(νＣ－Ｈ

－Ｏ－ＣＨ3,メチレンジオキシ)

3500-3300(νＮ－Ｈ

－ＮＨ2,－ＮＨ－,Ｃ＝ＮＨ－)

2800-2700(νＣ－Ｈ

Ｎ－ＣＨ3)

3000-2250(νＮ+－Ｈ

アンモニウム塩)

2500-2300(νＮ+－Ｈ

Ｃ＝Ｎ+－Ｈ)

2820,2720(νＣ－Ｈ

倍音,結合音－ＣＨＯ) ⑮⑮⑮⑮

1650-1500(νＮＯ

2非対称－ＮＯ

2)

4000 3000 2500 2000 1500

1670-1600(νＣ＝Ｃ

Ｃ＝Ｃ) ④④④④

2000-1660(倍音･結合音，芳香族)

1600-1450(νＣ＝Ｃ

芳香族) ⑥⑥⑥⑥

1640-1560(δＮ－Ｈ

－ＮＨ2)

1600-1500(δＮ+－Ｈ

アンモニウム塩)

1690-1640(νＣ＝Ｎ

Ｃ＝Ｎ,Ｃ＝Ｎ+Ｈ)

1680-1600(νＣ＝Ｎ

δＮ+－Ｈ

グアニジウム塩)

1680-1480(νＮ＝Ｏ

－ＮＯ)

1950-1600(νＣ＝Ｏ

各種カルボニル化合物) ⑭⑭⑭⑭

2200-1800(νＮ+－Ｈ

Ｃ＝Ｎ+－Ｈ)

3100-3000(νＣ－Ｈ

＝ＣＨ，芳香族) ⑤⑤⑤⑤

①①①①：：：：飽飽飽飽和和和和 ②②②②：：：：飽飽飽飽和和和和枝枝枝枝分分分分かかかかれれれれ ③③③③④④④④：：：：二二二二重重重重結結結結合合合合 ⑤⑤⑤⑤⑥⑥⑥⑥⑦⑦⑦⑦：：：：芳芳芳芳香香香香族族族族 ⑧⑧⑧⑧⑨⑨⑨⑨：：：：三三三三重重重重結結結結合合合合

⑩⑩⑩⑩：：：：水水水水酸酸酸酸基基基基

⑮⑮⑮⑮：：：：アアアアルルルルデデデデヒヒヒヒドドドドののののカカカカルルルルボボボボニニニニルルルル基基基基

⑭⑭⑭⑭：：：：カカカカルルルルボボボボニニニニルルルル基基基基


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指紋領域(finger-print region)

図１４. グループの特性吸収帯（その２）

1500 1000 650

1470-1400(δＣＨ

3－ＣＨ

2,－ＣＨ

3,－ＣＨ

2ＣＯ) 725-720(横揺れ－(ＣＨ

2)n－；n≧４)

1255-1145(骨格：枝分かれＣＨ3)

1380-1355(δＣＨ

3ＣＨ

3,枝分かれＣＨ

3,－ＣＯＣＨ

3)

1000-670(δＣ－Ｈ

面外＝ＣＨ)

1420-1400(δＣ－Ｈ

面内＝ＣＨ)

900-690(δＣ－Ｈ

面外芳香族ＣＨ) ⑦⑦⑦⑦

1500-1250(はさみＯ－Ｈ

アルコール,弱い)

1200-1000(νＣ－Ｏ

アルコール,フェノール)

1200-1040(νＣ－Ｏ－Ｃ

飽和エーテル,ケタール,アセタール) ⑪⑪⑪⑪

1075-1020(ν＝Ｃ－Ｏ－Ｃ

対称伸縮ビニルエーテル,芳香族エーテル) ⑫⑫⑫⑫

950-650(δＮ－Ｈ

－ＮＨ2)

1230-1030(νＣ－Ｎ

脂肪族アミン)

1360-1180(νＣ－Ｎ

芳香族アミン)

1300-1050(ケトン,エステル)

1370-1250(νＮＯ2,対称：－ＮＯ

2)

970-950(νＮ－Ｏ：脂肪族Ｎオキシド)

1500 1000 650

1300-1200(νＮ－Ｏ：芳香族Ｎオキシド)

1275-1200(ν＝Ｃ－Ｏ－Ｃ

非対称伸縮ビニルエーテル,芳香族エーテル) ⑬⑬⑬⑬

1385,1375(δＣＨ

3-プロピル(等しい２本), -ブチル(1375が２倍)) ②②②②

⑫⑫⑫⑫⑬⑬⑬⑬：：：：不不不不飽飽飽飽和和和和エエエエーーーーテテテテルルルル結結結結合合合合

⑪⑪⑪⑪：：：：飽飽飽飽和和和和エエエエーーーーテテテテルルルル


100

表１. 赤外吸収帯

(i) 脂肪族飽和炭化水素の特性吸収

(ii) 脂肪族不飽和炭化水素の特性吸収



(iii) 芳香族炭化水素の特性吸収

(iv) その他の炭化水素の特性吸収

(v) アルコールおよびフェノールの特性吸収

102

(vi) アルデヒドの特性吸収

(vii) ケトンの特性吸収



(viii) カルボン酸の特性吸収

(ix) エステルおよびラクトンの特性吸収

104

(x) エーテルおよびパーオキシドの特性吸収

(xi) その他の含酸素化合物の特性吸収

(xii) アミンおよびイミンの特性吸収


105

(xiii) アミドの特性吸収

(xiv) アミノ酸，その塩酸塩，およびアミド酸の特性吸収


106

(xv) 不飽和窒素化合物の特性吸収

(xvi) 複素芳香族化合物の特性吸収

(xvii) ニトロおよびニトロソ化合物の特性吸収


107

(xviii) その他の含窒素化合物の特性吸収

(xix) 有機リン化合物の特性吸収


108

(xx) 有機イオウ化合物の特性吸収

(xxi) ハロゲン化合物の特性吸収

(xxii) 有機ケイ素化合物の特性吸収


109

表２. ベンゼン置換体の面外変角振動

図１５. ベンゼン置換体の面外変角振動



［問４］以下に示すＩＲスペクトルのなかの「↑↑↑↑」で示されている吸収を、図１４に示されている典型的な

赤外吸収である①～⑮をもとにして、帰属（assignment）せよ。


［問５］Ｃ６Ｈ１２の赤外吸収スペクトルである。分子構造を決めよ。

（注：解答は http://www.geocities.jp/n1625toshi/txt/iac/IR.html ）

［問６］Ｃ６Ｈ６の赤外吸収スペクトルである。分子構造を決めよ。



［問７］Ｃ７Ｈ８の赤外吸収スペクトルである。分子構造を決めよ。


［問８］Ｃ８Ｈ１０の赤外吸収スペクトルである。分子構造を決めよ。



［問９］Ｃ２Ｈ６Ｏの赤外吸収スペクトルである。分子構造を決めよ。


［問１０］Ｃ４Ｈ８Ｏの赤外吸収スペクトルである。分子構造を決めよ。



［問１１］Ｃ６Ｈ１０Ｏの赤外吸収スペクトルである。分子構造を決めよ。


［問１２］Ｃ４Ｈ１０Ｏの赤外吸収スペクトルである。分子構造を決めよ。



［問１３］Ｃ７Ｈ６Ｏの赤外吸収スペクトルである。分子構造を決めよ。


［問１４］Ｃ９Ｈ１２Ｏの赤外吸収スペクトルである。分子構造を決めよ。



［問１５］Ｃ８Ｈ８Ｏの赤外吸収スペクトルである。分子構造を決めよ。


［問１６］Ｃ７Ｈ８Ｏの赤外吸収スペクトルである。分子構造を決めよ。



［問１７］Ｃ６Ｈ１０の赤外吸収スペクトルである。分子構造を決めよ。


［問１８］Ｃ７Ｈ６Ｏ２の赤外吸収スペクトルである。分子構造を決めよ。



［問１９］Ｃ４Ｈ６Ｏの赤外吸収スペクトルである。分子構造を決めよ。


［問２０］Ｃ３Ｈ６Ｏ２の赤外吸収スペクトルである。分子構造を決めよ。



［問２１］Ｃ６Ｈ１２Ｏ２の赤外吸収スペクトルである。分子構造を決めよ。


［問２２］Ｃ３Ｈ６Ｏの赤外吸収スペクトルである。分子構造を決めよ。



［問２３］Ｃ６Ｈ１２Ｏ２の赤外吸収スペクトルである。分子構造を決めよ。


［問２４］3-buten-2-oneの赤外吸収スペクトルである。四塩化炭素を溶媒とした時（上側）と，そのまま

を液膜とした時（下側）である。３５００ｃｍ－１付近の吸収に，大きな違いが見られる。

（ａ）下側スペクトルの３５００ｃｍ－１付近での幅広い吸収から推定される部分構造を記せ。

（ｂ）上側スペクトルではほとんど見られない３５００ｃｍ－１付近の吸収が，下側スペクトルでは明瞭に観

察される。化合物の構造変化の観点から，この違いを説明せよ。


[１１] 参考図書

(１)Ｅ．プレシュ他（中西香爾他）「有機化合物スペクトルデータ集」講談社サイエンティフィク，

１９８２

(２)Ｄ.Ｊ.Ｐａｓｔｏ，Ｃ.Ｒ.Ｊｏｈｎｓｏｎ（平田義正他）「有機化合物の構造決定法」東京化学同人，

１９８０，ｐ１０３

(３)田中誠之，飯田芳男「機器分析」裳華房，１９７９，ｐ６６

(４)Ｊ.Ｗ.ロビンソン（氏平祐輔）「機器分析－基礎と応用－」講談社，１９７８，ｐ１３７

(５)武内次夫編「工業分析化学下巻」学術図書，１９７７，ｐ３３７

(６)中西香爾「赤外線吸収スペクトル－定性と演習－」南江堂，１９６９

(７)有機化合物のスペクトルデータベース SDBS（http://www.aist.go.jp/RIODB/SDBS/），独立行政法人産業技

術総合研究所

[１２] 総合問題

［問２５］* 以下の設問に答えよ。

（１）水および二酸化炭素の基準振動はそれぞれいくつあるか。

（２）二酸化炭素のすべての基準振動モードを図示せよ。

（３）上記基準振動モードのそれぞれについて，赤外吸収およびラマン散乱に対する活性の有無を示し，その

理由を述べよ。

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