Ibrahimovic fick det gula kortet efter en rörig situation i det spanska straffområdet i den tredje tilläggsminuten.
Tv-bilderna visade hur han med full kraft sätter vänster arm och armbåge i ryggen på Azpilicueta.
Få uppfattade att den tyske domaren Felix Brych gav den svenske anfallsstjärnan hans andra varning i kvalet.
Men ett gult kort registrerades på flera fotbollssajter och resultatsajter samt på Uefas hemsida – och TT:s bild bekräftar att varningen delades ut.
– Jag såg inget gult kort, sade Albin Ekdal på presskonferensen.
Även Krafth avstängd
Presschefen Jakob Kakembo Andersson sade till flera svenska medier att han var rätt säker på att Ibrahimovic hade fått en varning i matchens absoluta slutskede.
Landslagschefen Stefan Pettersson bekräftade kort senare för Aftonbladet att så verkligen var fallet.
Det innebär att landslaget får klara sig utan både Ibrahimovic och Emil Krafth, även han fick sin andra varning, i den första playoff-matchen i mars.
Sverige måste vinna den för att nå finalmatchen om en plats i VM-slutspelet.
Álvaro Morata släckte det svenska hoppet om ett direktavancemang till VM i Qatar 2022 när han tryckte in 1–0 till Spanien i den 86:e minuten.
Morata om Ibrahimovics överfall på Azpilicueta:
– Jag vet inte, Ibra är en av de starkaste i världen. Ibland kan det hända med ben och armar. Det är fotboll, en kontaktsport. Jag vet att han är en bra man. Jag tog en bild med honom och mina barn en gång. Han behandlade mig bra.
"Vi gör en bra match"
Zlatan Ibrahimovic var annars nöjd med lagets insats.
– Vi gör en bra match och har bra chanser. Bättre chanser än de. Det är synd att vi förlorar, sade han till C More.
– Så är det med fotboll. Framför allt när man möter sådana här nationer, en chans är ett mål. Det är okej, vi lär oss av det.
Ibrahimovic har missat de senaste landslagssamlingarna till följd av en hälseneskada, och comebacken resulterade i två tunga kvalförluster.
Han tyckte ändå att det varit positiva veckor.
– Det är bara matcherna som varit negativt, det är synd. Men själv känns det bra, väldigt bra, sade Ibrahimovic.
Nu väntar en lång paus från landslaget innan playoffet avgörs i mars. Riktigt så långt fram kan Milanstjärnan inte blicka just nu.
– Vi får väl se vem vi får i playoff, men det är långt fram. Jag vet inte ens om jag lever vid playoff, sade han.
Lever gör han förhoppningsvis, men spelar gör han inte, i alla fall inte i semifinalen mot ännu okänt motstånd.
Förbundskapten Janne Andersson hoppas att den 40-årige anfallaren finns med när det är dags för en eventuell final i playoff.
– Är han hel och frisk kan han tillföra mycket i det här laget. Jag har jättegärna med Zlatan. Jag hoppas att han lever.