紅外光譜原理及使用PPT

1、by by 吳瑛吳瑛1主講人：吳瑛2008-11-4made by wuying基本原理基本原理實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分IRIRAB期末考試期末考試D上機(jī)操作上機(jī)操作C地點(diǎn)：物化所地點(diǎn)：物化所224樣品制備樣品制備考核考核軟件操作軟件操作紅外光譜儀紅外光譜儀工作原理工作原理紅外光譜原理紅外光譜原理made by wuying前前 言言紅外吸收光譜法紅外吸收光譜法是鑒別物質(zhì)和分析是鑒別物質(zhì)和分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)的有效手段。已被廣泛用于各物質(zhì)結(jié)構(gòu)的有效手段。已被廣泛用于各種物質(zhì)的種物質(zhì)的定性鑒別定性鑒別和和定量分析定量分析，并用于，并用于研究研究分子間內(nèi)部的相互作用分子間內(nèi)部的相互作用。1 1、解決的問題、解決的

2、問題made by wuying2、發(fā)展歷史、發(fā)展歷史第第一一代：代： 棱鏡式色散型棱鏡式色散型紅外光譜儀。它對(duì)紅外光譜儀。它對(duì)溫度、濕度敏感，對(duì)環(huán)境要求苛刻。溫度、濕度敏感，對(duì)環(huán)境要求苛刻。第第二二代：代： 60年代年代光柵型色散式光柵型色散式紅外光譜儀。紅外光譜儀。這是由于光柵的刻制和復(fù)制技術(shù)的發(fā)展，出這是由于光柵的刻制和復(fù)制技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了光柵代替棱鏡。提高了儀器的分辨率，現(xiàn)了光柵代替棱鏡。提高了儀器的分辨率，展寬了測量波段，降低了環(huán)境要求。展寬了測量波段，降低了環(huán)境要求。made by wuying第第三三代：代：干涉型干涉型紅外光譜儀。工作原理和紅外光譜儀。工作原理和色散型完全不同

3、，它具有寬的測量范圍，色散型完全不同，它具有寬的測量范圍，高測量精度和極高的分辨率以及極快的測高測量精度和極高的分辨率以及極快的測量速度。此類的代表是量速度。此類的代表是FTIR（Fourier Transform Infrared Spectroscopy）。第第四四代：代：激光激光紅外光譜。能量高，單色性紅外光譜。能量高，單色性好，具有極高的靈敏度，可調(diào)激光既作為好，具有極高的靈敏度，可調(diào)激光既作為光源又省去了分光部件，此類儀器將成為光源又省去了分光部件，此類儀器將成為今后研究的重要方向。今后研究的重要方向。made by wuying3、FTIR的核心的核心 是是邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干

4、涉儀。是由邁克爾遜。是由邁克爾遜（Michelson）制成的，它可精確地控制制成的，它可精確地控制兩相干光的光程差，他推斷，從干涉儀測兩相干光的光程差，他推斷，從干涉儀測量的干涉條紋中，可能導(dǎo)出某些光譜信息。量的干涉條紋中，可能導(dǎo)出某些光譜信息。made by wuying4 4、適用范圍、適用范圍 高分子，石油工業(yè)，地學(xué)，農(nóng)業(yè)，食品，高分子，石油工業(yè)，地學(xué)，農(nóng)業(yè)，食品，生物學(xué)，生物化學(xué)，醫(yī)學(xué)，無機(jī)和配位化學(xué)，生物學(xué)，生物化學(xué)，醫(yī)學(xué)，無機(jī)和配位化學(xué)，半導(dǎo)體材料，法庭科學(xué)，環(huán)境科學(xué)，氣象科半導(dǎo)體材料，法庭科學(xué)，環(huán)境科學(xué)，氣象科學(xué)，染織工業(yè)學(xué)，染織工業(yè) ，日用化工，原子能科學(xué)，日用化工，原子能科學(xué)

5、，質(zhì)量監(jiān)控，工業(yè)生產(chǎn)等方面。質(zhì)量監(jiān)控，工業(yè)生產(chǎn)等方面。made by wuying紅外光譜的紅外光譜的基本理論基本理論made by wuyingmade by wuyingm1. 1. 紅外輻射紅外輻射是波長接近于可見是波長接近于可見光但能量比可見光低的電磁輻射，所以光但能量比可見光低的電磁輻射，所以它的名稱就是因?yàn)槠淠芰康陀诳梢姽鈪^(qū)它的名稱就是因?yàn)槠淠芰康陀诳梢姽鈪^(qū)的紅外光而取的。的紅外光而取的。2. 紅外光的波長紅外光的波長0.7500made by wuying用用波數(shù)波數(shù)代表（而不用波長或頻率）。代表（而不用波長或頻率）。當(dāng)用當(dāng)用 作為波長單位時(shí)，波數(shù)定義為波長作為波長單位時(shí)，波數(shù)定

6、義為波長的倒數(shù)。的倒數(shù)。 即即 ( ) = =如如 = =2.8 的紅外線，它的波數(shù)為：的紅外線，它的波數(shù)為： = =3.6cmv1cm)(1cmm310v8 . 21041cm3. 紅外光的能量表示：紅外光的能量表示：made by wuying4. 紅外光譜區(qū)分類紅外光譜區(qū)分類根據(jù)紅外線波長，習(xí)慣將紅外光譜分成三個(gè)區(qū)域，其中中紅根據(jù)紅外線波長，習(xí)慣將紅外光譜分成三個(gè)區(qū)域，其中中紅外應(yīng)用最多。外應(yīng)用最多。名稱名稱m波長波長/波數(shù)波數(shù)/1cm能級(jí)躍遷類型能級(jí)躍遷類型503000.782.52.550128204000400020020033近紅外近紅外（泛頻區(qū)）（泛頻區(qū)）中紅外（基本中紅外（基

7、本振動(dòng)區(qū)）振動(dòng)區(qū)）遠(yuǎn)紅外遠(yuǎn)紅外（轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)）（轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)）O-H，N-H及及C-H鍵的倍頻吸收鍵的倍頻吸收分子中原子的振分子中原子的振動(dòng)及分子轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)及分子轉(zhuǎn)動(dòng)分子轉(zhuǎn)動(dòng)，晶格分子轉(zhuǎn)動(dòng)，晶格振動(dòng)振動(dòng)made by wuying分子中基團(tuán)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生：振分子中基團(tuán)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生：振- -轉(zhuǎn)光譜轉(zhuǎn)光譜輻射輻射分子振動(dòng)能級(jí)躍遷分子振動(dòng)能級(jí)躍遷紅外光譜紅外光譜官能團(tuán)官能團(tuán)分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)made by wuying5. 紅外光譜的產(chǎn)生：紅外光譜的產(chǎn)生：分子振動(dòng)能級(jí)的躍遷（同時(shí)伴隨分子振動(dòng)能級(jí)的躍遷（同時(shí)伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷）而產(chǎn)生的。轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷）而產(chǎn)生的。 偶極矩變化：偶極矩變化：任何分子

8、就其整個(gè)分子而言，任何分子就其整個(gè)分子而言，呈電中性，但因構(gòu)成分子的各原子因價(jià)電子得呈電中性，但因構(gòu)成分子的各原子因價(jià)電子得失的難易，而出現(xiàn)不同的電負(fù)性，分子也因此失的難易，而出現(xiàn)不同的電負(fù)性，分子也因此顯示不同的極性。極性大小用分子偶極矩顯示不同的極性。極性大小用分子偶極矩來來描述：描述： =qd 正負(fù)電荷的中心距離正負(fù)電荷的中心距離 正負(fù)電中心的電荷正負(fù)電中心的電荷 +q_qmade by wuying分子內(nèi)原子處于在其平衡位置不斷振動(dòng)分子內(nèi)原子處于在其平衡位置不斷振動(dòng)的狀態(tài)，的狀態(tài)，d的瞬時(shí)值也不斷變化，的瞬時(shí)值也不斷變化，也相也相應(yīng)變化即分子有確定的偶極矩變化頻率。應(yīng)變化即分子有確定的

9、偶極矩變化頻率。HClHCld+q_qH2O+q_qOHH+qdmade by wuying 分子振動(dòng)能級(jí)的躍遷條件：分子振動(dòng)能級(jí)的躍遷條件： 只有在吸收外界光的只有在吸收外界光的能量后才能實(shí)現(xiàn)。換句話能量后才能實(shí)現(xiàn)。換句話說，將外界紅外光的能量說，將外界紅外光的能量轉(zhuǎn)移到分子中去才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移到分子中去才能實(shí)現(xiàn)振動(dòng)能級(jí)的躍遷，而這種振動(dòng)能級(jí)的躍遷，而這種能量的轉(zhuǎn)移是通過偶極矩能量的轉(zhuǎn)移是通過偶極矩的變化來實(shí)現(xiàn)的。的變化來實(shí)現(xiàn)的。made by wuying條件是：條件是： 當(dāng)輻射頻率與偶極子頻率相匹配時(shí)，分子才與輻當(dāng)輻射頻率與偶極子頻率相匹配時(shí)，分子才與輻射發(fā)生相互作用（振動(dòng)偶合），而增加它的

10、振動(dòng)射發(fā)生相互作用（振動(dòng)偶合），而增加它的振動(dòng)能，使振動(dòng)能加激，振幅加大。能，使振動(dòng)能加激，振幅加大。振動(dòng)頻率將有偶極矩變化的振動(dòng)基團(tuán)一個(gè)偶極子基態(tài)振動(dòng)振動(dòng)能級(jí)因此由原來較高的較高的視為視為具有一定的具有一定的made by wuying 紅外吸收條件：紅外吸收條件： 發(fā)生發(fā)生偶極矩變化偶極矩變化的振動(dòng)才能引起的振動(dòng)才能引起可觀測的紅外吸收帶，這種振動(dòng)為紅可觀測的紅外吸收帶，這種振動(dòng)為紅外活性，反之稱為非紅外活性。外活性，反之稱為非紅外活性。made by wuying 紅外光譜圖的產(chǎn)生：紅外光譜圖的產(chǎn)生： 當(dāng)一定頻率當(dāng)一定頻率的紅外光的紅外光分子分子兩者產(chǎn)生共振兩者產(chǎn)生共振照射該分子中的某個(gè)

11、振動(dòng)頻該分子中的某個(gè)振動(dòng)頻率和紅外光一樣率和紅外光一樣此時(shí)光的能量通過分子偶極矩的變化而傳遞此時(shí)光的能量通過分子偶極矩的變化而傳遞給分子，這個(gè)基團(tuán)就吸收一定頻率的紅外光，給分子，這個(gè)基團(tuán)就吸收一定頻率的紅外光，產(chǎn)生振動(dòng)躍遷。產(chǎn)生振動(dòng)躍遷。made by wuying如果紅外光的振動(dòng)頻率紅外光的振動(dòng)頻率 分子中各基團(tuán)的振分子中各基團(tuán)的振動(dòng)頻率動(dòng)頻率 不符合不符合導(dǎo)致結(jié)果該部分的紅該部分的紅外光不吸收外光不吸收 因此用連續(xù)改變頻率紅外光照射某試樣，由于某試樣因此用連續(xù)改變頻率紅外光照射某試樣，由于某試樣對(duì)不同頻率的紅外光的吸收不同，使通過試樣后的紅對(duì)不同頻率的紅外光的吸收不同，使通過試樣后的紅外光

12、在一些波長范圍內(nèi)變?nèi)酰ū晃眨?，在另一些范外光在一些波長范圍內(nèi)變?nèi)酰ū晃眨?，在另一些范圍?nèi)則較強(qiáng)（不吸收）。將分子吸收紅外光的情況用圍內(nèi)則較強(qiáng)（不吸收）。將分子吸收紅外光的情況用儀器記錄，就得到該試樣的紅外吸收光譜圖。儀器記錄，就得到該試樣的紅外吸收光譜圖。made by wuying 分子振動(dòng)方程分子振動(dòng)方程m1m2縮伸伸r諧振子振動(dòng)示意圖諧振子振動(dòng)示意圖 簡諧振動(dòng)：簡諧振動(dòng)：分子中的原子以平衡點(diǎn)為中心，以分子中的原子以平衡點(diǎn)為中心，以非常小的振幅作周期性的振動(dòng)。非常小的振幅作周期性的振動(dòng)。模型模型彈簧帶小球的模型彈簧帶小球的模型為小球質(zhì)量（原子質(zhì)量）為小球質(zhì)量（原子質(zhì)量）r r彈簧長度（

13、彈簧長度（分子化學(xué)鍵的分子化學(xué)鍵的長度長度）m1m2、made by wuying體系的振動(dòng)頻率體系的振動(dòng)頻率 （以波數(shù)表示）可表示如下：（以波數(shù)表示）可表示如下：vvc21k=（1） 分子振動(dòng)方程式分子振動(dòng)方程式scmc光速：光速： 2.998 1010kcmdyn彈簧的力常數(shù)。彈簧的力常數(shù)。即聯(lián)結(jié)原子的化學(xué)鍵的力常數(shù)即聯(lián)結(jié)原子的化學(xué)鍵的力常數(shù)兩個(gè)小球（兩個(gè)原子）的折合質(zhì)量兩個(gè)小球（兩個(gè)原子）的折合質(zhì)量2121mmmm=（2）運(yùn)用虎克定律：運(yùn)用虎克定律： made by wuying根據(jù)小球的質(zhì)量和原子量的關(guān)系，根據(jù)小球的質(zhì)量和原子量的關(guān)系，式改為：式改為： 分子振動(dòng)方程式分子振動(dòng)方程式 v

14、cN221Mk=N阿佛加德羅常數(shù)（阿佛加德羅常數(shù)（6.021023） M折合相對(duì)原子質(zhì)量折合相對(duì)原子質(zhì)量2M1M如兩原子的相對(duì)質(zhì)量為如兩原子的相對(duì)質(zhì)量為 和和 ，則折合相對(duì)原子，則折合相對(duì)原子質(zhì)量：質(zhì)量：M2121MMMM=made by wuying 各有其特征的紅外吸收光譜各有其特征的紅外吸收光譜 由由可知可知，影響基本振動(dòng)頻率的直接因素是影響基本振動(dòng)頻率的直接因素是相對(duì)原子質(zhì)量和化學(xué)鍵的力常數(shù)。相對(duì)原子質(zhì)量和化學(xué)鍵的力常數(shù)。 各化合物結(jié)構(gòu)各化合物結(jié)構(gòu)原子質(zhì)量不同原子質(zhì)量不同力常數(shù)不同力常數(shù)不同吸收頻率不同吸收頻率不同不同不同導(dǎo)出導(dǎo)出導(dǎo)出導(dǎo)出made by wuying表表 某些鍵的伸縮力

15、常數(shù)（毫達(dá)因某些鍵的伸縮力常數(shù)（毫達(dá)因/埃）埃）鍵類型鍵類型 C C C =C C C 力常數(shù)力常數(shù) 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6峰位峰位 4.5 m 6.0 m 7.0 m 化學(xué)鍵鍵強(qiáng)越強(qiáng)（即鍵的力常數(shù)化學(xué)鍵鍵強(qiáng)越強(qiáng)（即鍵的力常數(shù)K越大），原子折合質(zhì)越大），原子折合質(zhì)量越小，化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。量越小，化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。made by wuying 例題例題: 由表中查知由表中查知C=C鍵的鍵的K=9.5 9.9 ,令其為令其為9.6, 計(jì)算波數(shù)值。計(jì)算波數(shù)值。正己烯中C=C鍵伸縮振動(dòng)頻率實(shí)測值為1652 cm-111650

16、2126913071307211cm/.kkcvmade by wuying 分子振動(dòng)形式分子振動(dòng)形式 雙原子分子雙原子分子只有只有一種振動(dòng)形式一種振動(dòng)形式伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng)多原子分子多原子分子有有多種振動(dòng)方式多種振動(dòng)方式 伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng)彎曲振動(dòng)彎曲振動(dòng)伸縮振動(dòng)：伸縮振動(dòng)：指原子沿著旋軸方向作使鍵長發(fā)生變指原子沿著旋軸方向作使鍵長發(fā)生變化的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。以符號(hào)化的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。以符號(hào)V表示。表示。彎曲振動(dòng)：彎曲振動(dòng)：即變形振動(dòng)，是指原子沿垂直與它即變形振動(dòng)，是指原子沿垂直與它的鍵軸方向的運(yùn)動(dòng)，它可能有鍵角的變化。的鍵軸方向的運(yùn)動(dòng)，它可能有鍵角的變化。made by wuyingHHC對(duì)稱對(duì)稱 Vs 2

17、853 (s)1cm伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng)反對(duì)稱反對(duì)稱對(duì)稱對(duì)稱彎曲振動(dòng)彎曲振動(dòng)面內(nèi)彎曲面內(nèi)彎曲面外彎曲面外彎曲對(duì)稱伸縮振動(dòng)對(duì)稱伸縮振動(dòng)相對(duì)中心原子而言，兩個(gè)相同相對(duì)中心原子而言，兩個(gè)相同原子沿鍵軸的運(yùn)動(dòng)方向相同，用原子沿鍵軸的運(yùn)動(dòng)方向相同，用Vs表示。表示。 如：如：反對(duì)稱伸縮振動(dòng)反對(duì)稱伸縮振動(dòng)兩個(gè)相同原子沿鍵軸的運(yùn)動(dòng)兩個(gè)相同原子沿鍵軸的運(yùn)動(dòng)方向相反，用方向相反，用V as表示。如：表示。如： HHC反對(duì)稱反對(duì)稱Vas 2926 (s)1cmmade by wuying面內(nèi)彎曲面內(nèi)彎曲彎曲振動(dòng)在幾個(gè)原子所構(gòu)成的平彎曲振動(dòng)在幾個(gè)原子所構(gòu)成的平面內(nèi)進(jìn)行，以面內(nèi)進(jìn)行，以表示。表示。分類分類 剪刀振動(dòng)剪刀振

18、動(dòng)兩個(gè)相同原子在同一平面內(nèi)彼此相兩個(gè)相同原子在同一平面內(nèi)彼此相向彎曲振動(dòng)，鍵角發(fā)生變化。向彎曲振動(dòng)，鍵角發(fā)生變化。 面對(duì)搖擺振動(dòng)面對(duì)搖擺振動(dòng)兩個(gè)相同原子在同一平面內(nèi)兩個(gè)相同原子在同一平面內(nèi)向同一方向彎曲振動(dòng)，鍵角不發(fā)生變化。向同一方向彎曲振動(dòng)，鍵角不發(fā)生變化。 HHC:720 1cm搖擺搖擺HHC:1468 1cm剪式剪式made by wuying指彎曲振動(dòng)在幾個(gè)原子所構(gòu)成的平面指彎曲振動(dòng)在幾個(gè)原子所構(gòu)成的平面上下進(jìn)行，以符號(hào)上下進(jìn)行，以符號(hào)r表示。表示。面外彎曲面外彎曲分類分類 扭曲振動(dòng)扭曲振動(dòng)兩個(gè)相同原子方向相反，相對(duì)兩個(gè)相同原子方向相反，相對(duì)于紙平面上下方向所作的彎曲振動(dòng)，鍵角發(fā)于紙平

19、面上下方向所作的彎曲振動(dòng)，鍵角發(fā)生變化。生變化。面外搖擺振動(dòng)面外搖擺振動(dòng)兩個(gè)相同原子向同方向，兩個(gè)相同原子向同方向，相對(duì)于紙平面所作的彎曲振動(dòng)，鍵角不發(fā)生相對(duì)于紙平面所作的彎曲振動(dòng)，鍵角不發(fā)生變化。變化。：12501cmHHC扭扭曲曲+_HHC搖擺搖擺+：13061cmmade by wuying伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng) 甲基：甲基：變形振動(dòng)變形振動(dòng) 甲基甲基對(duì)稱對(duì)稱s s(CH(CH3 3)1380)1380-1-1 不不對(duì)稱對(duì)稱asas(CH(CH3 3)1460)1460-1-1對(duì)稱對(duì)稱 不對(duì)稱不對(duì)稱s s(CH(CH3 3) ) asas(CH(CH3 3) )2870 2870 -1 -1

20、2960 2960-1-1made by wuying 理論上，多原子分子的振動(dòng)數(shù)應(yīng)與譜峰數(shù)理論上，多原子分子的振動(dòng)數(shù)應(yīng)與譜峰數(shù)相同相同。指分子獨(dú)立的振動(dòng)數(shù)目，或基本的振動(dòng)數(shù)目線性分子：線性分子：F3N-5非線性分子：非線性分子：F3N-6分子自由度平動(dòng)自由度分子自由度平動(dòng)自由度+轉(zhuǎn)動(dòng)自由度轉(zhuǎn)動(dòng)自由度+振動(dòng)自由度振動(dòng)自由度3N分子振動(dòng)自由度分子振動(dòng)自由度 3N-（平動(dòng)自由度（平動(dòng)自由度+轉(zhuǎn)動(dòng)自由度）轉(zhuǎn)動(dòng)自由度）made by wuying水分子非線性分子3633FH2O分子分子IR譜圖譜圖made by wuying（2349cm-1)（667cm-1)（667cm-1)CO2分子分子IR譜圖

21、譜圖（1388cm-1) 實(shí)際上，譜峰數(shù)常常實(shí)際上，譜峰數(shù)常常少于少于理論計(jì)算出的振動(dòng)數(shù)。理論計(jì)算出的振動(dòng)數(shù)。例如：例如：CO2made by wuying 實(shí)際上，譜峰數(shù)常常實(shí)際上，譜峰數(shù)常常少于少于理論計(jì)算出的振動(dòng)數(shù)，理論計(jì)算出的振動(dòng)數(shù)，這是因?yàn)椋哼@是因?yàn)椋?偶極矩的變化偶極矩的變化=0的振動(dòng)，不產(chǎn)生紅外吸收的振動(dòng)，不產(chǎn)生紅外吸收, 如如CO2； 譜線簡并（振動(dòng)形式不同，但其頻率相同）；譜線簡并（振動(dòng)形式不同，但其頻率相同）； 儀器分辨率或靈敏度不夠，有些譜峰觀察不到儀器分辨率或靈敏度不夠，有些譜峰觀察不到; 有些吸收帶落在儀器檢測范圍之外。有些吸收帶落在儀器檢測范圍之外。made by

22、wuying基頻峰基頻峰基團(tuán)由基態(tài)向第一振動(dòng)能級(jí)躍遷所基團(tuán)由基態(tài)向第一振動(dòng)能級(jí)躍遷所吸收的紅外光頻率。吸收的紅外光頻率。 倍頻峰倍頻峰由基態(tài)躍遷至第二激發(fā)態(tài)、第三由基態(tài)躍遷至第二激發(fā)態(tài)、第三激發(fā)態(tài)所產(chǎn)生的吸收峰。激發(fā)態(tài)所產(chǎn)生的吸收峰。 合頻峰合頻峰 差頻峰差頻峰 21vv 212vv 21vv 212vv 四四峰峰made by wuying以以HCl為例：為例：基頻峰（基頻峰（01） 2885.9 cm-1 最強(qiáng)最強(qiáng)二倍頻峰（二倍頻峰（ 02 ） 5668.0 cm-1 較弱較弱三倍頻峰（三倍頻峰（ 03 ） 8346.9 cm-1 很弱很弱四倍頻峰（四倍頻峰（ 04 ） 10923.1 c

23、m-1 極弱極弱五倍頻峰（五倍頻峰（ 05 ） 13396.5 cm-1 極弱極弱made by wuying 紅外光譜的吸收強(qiáng)度紅外光譜的吸收強(qiáng)度 吸收峰的強(qiáng)度吸收峰的強(qiáng)度取決于振動(dòng)進(jìn)程中取決于振動(dòng)進(jìn)程中偶極矩偶極矩的變化的變化及及能級(jí)的躍遷幾率能級(jí)的躍遷幾率。紅外光譜的強(qiáng)度紅外光譜的強(qiáng)度與分子振動(dòng)時(shí)偶極矩變與分子振動(dòng)時(shí)偶極矩變化的平方成正比?；钠椒匠烧?。躍遷幾率躍遷幾率指能級(jí)躍遷過程中，激發(fā)態(tài)分指能級(jí)躍遷過程中，激發(fā)態(tài)分子所占分子總數(shù)的百分?jǐn)?shù)。子所占分子總數(shù)的百分?jǐn)?shù)。made by wuying分子結(jié)分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)構(gòu)特點(diǎn)與分子組成或化學(xué)基團(tuán)的含與分子組成或化學(xué)基團(tuán)的含量有關(guān)，可進(jìn)行定量分

24、析量有關(guān)，可進(jìn)行定量分析定定性性分分析析紅外吸收帶的波數(shù)位置紅外吸收帶的波數(shù)位置波峰的數(shù)目波峰的數(shù)目吸收譜帶的強(qiáng)度吸收譜帶的強(qiáng)度made by wuying 紅外光譜儀紅外光譜儀及原理及原理 made by wuying光源光源樣品樣品分光器分光器檢測器檢測器光譜圖光譜圖圖圖1 1 色散型紅外原理圖色散型紅外原理圖色散型紅外與傅立葉變換紅外比較色散型紅外與傅立葉變換紅外比較 ：相同點(diǎn)：都是用來獲得物質(zhì)的紅外吸收光譜相同點(diǎn)：都是用來獲得物質(zhì)的紅外吸收光譜異同點(diǎn)：測定原理都不同異同點(diǎn)：測定原理都不同色散型紅外光譜色散型紅外光譜光源發(fā)出的光照射試樣，而后再經(jīng)光柵分成單色光源發(fā)出的光照射試樣，而后再經(jīng)

25、光柵分成單色光，由檢測器檢測后獲得光譜。光，由檢測器檢測后獲得光譜。 1. FTIR光譜的基本原理光譜的基本原理 made by wuying光源光源樣品樣品分光器分光器檢測器檢測器光譜圖光譜圖圖圖2 2 干涉型紅外原干涉型紅外原理圖理圖計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)光源光源樣品樣品干涉儀干涉儀檢測器檢測器干涉圖干涉圖光譜圖光譜圖FTIR光源發(fā)出的光經(jīng)邁克爾遜干涉儀變光源發(fā)出的光經(jīng)邁克爾遜干涉儀變成干涉光，再讓干涉光照射樣品，檢測器獲成干涉光，再讓干涉光照射樣品，檢測器獲得干涉圖，而得不到紅外吸附光譜，實(shí)際吸得干涉圖，而得不到紅外吸附光譜，實(shí)際吸收光譜是由計(jì)算機(jī)把干涉圖進(jìn)行傅立葉數(shù)學(xué)收光譜是由計(jì)算機(jī)把干涉圖進(jìn)行

26、傅立葉數(shù)學(xué)變換得到的。變換得到的。made by wuying光源光源樣品樣品分光器分光器檢測器檢測器光譜圖光譜圖圖圖2 2 干涉型紅外原干涉型紅外原理圖理圖計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)光源光源樣品樣品干涉儀干涉儀檢測器檢測器干涉圖干涉圖光譜圖光譜圖FTIR光源發(fā)出的光經(jīng)邁克爾遜干涉儀變光源發(fā)出的光經(jīng)邁克爾遜干涉儀變成干涉光，再讓干涉光照射樣品，檢測器獲成干涉光，再讓干涉光照射樣品，檢測器獲得干涉圖，而得不到紅外吸附光譜，實(shí)際吸得干涉圖，而得不到紅外吸附光譜，實(shí)際吸收光譜是由計(jì)算機(jī)把干涉圖進(jìn)行傅立葉數(shù)學(xué)收光譜是由計(jì)算機(jī)把干涉圖進(jìn)行傅立葉數(shù)學(xué)變換得到的。變換得到的。made by wuying傅立葉變換紅外光譜

27、儀工作原理圖傅立葉變換紅外光譜儀工作原理圖FTIR無分光系統(tǒng)，測量時(shí)是應(yīng)用經(jīng)過邁克爾遜干涉儀調(diào)制了的干涉光，無分光系統(tǒng)，測量時(shí)是應(yīng)用經(jīng)過邁克爾遜干涉儀調(diào)制了的干涉光，可一次取得全波段光譜信息，具有高光通量，低噪聲，測量速度快等一可一次取得全波段光譜信息，具有高光通量，低噪聲，測量速度快等一系列優(yōu)點(diǎn)。系列優(yōu)點(diǎn)。 made by wuying表表1 色散型與色散型與FTIR光譜性能比較表光譜性能比較表 色散型色散型 FTIR 1. 1. 光學(xué)部件復(fù)雜，帶有多光學(xué)部件復(fù)雜，帶有多種易磨損的活動(dòng)部件，有機(jī)械種易磨損的活動(dòng)部件，有機(jī)械公差。公差。 2. 2. 測量波段窄，擴(kuò)寬波段測量波段窄，擴(kuò)寬波段設(shè)計(jì)

28、復(fù)雜，制作困難。設(shè)計(jì)復(fù)雜，制作困難。 3. 3. 測量精度低，需用外部測量精度低，需用外部標(biāo)準(zhǔn)校正。標(biāo)準(zhǔn)校正。 4. 4. 為了獲得高分辨光譜圖為了獲得高分辨光譜圖需用光欄限制光束，使光通量需用光欄限制光束，使光通量降低，檢測靈敏度下降。降低，檢測靈敏度下降。 1. 1. 光學(xué)部件光學(xué)部件簡單簡單，只有一個(gè)，只有一個(gè)可動(dòng)鏡在實(shí)驗(yàn)過程中運(yùn)動(dòng)。可動(dòng)鏡在實(shí)驗(yàn)過程中運(yùn)動(dòng)。 2. 2. 測量波段測量波段寬寬，只需換用不，只需換用不同的分束器、光源和探測器，同的分束器、光源和探測器，就能就能測測450006cm-1整個(gè)光譜波整個(gè)光譜波段。段。 3.3. 利用利用He-Ne激光器提供激光器提供0.01 cm

29、-1的測量的測量精精度。度。 4.4. 光束全部通過光束全部通過，光通量大，光通量大，檢測靈敏度檢測靈敏度高高。 made by wuying 色散型色散型 FTIR 5.使用色散法，在某時(shí)間使用色散法，在某時(shí)間間隔內(nèi)只能測量很窄的波間隔內(nèi)只能測量很窄的波段范圍。段范圍。 6.掃描速度慢不宜測量快掃描速度慢不宜測量快速變化的過程，與速變化的過程，與GC、LC聯(lián)機(jī)檢測困難。聯(lián)機(jī)檢測困難。 7.雜散光易造成虛假讀數(shù)。雜散光易造成虛假讀數(shù)。 8.樣品受紅外光束聚焦加樣品受紅外光束聚焦加熱，易產(chǎn)生熱效應(yīng)。熱，易產(chǎn)生熱效應(yīng)。 9.樣品自身的紅外輻射會(huì)樣品自身的紅外輻射會(huì)被檢測器接受。被檢測器接受。 5.

30、具有具有多多路通過特點(diǎn)，所有頻率路通過特點(diǎn)，所有頻率同時(shí)測量。同時(shí)測量。 6.掃描速度最掃描速度最快快可達(dá)可達(dá)60次次/秒，可秒，可作快速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究，并可與作快速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究，并可與GC、LC聯(lián)機(jī)檢測。聯(lián)機(jī)檢測。 7.使用調(diào)制音頻測量，使用調(diào)制音頻測量，雜散光不雜散光不影響影響檢測。檢測。 8.樣品放于分束器后測量，大量樣品放于分束器后測量，大量輻射由分束器阻擋，樣品又接受輻射由分束器阻擋，樣品又接受調(diào)制波，故使調(diào)制波，故使熱效應(yīng)極小熱效應(yīng)極小。 9.檢測器檢測器僅對(duì)調(diào)制的音頻信號(hào)有僅對(duì)調(diào)制的音頻信號(hào)有反應(yīng)反應(yīng)。made by wuying圖圖3 邁邁克爾遜遜干涉儀儀示意圖圖光學(xué)分束器具

31、有半光學(xué)分束器具有半透明性質(zhì)，放于動(dòng)透明性質(zhì)，放于動(dòng)鏡和定鏡之間，和鏡和定鏡之間，和它們呈它們呈45 角放置。角放置。它使入射的單色光它使入射的單色光50%通過，通過，50%反反射。射。2.2.邁克爾遜干涉儀與干涉圖邁克爾遜干涉儀與干涉圖1. 1.干涉儀組成如圖：干涉儀組成如圖：I定鏡定鏡反射光反射光光源光源45o檢測器檢測器分束器分束器動(dòng)鏡動(dòng)鏡透射光透射光I I反射光反射光 反射光到定鏡后沿光反射光到定鏡后沿光路返回分束器，其中一半又透過路返回分束器，其中一半又透過分束器射向探測器，另一半則被分束器射向探測器，另一半則被反射回光源。反射回光源。透射光透射光 也是同樣經(jīng)歷，穿過也是同樣經(jīng)歷，穿

32、過分束器射到動(dòng)鏡上，在那里被分束器射到動(dòng)鏡上，在那里被反射，沿原光路回到分束器，反射，沿原光路回到分束器，再被分束器反射，與再被分束器反射，與光束一光束一樣射向檢測器，樣射向檢測器，光束的另一光束的另一半則透過分束器返回光源。射半則透過分束器返回光源。射向探測器的向探測器的、兩光束實(shí)際兩光束實(shí)際上又會(huì)合在一起，但已成為具上又會(huì)合在一起，但已成為具有干涉光特性的相干光。有干涉光特性的相干光。made by wuying圖圖4 4 不同情況下產(chǎn)生的干涉不同情況下產(chǎn)生的干涉從移動(dòng)鏡來的光從移動(dòng)鏡來的光從固定鏡來的光從固定鏡來的光干涉光干涉光(a)(b)光程差光程差 場合場合光程差光程差 場合場合.)

33、210(、nn)21( n.)210(、n 當(dāng)動(dòng)鏡移動(dòng)到不同位置時(shí)，即能得到不同光程差的干涉光當(dāng)動(dòng)鏡移動(dòng)到不同位置時(shí)，即能得到不同光程差的干涉光強(qiáng)，干涉光產(chǎn)生的過程可用圖強(qiáng)，干涉光產(chǎn)生的過程可用圖4定性說明定性說明: : made by wuying圖圖5 動(dòng)鏡移動(dòng)中產(chǎn)生動(dòng)鏡移動(dòng)中產(chǎn)生干涉示意圖干涉示意圖動(dòng)鏡動(dòng)鏡光源光源定鏡定鏡通至檢測器通至檢測器樣品樣品I分束器分束器IIABC檢測器信號(hào)檢測器信號(hào)O4121動(dòng)鏡移動(dòng)時(shí)如何產(chǎn)生干涉動(dòng)鏡移動(dòng)時(shí)如何產(chǎn)生干涉當(dāng)定鏡和動(dòng)鏡距分束器距離相等當(dāng)定鏡和動(dòng)鏡距分束器距離相等時(shí)（時(shí)（A位）：位）：光和光和光則到達(dá)探光則到達(dá)探測器時(shí)光程一樣，相位相同，產(chǎn)測器時(shí)光程

34、一樣，相位相同，產(chǎn)生相長干涉，亮度最強(qiáng)。生相長干涉，亮度最強(qiáng)。如動(dòng)鏡移動(dòng)如動(dòng)鏡移動(dòng)1/41/4，則，則、兩光兩光將有將有1/21/2的光程差，相位相反發(fā)的光程差，相位相反發(fā)生相消干涉，亮度最弱。（生相消干涉，亮度最弱。（B B位）位）如動(dòng)鏡移動(dòng)如動(dòng)鏡移動(dòng)1/2 1/2 ，則，則、兩光兩光將有將有1 1 的光程差，相位相同發(fā)的光程差，相位相同發(fā)生相長干涉，亮度加強(qiáng)。生相長干涉，亮度加強(qiáng)。（C C位）位）當(dāng)動(dòng)鏡移動(dòng)時(shí)：當(dāng)動(dòng)鏡移動(dòng)時(shí)：光光程無變光光程無變化（定鏡返回光），化（定鏡返回光），光光程光光程都隨動(dòng)鏡移動(dòng)不斷變化。都隨動(dòng)鏡移動(dòng)不斷變化。made by wuying負(fù)號(hào)負(fù)號(hào) 表示動(dòng)鏡從零位向分

35、束器方向移動(dòng)。表示動(dòng)鏡從零位向分束器方向移動(dòng)。 正號(hào)正號(hào) 表示動(dòng)鏡從零位向遠(yuǎn)離分束器方向移動(dòng)。表示動(dòng)鏡從零位向遠(yuǎn)離分束器方向移動(dòng)。 零位零位 是動(dòng)鏡距分束器和定鏡距分束器相等的部位。是動(dòng)鏡距分束器和定鏡距分束器相等的部位。光程差為光程差為 發(fā)生相長干涉，發(fā)生相長干涉，光強(qiáng)加強(qiáng)。光強(qiáng)加強(qiáng)。光程差為光程差為 發(fā)生相消干涉，發(fā)生相消干涉，光強(qiáng)減弱。光強(qiáng)減弱。.)210(、nn.)210(21、nn依此類推，依此類推，、兩相干光光程類型差變兩相干光光程類型差變化所產(chǎn)生的干涉有如下規(guī)律：化所產(chǎn)生的干涉有如下規(guī)律： made by wuying在動(dòng)鏡移動(dòng)的相長、相消干涉間是部分相長和在動(dòng)鏡移動(dòng)的相長、相消

36、干涉間是部分相長和相消干涉。因此，相消干涉。因此，對(duì)一個(gè)純單色光，在動(dòng)鏡移對(duì)一個(gè)純單色光，在動(dòng)鏡移動(dòng)中將得到強(qiáng)度不斷變化的余弦干涉波。動(dòng)中將得到強(qiáng)度不斷變化的余弦干涉波。如果如果動(dòng)鏡以速度動(dòng)鏡以速度 相對(duì)光束器移動(dòng)，探測器得到的相對(duì)光束器移動(dòng)，探測器得到的信號(hào)強(qiáng)度將隨相長和相消干涉變化而不斷改變，信號(hào)強(qiáng)度將隨相長和相消干涉變化而不斷改變，其周期變化規(guī)律可用下式表示：其周期變化規(guī)律可用下式表示：2221f1f調(diào)制頻率調(diào)制頻率動(dòng)鏡移動(dòng)速度動(dòng)鏡移動(dòng)速度波長波長波數(shù)（波數(shù)（ ）1-1-1-1-1 1made by wuying由上式可知，邁克爾遜干涉儀把高頻率振動(dòng)的由上式可知，邁克爾遜干涉儀把高頻率振

37、動(dòng)的紅外光（光速紅外光（光速/ /波長波長101014 14 ）通過動(dòng)鏡不斷）通過動(dòng)鏡不斷移動(dòng)調(diào)制成低頻的音頻頻率（移動(dòng)調(diào)制成低頻的音頻頻率（ =10 =102 2）。）。21Hz由此可知，在由此可知，在FTIR紅外測量時(shí)，檢測器上接受的實(shí)際紅外測量時(shí)，檢測器上接受的實(shí)際是音頻信號(hào)，是音頻信號(hào)，F(xiàn)TIR能抗雜散光干擾的根本原因之一能抗雜散光干擾的根本原因之一 。 scm例如動(dòng)鏡移動(dòng)的速度為例如動(dòng)鏡移動(dòng)的速度為0.16 0.16 時(shí)，時(shí)， Hz1cm4000400 波段的調(diào)制頻率該為波段的調(diào)制頻率該為128 左右。左右。 made by wuying現(xiàn)在我們?cè)賮硌芯恳幌录儐紊饨?jīng)干涉儀后產(chǎn)現(xiàn)在我

38、們?cè)賮硌芯恳幌录儐紊饨?jīng)干涉儀后產(chǎn)生干涉光的強(qiáng)度變化規(guī)律。理想狀態(tài)下，在任生干涉光的強(qiáng)度變化規(guī)律。理想狀態(tài)下，在任意光程差意光程差x時(shí)入射到探測器上的光強(qiáng)可用下式表時(shí)入射到探測器上的光強(qiáng)可用下式表示：示： )2cos1)(2)(xRTIxIR分束器反射率分束器反射率 T分束器透射率分束器透射率 波數(shù)波數(shù) )(xI探測器上產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度，它是光程差探測器上產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度，它是光程差x的函數(shù)的函數(shù))(I 光源強(qiáng)度，與光的頻率有關(guān)光源強(qiáng)度，與光的頻率有關(guān)1-1-1-1-2 2made by wuyingxRTIRTIxI2cos)(2)(2)(1-1-31-1-3從從1-1-31-1-3式可知，探測

39、器上產(chǎn)生的信號(hào)是直流式可知，探測器上產(chǎn)生的信號(hào)是直流部分部分 和交流部分和交流部分 之之和。從光譜實(shí)際測量來看，一般來說僅有交和。從光譜實(shí)際測量來看，一般來說僅有交流部分才有實(shí)際意義。故含交流分量為：流部分才有實(shí)際意義。故含交流分量為： )(2RTIxRTI2cos)(2這個(gè)交流分量這個(gè)交流分量 代表了光強(qiáng)隨光程差代表了光強(qiáng)隨光程差 的變化，的變化，我們稱它為干涉圖。我們稱它為干涉圖。)(xLxxRTIxL2cos)(2)( 1-1-41-1-4改寫改寫1-1-21-1-2式：式：made by wuying從從1-1-41-1-4式看，在理想狀態(tài)下，式看，在理想狀態(tài)下，單色光的干涉圖是單色光

40、的干涉圖是一條余弦曲線一條余弦曲線，參看圖，參看圖5 5 ：在非理想狀態(tài)下，對(duì)實(shí)測干涉圖，需加一修正在非理想狀態(tài)下，對(duì)實(shí)測干涉圖，需加一修正項(xiàng)項(xiàng) , , 1 1（校正因子）。（校正因子）。)(H)(H在非理想狀態(tài)下，檢測器測得的干涉強(qiáng)度與在非理想狀態(tài)下，檢測器測得的干涉強(qiáng)度與 有關(guān)外，還與有關(guān)外，還與 （分束器反射率），（分束器反射率）， （分束器透（分束器透射率）有關(guān)，與放大器特性有關(guān)，只需加修正項(xiàng)。射率）有關(guān)，與放大器特性有關(guān)，只需加修正項(xiàng)。)(IRT1-1-41-1-4式改寫為：式改寫為：xIRTHxI2cos)()(2)( 1-1-51-1-5made by wuying 1-1-61

41、-1-6)(B)(xIx2cos則則=)()(2IRTH)(B令令= 項(xiàng)是修正后的光源強(qiáng)度，它是光源頻項(xiàng)是修正后的光源強(qiáng)度，它是光源頻率的函數(shù)。同樣對(duì)一個(gè)有連續(xù)波長的復(fù)色率的函數(shù)。同樣對(duì)一個(gè)有連續(xù)波長的復(fù)色光，其干涉圖可用下式表示：光，其干涉圖可用下式表示：)(B 1-1-71-1-7)(xIxdB2cos)(=這這復(fù)色光的干涉圖是各單色光干涉圖的加合復(fù)色光的干涉圖是各單色光干涉圖的加合。由于。由于零光程差時(shí)各單色光強(qiáng)度都為極大值，其余部分則零光程差時(shí)各單色光強(qiáng)度都為極大值，其余部分則因相長或相消干涉強(qiáng)弱不同而相互抵消，它們加合因相長或相消干涉強(qiáng)弱不同而相互抵消，它們加合的結(jié)果形成一個(gè)中心突起

42、并向兩邊迅速衰減的對(duì)稱的結(jié)果形成一個(gè)中心突起并向兩邊迅速衰減的對(duì)稱圖形。圖形。made by wuying圖圖6 各類光的干涉圖及它們加合的復(fù)光干涉圖各類光的干涉圖及它們加合的復(fù)光干涉圖 加合干涉圖加合干涉圖單色光單色光干涉圖干涉圖單色光單色光干涉圖干涉圖單色光單色光干涉圖干涉圖 made by wuying1-1-81-1-8是傅立葉變換光譜學(xué)的基本方程式，這一是傅立葉變換光譜學(xué)的基本方程式，這一套變換處理記憶十分復(fù)雜，必須用電子計(jì)算機(jī)才套變換處理記憶十分復(fù)雜，必須用電子計(jì)算機(jī)才能完成。能完成。為了更好的了解各類光譜圖及其相應(yīng)的干涉圖形為了更好的了解各類光譜圖及其相應(yīng)的干涉圖形形態(tài)，現(xiàn)選用典

43、型的光譜及其相應(yīng)干涉圖示于圖形態(tài)，現(xiàn)選用典型的光譜及其相應(yīng)干涉圖示于圖7:7:可見，由邁克爾遜干涉儀不能直接獲得樣可見，由邁克爾遜干涉儀不能直接獲得樣品的吸收光譜，只能得到樣品吸收光譜的品的吸收光譜，只能得到樣品吸收光譜的干涉圖。為獲得樣品的吸收光譜圖，必須干涉圖。為獲得樣品的吸收光譜圖，必須對(duì)式對(duì)式1-1-7進(jìn)行傅立葉變換。進(jìn)行傅立葉變換。)(BdxxI2cos)(1-1-81-1-8=made by wuying1.1.純單色光的干涉圖純單色光的干涉圖 是一條余弦曲線是一條余弦曲線 2.2.兩等強(qiáng)度不同頻率兩等強(qiáng)度不同頻率光的干涉圖光的干涉圖是兩單色光干涉圖的疊是兩單色光干涉圖的疊加，由于

44、相長、相消疊加，由于相長、相消疊加而變成這樣的形態(tài)。加而變成這樣的形態(tài)。 圖圖7 各類光譜及其相應(yīng)干涉圖各類光譜及其相應(yīng)干涉圖made by wuying3.3.隨著譜帶加寬隨著譜帶加寬 疊加的單色光干涉圖加多，疊加的單色光干涉圖加多，逐漸形成零光程差處最強(qiáng)，逐漸形成零光程差處最強(qiáng)，兩邊逐漸衰減的干涉圖兩邊逐漸衰減的干涉圖4.4.由單色光加合由單色光加合而成復(fù)合光而成復(fù)合光 復(fù)合光越復(fù)雜，其干涉圖越復(fù)合光越復(fù)雜，其干涉圖越銳，兩邊衰減也越快銳，兩邊衰減也越快 made by wuying圖圖8 多色干涉光經(jīng)樣品吸收后的干涉圖多色干涉光經(jīng)樣品吸收后的干涉圖(a)及其及其Fourier變換后的紅外

45、光譜圖變換后的紅外光譜圖(b)made by wuying紅外光譜法的應(yīng)用紅外光譜法的應(yīng)用1 . 1 . 已知物的鑒定已知物的鑒定 將試樣的譜圖與標(biāo)準(zhǔn)的譜圖進(jìn)行對(duì)照，或者與將試樣的譜圖與標(biāo)準(zhǔn)的譜圖進(jìn)行對(duì)照，或者與文獻(xiàn)上的譜圖進(jìn)行對(duì)照。文獻(xiàn)上的譜圖進(jìn)行對(duì)照。2 . 2 . 未知物結(jié)構(gòu)的測定未知物結(jié)構(gòu)的測定（1 1）查閱標(biāo)準(zhǔn)譜圖的譜帶索引，與尋找試樣光譜）查閱標(biāo)準(zhǔn)譜圖的譜帶索引，與尋找試樣光譜吸收帶相同的標(biāo)準(zhǔn)譜圖；吸收帶相同的標(biāo)準(zhǔn)譜圖；（2 2）進(jìn)行光譜解析，判斷試樣的可能結(jié)構(gòu)，然）進(jìn)行光譜解析，判斷試樣的可能結(jié)構(gòu)，然后在由化學(xué)分類索引查找標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)照核實(shí)。后在由化學(xué)分類索引查找標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)照核實(shí)。

46、made by wuying正己烷正己烷最常見的有機(jī)化合最常見的有機(jī)化合物。物。譜圖解析譜圖解析正己烷正己烷made by wuying譜圖的解析一般從高波數(shù)開始譜圖的解析一般從高波數(shù)開始，因?yàn)楦卟〝?shù)譜峰頻率與基團(tuán)，因?yàn)楦卟〝?shù)譜峰頻率與基團(tuán)一一對(duì)應(yīng)，而且最容易解釋。一一對(duì)應(yīng)，而且最容易解釋。在在3000cm-1以上沒有吸收峰，以上沒有吸收峰，表明沒有不飽和的表明沒有不飽和的CH伸縮振伸縮振動(dòng)。在動(dòng)。在3000cm-1以下的四個(gè)峰以下的四個(gè)峰是飽和是飽和C-H伸縮振動(dòng)峰。伸縮振動(dòng)峰。譜圖解析譜圖解析正己烷正己烷made by wuying在在2962cm-1處的峰是處的峰是CH3基基團(tuán)的反對(duì)稱伸

47、縮振動(dòng)。這種團(tuán)的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)。這種反 對(duì) 稱 伸 縮 振 動(dòng) 范 圍反 對(duì) 稱 伸 縮 振 動(dòng) 范 圍296210cm-1，事實(shí)上，存事實(shí)上，存在兩個(gè)簡并的反對(duì)稱伸縮振在兩個(gè)簡并的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)（顯示其中一個(gè)）。動(dòng)（顯示其中一個(gè)）。譜圖解析譜圖解析正己烷正己烷made by wuying在在2926cm-1處，是處，是CH2的不對(duì)稱伸縮的不對(duì)稱伸縮振 動(dòng) 峰 ， 一 般 在振 動(dòng) 峰 ， 一 般 在292610cm-1范圍范圍內(nèi)。內(nèi)。譜圖解析譜圖解析正己烷正己烷made by wuying2872cm-1處是處是CH3的對(duì)稱的對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，一般波數(shù)范伸縮振動(dòng)峰，一般波數(shù)范圍為：圍為：287

48、210cm-1。譜圖解析譜圖解析正己烷正己烷made by wuying在在2853cm-1處的吸收峰，處的吸收峰，是是CH2的對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰的對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，一般這種振動(dòng)峰的吸收，一般這種振動(dòng)峰的吸收位置在：位置在：285310cm-1。譜圖解析譜圖解析正己烷正己烷made by wuying這是這是C-H彎曲振動(dòng)區(qū)域彎曲振動(dòng)區(qū)域，把該區(qū)域放大，把該區(qū)域放大CH2和和CH3的彎曲振動(dòng)峰疊加的彎曲振動(dòng)峰疊加在一起，關(guān)于這一點(diǎn)，在一起，關(guān)于這一點(diǎn)，我們可以比較環(huán)己烷和我們可以比較環(huán)己烷和2,3-二甲基丁烷在該區(qū)二甲基丁烷在該區(qū)間的吸收峰。間的吸收峰。譜圖解析譜圖解析正己烷正己烷made by w

49、uying在在1460cm-1出現(xiàn)的寬峰實(shí)際上出現(xiàn)的寬峰實(shí)際上是兩個(gè)峰疊加而成的。一般地是兩個(gè)峰疊加而成的。一般地，CH3基團(tuán)的反對(duì)稱彎曲振動(dòng)基團(tuán)的反對(duì)稱彎曲振動(dòng)峰的位置在峰的位置在146010cm-1,這這是一個(gè)簡并彎曲振動(dòng)（僅顯示是一個(gè)簡并彎曲振動(dòng)（僅顯示一種）。一種）。譜圖解析譜圖解析正己烷正己烷made by wuying在在145510cm-1處，是處，是CH2的彎曲振動(dòng)峰吸收的彎曲振動(dòng)峰吸收值（也叫剪刀振動(dòng)）。值（也叫剪刀振動(dòng)）。譜圖解析譜圖解析正己烷正己烷made by wuying在在137510cm-1，是是CH3對(duì)稱彎曲振對(duì)稱彎曲振動(dòng)（也叫動(dòng)（也叫“傘傘”彎曲振動(dòng)）吸收峰位

50、彎曲振動(dòng)）吸收峰位置，這個(gè)峰通常時(shí)很有用的，因?yàn)檫@置，這個(gè)峰通常時(shí)很有用的，因?yàn)檫@個(gè)峰比較孤立，比較環(huán)己烷的譜圖，個(gè)峰比較孤立，比較環(huán)己烷的譜圖，最大的差異就是在環(huán)己烷譜圖中沒有最大的差異就是在環(huán)己烷譜圖中沒有CH3基團(tuán)的對(duì)稱彎曲振動(dòng)峰。基團(tuán)的對(duì)稱彎曲振動(dòng)峰。譜圖解析譜圖解析正己烷正己烷made by wuying這是指紋區(qū)，這一段區(qū)間的吸這是指紋區(qū)，這一段區(qū)間的吸收有很多的因素，很難解釋。收有很多的因素，很難解釋。不管多么復(fù)雜，利用參考譜圖不管多么復(fù)雜，利用參考譜圖進(jìn)行比對(duì)，即可對(duì)樣品進(jìn)行定進(jìn)行比對(duì)，即可對(duì)樣品進(jìn)行定性判斷。性判斷。譜圖解析譜圖解析正己烷正己烷made by wuying當(dāng)四

51、個(gè)或更多的當(dāng)四個(gè)或更多的CH2基基團(tuán) 在 一 根 鏈 上 ，團(tuán) 在 一 根 鏈 上 ，72010 cm-1是是CH2基基團(tuán)的搖擺振動(dòng)。團(tuán)的搖擺振動(dòng)。譜圖解析譜圖解析正己烷正己烷made by wuying紅外透射光譜的紅外透射光譜的樣品制備與數(shù)據(jù)樣品制備與數(shù)據(jù)處理處理made by wuying一、一、 透射光譜的樣品制備透射光譜的樣品制備 要得到一張高質(zhì)量的譜圖，除需要好的要得到一張高質(zhì)量的譜圖，除需要好的儀器、合適的操作條件外，樣品的制備技術(shù)儀器、合適的操作條件外，樣品的制備技術(shù)也很重要。也很重要。 紅外吸收譜帶的位置、強(qiáng)度和形狀隨測紅外吸收譜帶的位置、強(qiáng)度和形狀隨測定時(shí)樣品的物理狀態(tài)和制

52、樣方法而變化。定時(shí)樣品的物理狀態(tài)和制樣方法而變化。made by wuying如：同一種樣品如：同一種樣品 氣態(tài)紅外譜圖氣態(tài)紅外譜圖液態(tài)紅外譜圖液態(tài)紅外譜圖 固態(tài)紅外譜圖固態(tài)紅外譜圖是不同的是不同的 同一種固態(tài)樣品同一種固態(tài)樣品 不同譜形不同譜形顆粒大顆粒大顆粒小顆粒小 為了清楚研究一個(gè)樣品中弱吸收譜帶及強(qiáng)吸為了清楚研究一個(gè)樣品中弱吸收譜帶及強(qiáng)吸收譜帶，需要在幾個(gè)不同厚度或不同濃度的條件收譜帶，需要在幾個(gè)不同厚度或不同濃度的條件下對(duì)樣品進(jìn)行測量。下對(duì)樣品進(jìn)行測量。made by wuying 各種不同的樣品有不同的處理技術(shù)，一種樣各種不同的樣品有不同的處理技術(shù)，一種樣品往往有幾種制樣方法可供選

53、擇，因此需要根據(jù)品往往有幾種制樣方法可供選擇，因此需要根據(jù)具體情況如樣品狀態(tài)，分析目的等具體的樣品制具體情況如樣品狀態(tài)，分析目的等具體的樣品制備方法。備方法。 色散型（棱鏡、光柵）儀器中狹縫形狀為長色散型（棱鏡、光柵）儀器中狹縫形狀為長方形。方形。 FTIR不 用 單 色 器 ， 光 欄 為 圓 形 。不 用 單 色 器 ， 光 欄 為 圓 形 。FTIR用的樣品支架的開孔，樣品池的橫截面用的樣品支架的開孔，樣品池的橫截面及所用的窗片等透光部位的形狀一般都為圓形及所用的窗片等透光部位的形狀一般都為圓形。made by wuying1. 中紅外區(qū)的透光材料中紅外區(qū)的透光材料 制備樣品時(shí)常常需要使

54、用一些窗片、基質(zhì)等透制備樣品時(shí)常常需要使用一些窗片、基質(zhì)等透光材料。不同光學(xué)材料透過電磁波的波長范圍、光材料。不同光學(xué)材料透過電磁波的波長范圍、物理性能均有所不同。物理性能均有所不同。表表3-1 中紅區(qū)一些透光材料的物理性質(zhì)中紅區(qū)一些透光材料的物理性質(zhì) 材料材料 名稱名稱 化學(xué)化學(xué) 組成組成 透光范圍透光范圍（cm1） 水中溶解度水中溶解度（g/100ml水）水） 折射率折射率 氯化鈉氯化鈉 NaCl5000 625 35.7（0） 1.54溴化鉀溴化鉀 KBr5000 400 53.5（0） 1.56made by wuying表表2 中紅外區(qū)一些透光材料的物理性質(zhì)中紅外區(qū)一些透光材料的物理

55、性質(zhì) 材料材料 名稱名稱 化學(xué)化學(xué) 組成組成 透光范圍透光范圍（cm1） 水中溶解度水中溶解度（g/100ml水）水） 折射率折射率 碘化銫碘化銫 CsI 5000 165 44.0（0） 1.79 KRS5(溴溴碘化鉈碘化鉈) TlBr,TlI 5000 250 0.02（20） 2.37 氯化銀氯化銀 AgCl 5000 435 不溶不溶 2.0 溴化銀溴化銀 AgBr 5000 285 不溶不溶 2.2 氟化鋇氟化鋇 BaF2 5000 830 0.17（20） 1.46 氟化鈣氟化鈣 CaF2 50001110 0.0016（20） 1.43 made by wuying表表2 中紅外

56、區(qū)一些透光材料的物理性質(zhì)中紅外區(qū)一些透光材料的物理性質(zhì) 材料材料 名稱名稱 化學(xué)化學(xué) 組成組成 透光范圍透光范圍（cm1） 水中溶解度水中溶解度（g/100ml水）水） 折射率折射率 硫化鋅硫化鋅 ZnS 5000 710 不溶不溶 2.2 硒化鋅硒化鋅 ZnSe 5000 500 不溶不溶 2.4 金剛石金剛石（） C 3400 2700；1650 600 不溶不溶 2.42 鍺鍺 Ge 5000 430 不溶不溶 4.0 硅硅 Si 5000 660 不溶不溶 3.4 *透光范圍的低限往往與材料有關(guān)。厚度不同，透光的低限波數(shù)不透光范圍的低限往往與材料有關(guān)。厚度不同，透光的低限波數(shù)不一樣，如

57、一樣，如3mm的碘化銫晶片，低限只能到的碘化銫晶片，低限只能到200 cm1,如用如用70100mg碘化銫粉末壓片，低限可測量到碘化銫粉末壓片，低限可測量到100 cm1。made by wuying（一）NaCl NaCl是無色透明的立方晶體，易劈開，表是無色透明的立方晶體，易劈開，表面易刻出劃痕并易受空氣中微量水分侵蝕而使面易刻出劃痕并易受空氣中微量水分侵蝕而使透明度下降，但很易拋光。透明度下降，但很易拋光。NaCl窗片是最常用窗片是最常用的一種窗片，常用于液體池、氣體池中。的一種窗片，常用于液體池、氣體池中。NaCl窗片經(jīng)適當(dāng)退火處理可用于高溫池（窗片經(jīng)適當(dāng)退火處理可用于高溫池（250）

58、，），在熱沖擊或機(jī)械沖擊下易碎裂，任何加熱、在熱沖擊或機(jī)械沖擊下易碎裂，任何加熱、冷冷卻、加壓、降壓均需緩慢進(jìn)行。卻、加壓、降壓均需緩慢進(jìn)行。made by wuying（二）KBr KBr是無色透明的立方晶體，與是無色透明的立方晶體，與NaCl晶晶體一樣，易被劈開，表面易劃出刻痕并因吸體一樣，易被劈開，表面易劃出刻痕并因吸水而使晶體透明度下降，易于拋光，但不易水而使晶體透明度下降，易于拋光，但不易拋亮。拋亮。KBr窗片是最常用的一種窗片，其粉窗片是最常用的一種窗片，其粉末在固體壓片制樣中廣泛用作基質(zhì)材料。末在固體壓片制樣中廣泛用作基質(zhì)材料。KBr窗片在退火處理后可用作高溫池窗片窗片在退火處理

59、后可用作高溫池窗片（250）。）。made by wuying（三）CaF2 俗稱螢石俗稱螢石CaF2晶體，不耐機(jī)械沖擊和熱沖晶體，不耐機(jī)械沖擊和熱沖擊，易斷裂，不太適于高溫或低溫使用，很難擊，易斷裂，不太適于高溫或低溫使用，很難拋光。拋光。CaF2幾乎不溶于水，其晶片在使用過幾乎不溶于水，其晶片在使用過程中不會(huì)變模糊。程中不會(huì)變模糊。（還有碘化銫、氯化銀、溴化銀、氟化鋇、硫（還有碘化銫、氯化銀、溴化銀、氟化鋇、硫化鋅、硒化鋅、金剛石、鍺、硅等）化鋅、硒化鋅、金剛石、鍺、硅等）made by wuyingKBr樣品：KBr 約為1：200made by wuyingmade by wuying

60、made by wuying2. 固體樣品的制備技術(shù)固體樣品的制備技術(shù) （一）鹵化物壓片法（一）鹵化物壓片法問題：為什么要采用鹵化物壓片法？問題：為什么要采用鹵化物壓片法？ 對(duì)于固體粉末樣品，散射的影響很大，往往對(duì)于固體粉末樣品，散射的影響很大，往往使譜圖失真。如直接用粉末進(jìn)行測量，則大部分使譜圖失真。如直接用粉末進(jìn)行測量，則大部分紅外光紅外光由于散射而損失由于散射而損失。散射強(qiáng)度與樣品和其周。散射強(qiáng)度與樣品和其周圍介質(zhì)的折射率差成正比，因此如將粉末分散在圍介質(zhì)的折射率差成正比，因此如將粉末分散在具有與樣品相近折射率的基質(zhì)（液體或固體）中，具有與樣品相近折射率的基質(zhì)（液體或固體）中，散射就會(huì)大