紅外光譜分析紅外吸收光譜法ppt課件

1、紅外吸收光譜法紅外吸收光譜法紅外光譜原理紅外光譜原理紅外分光光度計(jì)及樣品樣品制備紅外分光光度計(jì)及樣品樣品制備紅外光譜分析在制漿造紙中的運(yùn)用 第一節(jié) 紅外光譜原理一.根本概念1.紅外光區(qū)劃分： 近紅外區(qū)：0.752.5 m，133334000/cm, 泛音區(qū)用于研討單鍵的倍頻、組頻吸收，可用于蛋白質(zhì)、水分、淀粉、油、類脂、農(nóng)產(chǎn)品中的纖維素等的定量分析，還可用于氣體混合物的定量分析。 中紅外區(qū)，：2.525 m，4000400/cm, 基頻振動(dòng)區(qū)各種基團(tuán)基頻振動(dòng)吸收，可用于氣體、固體、液體純真物或化合物的定性、定量分析。 遠(yuǎn)紅外區(qū)：25 m以上， 轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)價(jià)鍵轉(zhuǎn)動(dòng)、晶格轉(zhuǎn)動(dòng)，課用于純無機(jī)或金屬有機(jī)化

2、合物的定性分析。 由于基頻振動(dòng)是紅外光譜中吸收最強(qiáng)的振動(dòng)，所以通常所指的紅外光譜法是在中紅外光譜區(qū)進(jìn)展的光譜分析法。 2.根本概念 a.偶極矩：當(dāng)化學(xué)鍵兩端的電子電負(fù)性不同時(shí)，電中性的分子便產(chǎn)生負(fù)電中心的分別，成為極性分子，極性大小用偶極矩衡量，rq，即正、負(fù)電荷中心間的間隔r和電荷中心所帶電量q的乘積。 b.基頻：常溫下分子處于最低振動(dòng)能級(jí)，此時(shí)叫基態(tài)，V=0。 從基態(tài)V0躍遷到第一激發(fā)態(tài)V=1，V0V1產(chǎn)生的吸收帶較強(qiáng)，叫基頻或基峰。 c.倍頻：從基態(tài)躍遷到第二激發(fā)態(tài)甚至第三激發(fā)態(tài)，V0V2或V0V3的躍遷產(chǎn)生的吸收帶依次減弱，叫倍頻吸收，用21等表示。 3.紅外光光譜的產(chǎn)生條件：紅外光光

3、譜的產(chǎn)生條件： 紅外光譜是由于分子振動(dòng)能級(jí)同時(shí)伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷而產(chǎn)生的，物質(zhì)吸收紅外輻射應(yīng)滿足兩個(gè)條件： 1輻射光具有的能量與發(fā)生振動(dòng)躍遷時(shí)所需的能量相等； 2輻射與物質(zhì)之間有巧協(xié)作用，即有偶極矩的變化。4.譜圖構(gòu)造 IRIR光譜表示法：光譜表示法： 橫坐標(biāo)為吸收波橫坐標(biāo)為吸收波m m，或吸收頻率，或吸收頻率波數(shù)波數(shù)/cm/cm 縱坐標(biāo)常用百分透過縱坐標(biāo)常用百分透過率率T%T%表示表示 從譜圖可得信息：從譜圖可得信息： 1 1 吸收峰的位置吸收峰的位置 2 2 吸收峰的強(qiáng)度吸收峰的強(qiáng)度 3 3 吸收峰的外形吸收峰的外形 ( (尖峰、寬峰、肩峰尖峰、寬峰、肩峰) )5.紅外光譜的特點(diǎn)1 1紅外光

4、譜不破壞樣品。紅外光譜不破壞樣品。2 2紅外光譜特征性高。由于紅外光譜信息多，可紅外光譜特征性高。由于紅外光譜信息多，可以對(duì)不同構(gòu)造的化合物給出特征性的譜圖，從以對(duì)不同構(gòu)造的化合物給出特征性的譜圖，從“指指紋區(qū)就可以確定化合物的異同。紋區(qū)就可以確定化合物的異同。3 3分析時(shí)間短。采用傅里葉變換紅外光譜儀在一分析時(shí)間短。采用傅里葉變換紅外光譜儀在一秒鐘以內(nèi)就可完成掃描，為快速分析的動(dòng)力學(xué)研秒鐘以內(nèi)就可完成掃描，為快速分析的動(dòng)力學(xué)研討提供了非常有用的工具。討提供了非常有用的工具。4 4所需樣品用量少，且可以回收。紅外光譜分析所需樣品用量少，且可以回收。紅外光譜分析一次用樣量約一次用樣量約15mg1

5、5mg，有時(shí)甚至可以只用幾十微克。，有時(shí)甚至可以只用幾十微克。1.雙原子分子振動(dòng)圖1 諧振子振動(dòng)表示圖用虎克定律來表示振動(dòng)頻率、原子質(zhì)量用虎克定律來表示振動(dòng)頻率、原子質(zhì)量和鍵力常數(shù)之間的關(guān)系：和鍵力常數(shù)之間的關(guān)系： = 12二.化學(xué)鍵的振動(dòng)1 K為鍵力常數(shù)，其含義是兩個(gè)原子由平衡位置伸長為鍵力常數(shù)，其含義是兩個(gè)原子由平衡位置伸長0.1nm(lA0)后的回復(fù)力，單位是后的回復(fù)力，單位是 dyn/cm。 為折合質(zhì)量。為折合質(zhì)量。 =m1m2/m1+m2 (m為原子質(zhì)量為原子質(zhì)量) 原子質(zhì)量用相對(duì)原子量替代原子質(zhì)量用相對(duì)原子量替代: m1=M1/N, m2=M2/N 。 M1、M2為原子量，為原子量

6、，N為阿佛加德羅常數(shù)。為阿佛加德羅常數(shù)。 將將、c和和N的數(shù)值代入的數(shù)值代入(2)式，并指定將鍵力常數(shù)中的式，并指定將鍵力常數(shù)中的105代入。代入。cN21051307 1307 (cm-1)12c=cN2105Cm-1 (2) 為折合原子量為折合原子量M MMM1212= 由此式可見，影響根本振動(dòng)頻率的直接要素是相對(duì)原子質(zhì)量和化學(xué)鍵的力常數(shù)。2.多原子分子振動(dòng) 對(duì)于多原子分子中的每個(gè)化學(xué)鍵也可以看成一個(gè)諧振子。 以亞甲基的分子振動(dòng)為例，將振動(dòng)分為伸縮振動(dòng)和變形振動(dòng)。 亞甲基的振動(dòng)伸縮振動(dòng)對(duì)稱伸縮振動(dòng)不對(duì)稱伸縮振動(dòng)變形振動(dòng)面內(nèi)變形振動(dòng)面外變形振動(dòng)面內(nèi)搖擺剪式振動(dòng)面外搖擺扭曲振動(dòng)Sass面內(nèi)面外

7、ass 躍遷時(shí)能級(jí)變化的大小為：躍遷時(shí)能級(jí)變化的大小為： 。 能級(jí)變化大的出峰在高頻區(qū)，即波數(shù)值大；能級(jí)變化小能級(jí)變化大的出峰在高頻區(qū)，即波數(shù)值大；能級(jí)變化小的出峰在低頻區(qū)，即波數(shù)值小。的出峰在低頻區(qū)，即波數(shù)值小。 譜帶的位置譜帶的位置(波數(shù)波數(shù))由能級(jí)變化的大小確定。由能級(jí)變化的大小確定。 譜帶的位置譜帶的位置(波數(shù)波數(shù))也就是振動(dòng)時(shí)吸收紅外線的波數(shù)。也就是振動(dòng)時(shí)吸收紅外線的波數(shù)。譜帶的強(qiáng)度主要由兩個(gè)要素決議：譜帶的強(qiáng)度主要由兩個(gè)要素決議： 一是躍遷的幾率，躍遷的幾率大，吸收峰也就強(qiáng)。一是躍遷的幾率，躍遷的幾率大，吸收峰也就強(qiáng)。 二是振動(dòng)中偶極矩變化的程度。瞬間偶極矩變化越二是振動(dòng)中偶極矩變

8、化的程度。瞬間偶極矩變化越大，吸收峰越強(qiáng)。大，吸收峰越強(qiáng)。 躍遷的幾率與振動(dòng)方式有關(guān)躍遷的幾率與振動(dòng)方式有關(guān): 基頻基頻(V0V1)躍遷幾率大，所以吸收較強(qiáng)；躍遷幾率大，所以吸收較強(qiáng)； 倍頻倍頻(V0V2)雖然偶極矩變化大，但躍率幾率很低，雖然偶極矩變化大，但躍率幾率很低，使峰強(qiáng)反而很弱。使峰強(qiáng)反而很弱。3、振動(dòng)的量子化處置、振動(dòng)的量子化處置 根據(jù)量子力學(xué)，其分子的振動(dòng)能 E(+1/2)h v振 在光譜學(xué)中，體系從能量E變到能量E1，要遵照一定的規(guī)那么，即選擇定那么，諧振子振動(dòng)能級(jí)的選擇定那么1。由選擇定那么可知，振動(dòng)能級(jí)躍遷只能發(fā)生在相鄰的能級(jí)間 。 khE2)2/1( 根據(jù)選擇定那么：可得

9、任一相鄰能級(jí)間能量差為： 當(dāng)照射的電磁輻射能正好能使振動(dòng)能級(jí)躍遷時(shí)：khE2khhvE2光振khhvhv2光振k21vv光振kcv21由式看出：分子固有振動(dòng)頻率也就是它由式看出：分子固有振動(dòng)頻率也就是它所能吸收的輻射光的頻率。所能吸收的輻射光的頻率。 由于振動(dòng)能級(jí)是量子化的，因此分子振動(dòng)將只能吸收一定的能量，吸收能量后，從而使振動(dòng)的振幅加大。這種吸收的能量將取決于鍵力常數(shù)k與兩端銜接的原子的質(zhì)量，即取決于分子內(nèi)部的特征。這就是紅外光譜可以測定化合物構(gòu)造的實(shí)際根據(jù)。 4.根本振動(dòng)的實(shí)際數(shù)與吸收峰根本振動(dòng)的實(shí)際數(shù)與吸收峰 簡正振動(dòng)的數(shù)目稱為振動(dòng)自在度，每簡正振動(dòng)的數(shù)目稱為振動(dòng)自在度，每個(gè)振動(dòng)自在度

10、相應(yīng)于紅外光譜圖上一個(gè)個(gè)振動(dòng)自在度相應(yīng)于紅外光譜圖上一個(gè)基頻吸收峰。每個(gè)原子在空間都有三個(gè)基頻吸收峰。每個(gè)原子在空間都有三個(gè)自在度，假設(shè)分子由自在度，假設(shè)分子由n 個(gè)原子組成，其運(yùn)個(gè)原子組成，其運(yùn)動(dòng)自在度就有動(dòng)自在度就有3n 個(gè)，這個(gè)，這3n個(gè)運(yùn)動(dòng)自在度個(gè)運(yùn)動(dòng)自在度中，包括中，包括3個(gè)分子整體平動(dòng)自在度，個(gè)分子整體平動(dòng)自在度，3個(gè)個(gè)分子整體轉(zhuǎn)動(dòng)自在度，剩下的是分子的分子整體轉(zhuǎn)動(dòng)自在度，剩下的是分子的振動(dòng)自在度。對(duì)于非線性分子振動(dòng)自在振動(dòng)自在度。對(duì)于非線性分子振動(dòng)自在度為度為3n6， 但對(duì)于線性分子，其振動(dòng)但對(duì)于線性分子，其振動(dòng)自在度是自在度是3n5。例如水分子是非線性分。例如水分子是非線性分子

11、，其振動(dòng)自在度子，其振動(dòng)自在度=336=3. 在紅外光譜區(qū)均產(chǎn)生一個(gè)吸收峰，但是在紅外光譜區(qū)均產(chǎn)生一個(gè)吸收峰，但是實(shí)踐上峰數(shù)往往少于根本振動(dòng)數(shù)目。其緣實(shí)踐上峰數(shù)往往少于根本振動(dòng)數(shù)目。其緣由：由： i 當(dāng)振動(dòng)過程中分子不發(fā)生瞬間偶極矩變當(dāng)振動(dòng)過程中分子不發(fā)生瞬間偶極矩變化時(shí)，不引起紅外吸收；化時(shí)，不引起紅外吸收； ii 頻率完全一樣的振動(dòng)彼此發(fā)生簡并；頻率完全一樣的振動(dòng)彼此發(fā)生簡并； iii 強(qiáng)寬峰往往要覆蓋與它頻率相近的弱強(qiáng)寬峰往往要覆蓋與它頻率相近的弱而窄的吸收峰；而窄的吸收峰； iv 吸收峰有時(shí)落在中紅外區(qū)域以外；吸收峰有時(shí)落在中紅外區(qū)域以外； v 吸收強(qiáng)度太弱，以致無法測定。吸收強(qiáng)度太弱

12、，以致無法測定。二二.紅外吸收光譜與分子構(gòu)造關(guān)系紅外吸收光譜與分子構(gòu)造關(guān)系 1.基團(tuán)頻率區(qū) 紅外光譜區(qū)可分成4 0001 300cm-1和1 300400cm-1兩個(gè)區(qū)域。基團(tuán)頻率區(qū)在4 0001 300cm-1之間，這一區(qū)域稱為基團(tuán)頻率區(qū)、官能團(tuán)區(qū)或特征頻率區(qū)。區(qū)內(nèi)的峰是由伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的吸收帶，常用于鑒定官能團(tuán)。 基團(tuán)頻率區(qū)又可分為三個(gè)區(qū)域： i4 0002 500cm-1為OH、NH、CH的伸縮振動(dòng)區(qū)。 ii2 5001 900cm-1為叁鍵和累計(jì)雙鍵區(qū) iii1 9001 200cm-1為雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)。 2 .指紋區(qū)i1 8001 000cm-1區(qū)域主要是CO、CN等單鍵的伸縮振動(dòng)吸收

13、及CC單鍵骨架的振動(dòng)。 ii1 000650cm-1區(qū)域主要是CH的彎曲振動(dòng)吸收。其吸收峰可用來確定化合物的順反構(gòu)型或苯環(huán)的取代類型。 烯烴的=CH吸收譜帶出現(xiàn)于1 000700cm-1 芳香環(huán)的=CH振動(dòng)吸收在900650cm-1出現(xiàn)12個(gè)強(qiáng)度相當(dāng)大的譜帶，它們的位置取決于苯環(huán)的取代類型 1知分子式計(jì)算不飽和度知分子式計(jì)算不飽和度222banU其中n為分子中4價(jià)原子的數(shù)目，如C，Si；a為 分子中3價(jià)原子的數(shù)目，如P，N；b為分子中1價(jià)原子的數(shù)目，如H，F(xiàn)，Cl，Br，I。氧和硫的存在對(duì)不飽和度沒有影響。01245UUUUU分子中無雙鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)分子中可能含一個(gè)雙鍵或一個(gè)環(huán)分子中可能含兩個(gè)雙

14、鍵，或一個(gè)雙鍵環(huán)，或一個(gè)叁鍵分子中可能含苯環(huán)分子中可能含苯環(huán)一個(gè)雙鍵 2 特征區(qū) a 化合物具有哪些官能團(tuán)，第一強(qiáng)峰有能夠估計(jì)出化合物類別； b 確定化合物是芳香族還是脂肪族，飽和烴還是不飽和烴，主要有CH伸縮振動(dòng)類型來判別。CH伸縮振動(dòng)多發(fā)生在3 1002 800cm-1之間，以3 000 cm-1為界，高于3 000 cm-1為不飽和烴，低于3 000 cm-1為飽和烴。芳香族化合物的苯環(huán)骨架振動(dòng)吸收在1 620 1 470cm-1之間，假設(shè)在160020、150025 cm-1有吸收，確定化合物是芳香族。3指紋區(qū)指紋區(qū)a 作為化合物含有什么基團(tuán)的旁證，指作為化合物含有什么基團(tuán)的旁證，指紋

15、區(qū)許多吸收峰都是特征區(qū)吸收峰的紋區(qū)許多吸收峰都是特征區(qū)吸收峰的相關(guān)峰。相關(guān)峰。b 確定化合物的細(xì)微構(gòu)造確定化合物的細(xì)微構(gòu)造 總的圖譜解析可歸納為：先特征，后指紋；先最強(qiáng)峰，后次強(qiáng)峰；先粗查，后細(xì)找；先否認(rèn)，后一定。一抓一組相關(guān)峰。光譜解析先從特征區(qū)第一強(qiáng)峰入手，確認(rèn)能夠的歸屬，然后找出與第一強(qiáng)峰相關(guān)的峰。第一強(qiáng)峰確認(rèn)后，再依次解析特征區(qū)第二強(qiáng)峰、第三強(qiáng)峰，方法同上。對(duì)于簡單的光譜，普通解析一、兩組相關(guān)峰即可確定未知物的分子構(gòu)造。對(duì)于復(fù)雜化合物的光譜由于官能團(tuán)的相互影響，解析困難，可粗略解析后，查對(duì)規(guī)范光譜或進(jìn)展綜合光譜解析。 舉例： 例：由元素分析某化合物的分子式為C4H6O2，測得紅外光譜如

16、圖，試推測其構(gòu)造。 解： 由分子式計(jì)算不飽和度U = 46/21= 2 特征區(qū)：3 070cm-1有弱的不飽和CH伸縮振動(dòng)吸收，與1 650cm-1的vc=c 譜帶對(duì)應(yīng)闡明有烯鍵存在，譜帶較弱，是被極化了的烯鍵。 1 765cm-1強(qiáng)吸收譜帶闡明有羰基存在，結(jié)合最強(qiáng)吸收譜帶1 230cm-1和1 140cm-1的C-O-C吸收應(yīng)為酯基。 這個(gè)化合物屬不飽和酯，根據(jù)分子式有如下構(gòu)造： 1 CH2=CHCOOCH3 丙烯酸甲酯 2 CH3COOCH=CH2 醋酸乙烯酯 這兩種構(gòu)造的烯鍵都遭到臨近基團(tuán)的極化，吸收強(qiáng)度較高。 普通酯的vC=O在1 745cm-1附近，構(gòu)造1由于共軛效應(yīng)vC=O頻率較低

17、，估計(jì)在1700cm-1左右，且甲基的對(duì)稱變形振動(dòng)頻率在1 440cm-1處，與譜圖不符。譜圖的特點(diǎn)與構(gòu)造2一致，vC=O頻率較高以及甲基對(duì)稱變形振動(dòng)吸收向低頻位移1 365cm-1，強(qiáng)度添加，闡明有CH3COC構(gòu)造單元。vsC-O-C升高至1 140cm-1處。且強(qiáng)度添加，闡明不飽和酯。 指紋區(qū)：=CH 出如今955和880cm-1，由于烯鍵遭到極化，比正常的乙烯基=CH位置990和910cm-1稍低。 由上圖譜分析，化合物的構(gòu)造為2，可與規(guī)范圖譜對(duì)照 三. 影響基團(tuán)頻率位移的要素 影響基團(tuán)頻率位移的要素大致可分為內(nèi)部要素和外部要素。內(nèi)部要素有以下幾種： 1. 外部要素 試樣形狀、測定條件的

18、不同及溶劑極性的影響等外部要素都會(huì)引起頻率位移。普通氣態(tài)時(shí) C=O伸縮振動(dòng)頻率最高，非極性溶劑的稀溶液次之，而液態(tài)或固態(tài)的振動(dòng)頻率最低。 同一化合物的氣態(tài)和液態(tài)光譜或固態(tài)光譜有較大的差別，因此在查閱規(guī)范圖譜時(shí)，要留意試樣形狀及制樣方法等。2. 內(nèi)部要素內(nèi)部要素 1電子效應(yīng) i誘導(dǎo)效應(yīng)I效應(yīng)。由于取代基具有不同的電負(fù)性，經(jīng)過靜電誘導(dǎo)作用，引起分子中電子分布的變化，從而改動(dòng)了鍵力常數(shù)，使基團(tuán)的特征頻率發(fā)生位移。例如，羰基C = O的伸縮振動(dòng)，隨著銜接基團(tuán)電負(fù)性的變化，C=O的伸縮振動(dòng)頻率變化情況如下 RCClFRO-+CROClCOClCOF 1 715cm-1 1 800cm-1 1 828cm

19、-1 1 928cm-1 ii共軛效應(yīng)C效應(yīng)。共軛效應(yīng)使共軛體系中的電子云密度平均化，結(jié)果使原來的雙鍵略有伸長即電子云密度降低，力常數(shù)減小，使其吸收頻率往往向低波數(shù)方向挪動(dòng)。例如酮的C=O，因與苯環(huán)共軛而使C=O的力常數(shù)減小，振動(dòng)頻率降低。RCOCORRCO 1 715cm-1 1 680cm-1 1 665cm-1 iii中介效應(yīng)M效應(yīng)。當(dāng)含有孤對(duì)電子的原子O、N、S等與具有多重鍵的原子相連時(shí)，也可起類似的共軛作用，成為中介效應(yīng)。例如，酰胺 RNH2CO 1 650cm-1 RCOO R1 735cm-1 2氫鍵的影響氫鍵的影響 RCOOH（游離）RCO.HOCO.HOR(二聚體) 氫鍵的構(gòu)

20、成使電子云密度平均化，從而使伸縮氫鍵的構(gòu)成使電子云密度平均化，從而使伸縮振動(dòng)頻率降低。振動(dòng)頻率降低。 1 760cm-1 1 700cm-13振動(dòng)巧合振動(dòng)巧合 當(dāng)兩個(gè)振動(dòng)頻率一樣或相近的基團(tuán)相鄰并具有一公共原子時(shí)，由于一個(gè)鍵的振動(dòng)經(jīng)過公共原子使另一個(gè)鍵的長度發(fā)生改動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)“微擾，從而構(gòu)成了劇烈的振動(dòng)相互作用。其結(jié)果是使振動(dòng)頻率發(fā)生變化，一個(gè)向高頻挪動(dòng)，一個(gè)向低頻挪動(dòng)，譜帶裂分。 CCOOORRCCOOORR 1 820cm-1 1 760cm-1 4Fermi共振 當(dāng)一振動(dòng)的倍頻與另一振動(dòng)的基頻接近時(shí)，由于發(fā)生相互作用而產(chǎn)生很強(qiáng)的吸收峰或發(fā)生裂分，這種景象叫Fermi共振。 C O C I

21、C O1 773cm-1和1 736 cm-1出現(xiàn)兩個(gè)C=O吸收峰。其它影響要素還有空間效應(yīng)、環(huán)的張力等， 第二節(jié)第二節(jié) 紅外光譜儀器及樣品制備紅外光譜儀器及樣品制備一、 紅外分光光度計(jì)的構(gòu)造及任務(wù)原理1、色散型紅外分光光度計(jì)紫外分光光度計(jì)根本部件光源單色器樣品室檢測器紅外分光光度計(jì)根本部件光源單色器樣品室檢測器(1)光源：光源： 光源的作用是產(chǎn)生高強(qiáng)度、延續(xù)的紅外光。光源的作用是產(chǎn)生高強(qiáng)度、延續(xù)的紅外光。 a.硅碳棒。由硅碳砂加壓成型并經(jīng)鍛燒做成。任務(wù)溫度硅碳棒。由硅碳砂加壓成型并經(jīng)鍛燒做成。任務(wù)溫度13001500，任務(wù)壽命，任務(wù)壽命1000小時(shí)。硅碳棒不需求預(yù)熱，小時(shí)。硅碳棒不需求預(yù)熱，

22、壽命也較長。價(jià)錢廉價(jià)。壽命也較長。價(jià)錢廉價(jià)。 紅外分光光度計(jì)的主要部件紅外分光光度計(jì)的主要部件: b.能斯特?zé)?。由稀土金屬氧化物加壓成型后在高溫下燒能斯特?zé)?。由稀土金屬氧化物加壓成型后在高溫下燒結(jié)而成。要點(diǎn)亮這種燈要預(yù)熱到結(jié)而成。要點(diǎn)亮這種燈要預(yù)熱到700以上。能斯特?zé)魤垡陨?。能斯特?zé)魤勖L、穩(wěn)定性好，但價(jià)錢較貴，操作不如硅碳棒方便。命長、穩(wěn)定性好，但價(jià)錢較貴，操作不如硅碳棒方便。2樣品池 因玻璃、石英等資料不能透過紅外光，紅外吸收池要用可透過紅外光的NaCl、KBr、CsI等資料制成窗片。 固體試樣常與KBr混合后壓片進(jìn)展測定。 c.色散元件。色散元件是變復(fù)式光為單色光的部件。色散元件。色散

23、元件是變復(fù)式光為單色光的部件。 第一代紅外分光光度計(jì)的色散元件是棱鏡，棱鏡是用透第一代紅外分光光度計(jì)的色散元件是棱鏡，棱鏡是用透紅外光的紅外光的 KBr、NaF、CaF2，和，和LiF等鹽的單晶制成。等鹽的單晶制成。 第二代紅外光譜儀的色散元件是衍射光柵。第二代紅外光譜儀的色散元件是衍射光柵。 第三代紅外分光光度計(jì)的色散元件是邁克遜干涉儀，不第三代紅外分光光度計(jì)的色散元件是邁克遜干涉儀，不用狹縫。用狹縫。3分光系統(tǒng)分光系統(tǒng) 分光系統(tǒng)包括入射狹縫到出射狹縫這一部分。主要由分光系統(tǒng)包括入射狹縫到出射狹縫這一部分。主要由反射鏡、狹縫和分光器組成。作用是將復(fù)式光分解成單反射鏡、狹縫和分光器組成。作用是

24、將復(fù)式光分解成單色光。分光系統(tǒng)也叫單色器。色光。分光系統(tǒng)也叫單色器。 a.狹縫。狹縫。 b.反射鏡。反射鏡。4 4檢測器檢測器 檢測器是丈量紅外光強(qiáng)度的大小檢測器是丈量紅外光強(qiáng)度的大小并將其變?yōu)殡娪嵦?hào)的安裝。色散型紅并將其變?yōu)殡娪嵦?hào)的安裝。色散型紅外光譜的檢測器有兩類：熱檢測器和外光譜的檢測器有兩類：熱檢測器和光檢測器。熱檢測器包括熱電偶、測光檢測器。熱檢測器包括熱電偶、測輻射熱計(jì)、熱點(diǎn)檢測器等，目前常用輻射熱計(jì)、熱點(diǎn)檢測器等，目前常用熱電檢測。其原理是將大量光子的累熱電檢測。其原理是將大量光子的累積能量，經(jīng)過熱效應(yīng)，轉(zhuǎn)換成課檢測積能量，經(jīng)過熱效應(yīng)，轉(zhuǎn)換成課檢測的呼應(yīng)值。光檢測器是一種半導(dǎo)體安

25、的呼應(yīng)值。光檢測器是一種半導(dǎo)體安裝，利用光導(dǎo)效應(yīng)檢測。裝，利用光導(dǎo)效應(yīng)檢測。2、傅里葉變換紅外光譜儀FTIR 邁克爾遜干涉儀構(gòu)造表示圖 干涉圖 傅里葉變換光學(xué)測定的原理：用邁克遜干涉儀色散，產(chǎn)生時(shí)間域函數(shù)。傅里葉變換是經(jīng)過一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，把時(shí)間域函數(shù)和頻率域表示法聯(lián)絡(luò)起來。 Nicolet 5700傅里葉變換紅外光譜儀制造廠家：美國Thermo Nicolet熱電 尼 高力儀器公司儀器的主要技術(shù)目的:分辨率：優(yōu)于0.1cm-1; 光譜范圍：7800-350cm-1; 波數(shù)精度：優(yōu)于0.07%； 靈敏度:小于9.65*10-5Abs；性噪比優(yōu)于45000:1快掃描：65張/秒16cm-1分辨率下

26、美國Thermo Nicolet NEXUS系列670技術(shù)目的 波數(shù)范圍:50cm-1_120000 cm-1;信噪比:33400：1分辨率：0.1cm-1：線性度：0.07 傅里葉變換紅外光譜儀的任務(wù)原理和色散型的紅外分光光度計(jì)是完全不同的，它沒有單色器和狹縫，是利用一個(gè)邁克爾干涉儀獲得入射光的干涉圖，經(jīng)過數(shù)學(xué)運(yùn)算傅里葉變換把干涉圖變成紅外光譜圖 FTIR不用狹縫，消除了狹縫對(duì)光譜能量的限制，使光能的利用率大大提高。 傅里葉變換紅外光譜儀主要由光源硅碳棒、高壓汞燈等、干涉儀(色散元件)、檢測器、計(jì)算機(jī)和記錄系統(tǒng)組成。 傅里葉變換紅外分光光度計(jì)還具有以下特點(diǎn)傅里葉變換紅外分光光度計(jì)還具有以下特

27、點(diǎn): 1分辨率高，可達(dá)分辨率高，可達(dá)0.lcm-1，波數(shù)準(zhǔn)確度高，波數(shù)準(zhǔn)確度高達(dá)達(dá)0.0lcm-1。 2掃描時(shí)間短，在幾非常之一秒內(nèi)可掃描掃描時(shí)間短，在幾非常之一秒內(nèi)可掃描一次。可用于快速化學(xué)反響的追蹤、研討瞬間一次?？捎糜诳焖倩瘜W(xué)反響的追蹤、研討瞬間的變化、處理氣相色譜和紅外的聯(lián)用問題。的變化、處理氣相色譜和紅外的聯(lián)用問題。 3極高的靈敏度?？稍诙虝r(shí)間內(nèi)進(jìn)展多次極高的靈敏度?？稍诙虝r(shí)間內(nèi)進(jìn)展多次掃描，使樣品信號(hào)累加、儲(chǔ)存。噪音可以平滑掃描，使樣品信號(hào)累加、儲(chǔ)存。噪音可以平滑掉，提高了靈敏度?？梢杂糜诤哿糠治觥悠返?，提高了靈敏度?？梢杂糜诤哿糠治?。樣品量可以少到量可以少到10-910-11g

28、?？梢耘c?？梢耘cGC連用，連用，GC-FTIR。二、 樣品制備技術(shù) 1.本卷須知： a.試樣的濃度和測試厚度應(yīng)選擇適當(dāng)。濃度太小，厚度太薄，會(huì)使一些弱的吸收峰和光譜的細(xì)微部分不能顯示出來；過大，過厚，又會(huì)使強(qiáng)的吸收峰超越標(biāo)尺刻度而無法確定它的真實(shí)位置。 b.試樣中不應(yīng)含有游離水。水分的存在不僅會(huì)侵蝕吸收池的鹽窗，而且水分本身在紅外區(qū)有吸收，將使測得的光譜圖變形。 c.試樣應(yīng)該是單一組分的純物質(zhì)，防止各組分光譜相互重疊，以致對(duì)譜圖無法進(jìn)展正確的解釋。2.固體樣品制備 a 溴化鉀壓片。粉末樣品常采用壓片法，普通取試樣23mg樣品與200300mg枯燥的KBr粉末在瑪瑙研缽中混勻，充分研細(xì)至顆粒直徑

29、小于2m，用不銹鋼鏟取7090mg放入壓片模具內(nèi)，在壓片機(jī)上用510107 Pa 壓力壓成透明薄片，即可用于測定。b 糊裝法。將枯燥處置后的試樣研細(xì)，與液體石蠟或全氟代烴混合，調(diào)成糊狀，加在兩KBr鹽片中間進(jìn)展測定。液體石蠟本身的吸收帶簡單，但此法不能用來研討飽和烷烴的吸收情況。c 溶液法。對(duì)于不宜研成細(xì)末的固體樣品，假設(shè)能溶于溶劑，可制成溶液，按照液體樣品測試的方法進(jìn)展測試。d 薄膜法。一些高聚物樣品，可制成薄膜直接進(jìn)展紅外光譜測定。3、液體樣品的制備、液體樣品的制備 a 液體池法。沸點(diǎn)較低，揮發(fā)性較大的試樣，可注入封鎖液體池中。液層厚度普通為0.011mm。b 液膜法。沸點(diǎn)較高的試樣，直接

30、滴在兩塊鹽片之間，構(gòu)成液膜。常用的紅外光譜溶劑應(yīng)在所測光譜區(qū)內(nèi)本身沒有劇烈吸收，不侵蝕鹽窗，對(duì)試樣沒有劇烈的溶劑化效應(yīng)等。4、氣態(tài)試樣的制備 氣態(tài)試樣可在氣體吸收池內(nèi)進(jìn)展測定，它的兩端粘有紅外透光的的NaCI或KBr窗片。先將氣體池抽真空，再將試樣注入。 當(dāng)樣品量特別少或樣品面積特別小時(shí)，必需采用光束聚焦器，并配有微量液體池、微量固體池和微量氣體池，采用全反射系統(tǒng)或用帶有鹵化堿透鏡的反射系統(tǒng)進(jìn)展丈量。第三節(jié)第三節(jié) 紅外吸收光譜在制漿造紙分析中的運(yùn)用紅外吸收光譜在制漿造紙分析中的運(yùn)用 在制漿造紙的分析中，紅外光譜法在制漿造紙的分析中，紅外光譜法主要用于木素、纖維素和半纖維素的定主要用于木素、纖維

31、素和半纖維素的定性和定量分析，著重于基團(tuán)分析及與它性和定量分析，著重于基團(tuán)分析及與它分析方法配合進(jìn)展分析化學(xué)構(gòu)造方面的分析方法配合進(jìn)展分析化學(xué)構(gòu)造方面的研討。同時(shí)，經(jīng)過對(duì)制漿造紙過程中紙研討。同時(shí)，經(jīng)過對(duì)制漿造紙過程中紙漿試樣紅外光譜的差別，推斷木素和糖漿試樣紅外光譜的差別，推斷木素和糖類的功能基及構(gòu)造的變化規(guī)律，了解其類的功能基及構(gòu)造的變化規(guī)律，了解其反響機(jī)理等。反響機(jī)理等。 木素的紅外光譜定性分析 紅外光譜研討木素構(gòu)造可以分為定性分析和定量分析兩類。紅外光譜定性分析大致可分為功能基定性和構(gòu)造分析兩個(gè)方面。功能基定性是根據(jù)木素的紅外光譜的特征吸收譜帶測定它有哪些功能基，而構(gòu)造分析通常是紅外光

32、譜與其他分析方法如質(zhì)譜、核磁共振、X-射線衍射、元素分析等相結(jié)合以確定其構(gòu)造。此外，還可進(jìn)一步在化學(xué)工藝過程中，功能基和構(gòu)造上所發(fā)生的變化。 紅外光譜定性和構(gòu)造分析普通有如下步驟。 1.試樣的制備 在采用紅外光譜法和其他方法對(duì)木素進(jìn)展定性和定量分析之前，需先采用適宜的方法將木素從原料或紙漿試樣中分別出來，并加以純化，制備成純真的木素試樣。 木素的分別方法有多種，可制得不同種類的分別木素，主要有：Brauns天然木素BNL，磨木木素MWL，二氧六環(huán)木素DL和纖維酶木素CEL或酶分別木素EIL，以及各種經(jīng)化學(xué)改性處置的木素Klason木素等。 目前以為磨木木素和纖維素酶木素是比較接近本來木素，而且

33、操作可行，是較好的木素分別方法。 2.制樣和繪制譜圖 木素分別試樣用研壓制成透明的試片，并用紅外分光光度計(jì)得到相應(yīng)的紅外譜圖。 3.譜圖的解析 對(duì)木素所含基團(tuán)確實(shí)定，是經(jīng)過所得試樣譜圖與前人證明的特征吸收峰的位置加以對(duì)照比較來確定的。二、定量分析定量分析原理定量分析原理 與其它分光光度法紫外、可見與其它分光光度法紫外、可見分光光度法一樣，紅外光譜定量分分光光度法一樣，紅外光譜定量分析是根據(jù)物質(zhì)組分的吸收峰強(qiáng)度來進(jìn)析是根據(jù)物質(zhì)組分的吸收峰強(qiáng)度來進(jìn)展的，它的實(shí)際根底是展的，它的實(shí)際根底是lambertbeer定律。定律。 近紅外光譜區(qū)介于可見光區(qū)與中紅外光區(qū)之間，波長范圍為0.752.5m， 渡數(shù)范圍為400013330/cm。由于近紅外光譜區(qū)與有機(jī)分子中含氫基團(tuán)(