紅外光譜分析技術(shù)

1、 通過(guò)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，本課程要求學(xué)生掌握現(xiàn)代儀器分析方法的原理和儀器的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)；要求學(xué)生具有根據(jù)分析的目的，結(jié)合學(xué)到的各種儀器分析方法的特點(diǎn)、應(yīng)用范圍，選擇適宜的分析方法的能力。并能夠較熟練的掌握分析儀器操作技術(shù)。電磁波譜法電磁波譜法熱分析熱分析色譜法色譜法電磁輻射的衍射與散射電磁輻射的衍射與散射電子分析法電子分析法本課程教學(xué)時(shí)數(shù)設(shè)置為54學(xué)時(shí)，具體教學(xué)內(nèi)容與對(duì)應(yīng)學(xué)時(shí)安排如下：緒論第一章 紅外光譜分析技術(shù)（鄒其超老師） 拉曼光譜分析技術(shù)（周吉老師） 熒光光譜分析技術(shù)（宋功武老師） 等離子體電感耦合發(fā)射光譜分析（熊華玉老師）第二章 核磁共振波譜分析（張金枝老師）第三章 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析

2、（盧翠芬老師） 液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析（張玉紅老師）第四章 電化學(xué)分析（張修華老師）第五章 透射電子顯微鏡分析 （馬志軍老師） 掃描電子顯微鏡分析 （馬志軍老師） 原子力顯微鏡分析 （馬志軍老師） 第六章 差熱掃描量熱分析（鄒其超老師） 熱失重分析 （鄒其超老師）第七章 X射線衍射分析 （張玉紅老師）主講人主講人 鄒其超鄒其超當(dāng)樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時(shí)，分子吸收某些頻率當(dāng)樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時(shí)，分子吸收某些頻率的輻射，并由其振動(dòng)運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起偶極矩的凈變化，產(chǎn)的輻射，并由其振動(dòng)運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起偶極矩的凈變化，產(chǎn)生的分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，從而形成的生

3、的分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，從而形成的分子吸收光譜稱為紅外光譜。又稱為分子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜。分子吸收光譜稱為紅外光譜。又稱為分子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜。紅外光譜的定義紅外光譜的定義分子中基團(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)光譜輻射分子振動(dòng)能級(jí)躍遷紅外光譜官能團(tuán)分子結(jié)構(gòu)區(qū)域名稱區(qū)域名稱波長(zhǎng)波長(zhǎng)(m)(m) 波數(shù)波數(shù)(cm(cm-1-1) )能級(jí)躍遷類型能級(jí)躍遷類型近紅外區(qū)近紅外區(qū)泛頻區(qū)泛頻區(qū)0.75-2.50.75-2.513158-400013158-4000OHOH、NHNH、CHCH鍵的倍鍵的倍頻吸收頻吸收中紅外區(qū)中紅外區(qū)基本振動(dòng)區(qū)基本振動(dòng)區(qū)

4、2.5-252.5-254000-4004000-400分子振動(dòng)，伴隨轉(zhuǎn)分子振動(dòng)，伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)遠(yuǎn)紅外區(qū)遠(yuǎn)紅外區(qū)分子轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)分子轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)25-30025-300400-10400-10分子轉(zhuǎn)動(dòng)分子轉(zhuǎn)動(dòng)透過(guò)率：透過(guò)率：T% = I/Io x 100%吸光度：吸光度：A = log1/T = logI/IoE = hn n = hc/l l仲丁基苯的紅外吸收光譜仲丁基苯的紅外吸收光譜紅外光譜圖紅外光譜圖：縱坐標(biāo)為吸收強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)（m ）和波數(shù)1/ 單位：cm-1可以用峰數(shù)，峰位，峰形，峰強(qiáng)來(lái)描述?；l峰基頻峰：振動(dòng)能級(jí)從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的吸收峰；：振動(dòng)能級(jí)從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的

5、吸收峰；泛頻峰泛頻峰：包括倍頻峰和組頻峰（分為合頻峰和差頻峰）；：包括倍頻峰和組頻峰（分為合頻峰和差頻峰）；特征區(qū)特征區(qū)：40001330cm-1(2.57.5 m)之間的高頻區(qū)；之間的高頻區(qū)；指紋區(qū)指紋區(qū)：1330400cm-1(7.525 m)之間的低頻區(qū)；之間的低頻區(qū)；特征峰特征峰：特征區(qū)中能用于鑒定原子基團(tuán)的吸收峰；：特征區(qū)中能用于鑒定原子基團(tuán)的吸收峰；相關(guān)峰相關(guān)峰：與特征峰相互依存而又相互可以佐證的吸收峰；：與特征峰相互依存而又相互可以佐證的吸收峰；費(fèi)米共振費(fèi)米共振：泛頻峰接近基頻峰時(shí)，發(fā)生相互作用，形成為比原：泛頻峰接近基頻峰時(shí)，發(fā)生相互作用，形成為比原 頻率高和低的兩個(gè)吸收峰，吸

6、收峰的強(qiáng)度得到增幅；頻率高和低的兩個(gè)吸收峰，吸收峰的強(qiáng)度得到增幅；振動(dòng)耦合振動(dòng)耦合：分子中鄰近的兩個(gè)基團(tuán)由于振動(dòng)基頻相同或接近，：分子中鄰近的兩個(gè)基團(tuán)由于振動(dòng)基頻相同或接近， 發(fā)生相互作用，在正?；l附近形成兩個(gè)吸收峰，一個(gè)發(fā)生相互作用，在正?；l附近形成兩個(gè)吸收峰，一個(gè) 比正常頻率高，一個(gè)比正常頻率低。比正常頻率高，一個(gè)比正常頻率低。 滿足兩個(gè)條件：滿足兩個(gè)條件： (1)輻射應(yīng)具有能滿足物質(zhì)產(chǎn)生振動(dòng)躍遷所需的能量； (2)輻射與物質(zhì)間有相互偶合作用。 對(duì)稱分子對(duì)稱分子：沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無(wú)紅外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。 非對(duì)稱分子非對(duì)稱分子：有偶極矩，紅外活性。 偶極子

7、在交變電場(chǎng)中的作用示意圖1 1 誘導(dǎo)效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)2 2 共軛效應(yīng)共軛效應(yīng)3 3 空間效應(yīng)空間效應(yīng)4 4 環(huán)張力效應(yīng)環(huán)張力效應(yīng)CH3COCH2COCH3CH3COCHCOCH3HnC=O 1740cm-1nC=O 1613cm-1nO-H 32002800cm-1nC=O 1710cm-15 5 氫鍵效應(yīng)氫鍵效應(yīng)是七十年代發(fā)展起來(lái)的一種紅外光譜儀。是七十年代發(fā)展起來(lái)的一種紅外光譜儀。具有掃描速度快，測(cè)量時(shí)間短，可以在具有掃描速度快，測(cè)量時(shí)間短，可以在1s內(nèi)獲得紅外光譜，適合快速反內(nèi)獲得紅外光譜，適合快速反應(yīng)的研究。應(yīng)的研究。檢測(cè)靈敏度高，檢測(cè)極限可達(dá)檢測(cè)靈敏度高，檢測(cè)極限可達(dá)1091012g；分

8、辨率高，波數(shù)精度可達(dá)分辨率高，波數(shù)精度可達(dá)0.01cm1；光譜范圍廣，可研究整個(gè)紅外區(qū)。光譜范圍廣，可研究整個(gè)紅外區(qū)。測(cè)定精度高，可達(dá)測(cè)定精度高，可達(dá)0.1%，而雜散光小于，而雜散光小于0.01%。 一一 工作原理圖工作原理圖ISd d| 0+_+| 0| 0_d dd duIntensityIntensityIntensityIntensityIntensityIntensity(cm)(cm)(cm)u(cm-1)u1u2u(cm-1)u(cm-1)FT operation氣體，液體或固體氣體，液體或固體 要求樣品中不含游離水要求樣品中不含游離水 要求樣品的濃度和測(cè)試層的厚度選擇適當(dāng)要求樣

9、品的濃度和測(cè)試層的厚度選擇適當(dāng)KBr 4000 - 400 cm-1NaCl 4000 - 600 cm-1ZnSe 4000 - 600 cm-1ZnS 4000 - 750 cm-1BaF2 4000 - 800cm-1 CaF2 4000 - 1100 cm-1CsI 4000 - 200 cm-1 透射光譜分析技術(shù)透射光譜分析技術(shù) 水平衰減全反射分析技術(shù)水平衰減全反射分析技術(shù) 漫反射漫反射分析技術(shù)分析技術(shù) 鏡面反射分析技術(shù)鏡面反射分析技術(shù) 差譜分析技術(shù)差譜分析技術(shù) 紅外顯微分析技術(shù)紅外顯微分析技術(shù) 在線紅外分析技術(shù)在線紅外分析技術(shù)4000300020001000420(a) SiO2(

10、b) OA 0.045(c) OA 0.091(d) OA 0.136(e) OA 0.318(f) OA 0.682- OH(CH2)nC=OCOOH推測(cè)反應(yīng)過(guò)程為：推測(cè)反應(yīng)過(guò)程為：SiO2(OH)n+yHOOCC17H33SiO2(OH)ny (OOC C17H33)y+ yH2OOA/ SiO2（摩爾比）（摩爾比）(OH ) ，(OA)OA/ SiO2（摩爾比）（摩爾比）最佳值最佳值20%4000300020001000100(a) TiO2(b) OA/TiO2 0.2(c) OA/TiO2 0.4(d) OA/TiO2 0.8coo- (CH2)n-OHOA/TiO2（摩爾比）最佳值

11、（摩爾比）最佳值為為0.4左右左右 推測(cè)反應(yīng)過(guò)程為：TiO2(OH)n+yHOOCC17H33TiO2(OH)ny (OOC C17H33)y+ yH2O共軛羰基化合物溶劑效應(yīng)的紅外光譜研究共軛羰基化合物溶劑效應(yīng)的紅外光譜研究上圖為全血的紅外吸收譜圖下圖為正常血清的紅外吸收譜線3298cm-12920cm-13298cm-12920cm-1上圖為高血糖全血的紅外吸收譜圖下圖為高血糖血清的紅外吸收譜線2920cm-13298cm-13298cm-12920cm-1適合材料表面光譜信息分析適合材料表面光譜信息分析厚度較大：大于厚度較大：大于0.1mm 塑料，塑料，高聚物和橡膠，紙樣等高聚物和橡膠，

12、紙樣等在材料分析上有較大的用途在材料分析上有較大的用途吸收強(qiáng)度與光線的入射深度有吸收強(qiáng)度與光線的入射深度有關(guān)，必須進(jìn)行關(guān)，必須進(jìn)行MIR方程校準(zhǔn)。方程校準(zhǔn)。SampleIRMetal plateSampleIRMetal plateATR附件主要用于固體、凝膠、橡附件主要用于固體、凝膠、橡膠等材料表面的研究。膠等材料表面的研究。測(cè)量表面厚度需在測(cè)量表面厚度需在1 m以上以上也可用于溶液分析（蛋白水溶液）也可用于溶液分析（蛋白水溶液）收集高散射樣品的光譜信收集高散射樣品的光譜信息息 適合于粉體樣品的紅外分適合于粉體樣品的紅外分析析是一種半定量的分析技術(shù)是一種半定量的分析技術(shù) KM（Kubelka

13、Munk）方程校準(zhǔn)后可以進(jìn)行定量方程校準(zhǔn)后可以進(jìn)行定量分析分析 不需要壓片不需要壓片 三三 漫反射紅外光譜分析技術(shù)漫反射紅外光譜分析技術(shù)Diamond or SiC coated padParticles of sampleDiamond or SiC coated padParticles of sample漫反射附件主要用于測(cè)量顆粒漫反射附件主要用于測(cè)量顆粒表面，或不平整的表面表面，或不平整的表面適用于表面厚度約在適用于表面厚度約在10 m左左右的材料右的材料紅外線直接輻照樣品表面，采集樣品表面反射的信息紅外線直接輻照樣品表面，采集樣品表面反射的信息光滑平整的固體表面光滑平整的固體表面樣品

14、分析樣品分析金屬表面的薄膜，金屬表面處理膜；金屬表面的薄膜，金屬表面處理膜；食品包裝材料以及各種涂層食品包裝材料以及各種涂層材料材料等等由于在不同波長(zhǎng)下的折射系數(shù)不同，在強(qiáng)吸收譜帶范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生由于在不同波長(zhǎng)下的折射系數(shù)不同，在強(qiáng)吸收譜帶范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生類似導(dǎo)數(shù)譜的特征吸收，可以通過(guò)類似導(dǎo)數(shù)譜的特征吸收，可以通過(guò)K-K（Kramers-Kronig）變換，獲得正常的發(fā)射光譜變換，獲得正常的發(fā)射光譜 SampleDetector可以進(jìn)行微區(qū)分析可以進(jìn)行微區(qū)分析10*10微米微米可以進(jìn)行價(jià)鍵的可以進(jìn)行價(jià)鍵的Map分布分析分布分析適合于微小材料分析適合于微小材料分析聚合物復(fù)合材料相容性的傅立葉變換紅外光譜

15、顯微成像研究聚合物復(fù)合材料相容性的傅立葉變換紅外光譜顯微成像研究食品中異物的分析食品中異物的分析圖圖 天然翡翠與天然翡翠與B貨翡翠的紅外光譜圖貨翡翠的紅外光譜圖 I 天然翡翠天然翡翠 II B貨翡翠貨翡翠 真猴票的紅外光譜圖真猴票的紅外光譜圖假猴票的紅外光譜圖假猴票的紅外光譜圖注意：須在郵票的同一位置測(cè)定才可比較 。在鑒別中找不到新票時(shí)可以用信銷票代替進(jìn)行紅外光譜分析,脫去信銷票的背膠、水洗對(duì)郵票的紅外光譜變化影響不大,但注意不要測(cè)定郵戳油墨部位 以庚申年猴票為例以庚申年猴票為例:左邊是焦藕，右邊是馬鈴薯左邊是焦藕，右邊是馬鈴薯天麻正品天麻正品a.a.野生冬天麻野生冬天麻 b.b.贗品贗品馬鈴薯馬鈴薯19401920190018801860184018201800178017601740172017001680166016400.000.050.100.150.200.250.300.35Awave number/cm-14000.03600320028002400200018001600140012001000800600450.0cm-1%T 咪唑酸酐環(huán)氧樹脂ERHP-101777.86-CO-O-CO- -CO-O-C-1-AT,t/AT,t=0 表觀轉(zhuǎn)化率 A特征吸收峰的吸光度 T固化溫度（K） t 固化時(shí)間（min）研究體系組成：主體材料：POSS