工科分析化学第十四讲红外吸收光谱法专业级随堂讲义

1、第十四章第十四章 红外吸收光谱法红外吸收光谱法 (Infrared Absorption Spectroscopy, IR) 利用物质的分子对红外辐射的吸收，得到与分利用物质的分子对红外辐射的吸收，得到与分 子结构相应的红外光谱图，从而来鉴别分子结构的子结构相应的红外光谱图，从而来鉴别分子结构的 方法，称为红外吸收光谱法，简称红外光谱法。方法，称为红外吸收光谱法，简称红外光谱法。 其中应用最广泛的范围为其中应用最广泛的范围为2.525m，即中红外光谱。，即中红外光谱。 对中红外光谱，相应波数范围为对中红外光谱，相应波数范围为4000400cm 1。 。 )( 10 )( 1 )( 4 1 mc

2、m cm 由于红外波区波长较长，所以人们描述红外光谱时，由于红外波区波长较长，所以人们描述红外光谱时， 通常使用通常使用波数波数： 3 3、应用广泛应用广泛：红外光谱不仅用于物质化学组成分：红外光谱不仅用于物质化学组成分 析，还可用于分子结构的基础研究，如研究测定分析，还可用于分子结构的基础研究，如研究测定分 子键长、键角，以此推断分子的立体构型，由力常子键长、键角，以此推断分子的立体构型，由力常 数知道化学键的强弱，由简并频率来计算热力学数知道化学键的强弱，由简并频率来计算热力学 函数等；函数等； 红外光谱法的红外光谱法的特点：特点： 4 4、本方法、本方法试样用量少，分析速度快，不破坏样品

3、，试样用量少，分析速度快，不破坏样品， 且气、液、固样品均可测定。且气、液、固样品均可测定。 1 1、红外吸收光谱与紫外吸收光谱形状不同，它、红外吸收光谱与紫外吸收光谱形状不同，它吸收吸收 峰多，吸收强度低，图形复杂峰多，吸收强度低，图形复杂； 2 2、有机物的红外吸收光谱是特征有机物的红外吸收光谱是特征的，没有两种化合的，没有两种化合 物具有相同的吸收曲线（除光学异构体外），所物具有相同的吸收曲线（除光学异构体外），所 以红外光谱最广泛以红外光谱最广泛用于有机化合物的鉴定；用于有机化合物的鉴定； 14141 1 红外吸收光谱基本原理红外吸收光谱基本原理 吸收带在光谱图中的位置可用波长（吸收带

4、在光谱图中的位置可用波长（m）或波数（）或波数（cm 1）表示（横坐标）。光谱图的纵坐标，即吸收强度，可用 ）表示（横坐标）。光谱图的纵坐标，即吸收强度，可用 百分透光度或吸光度表示。百分透光度或吸光度表示。 红外吸收光谱图红外吸收光谱图 吸收峰出现的吸收峰出现的频率位置频率位置：由分子的振动能级差决定；：由分子的振动能级差决定； 吸收峰的吸收峰的强度强度：取决于振动过程中偶极矩的变化以及：取决于振动过程中偶极矩的变化以及 能级的跃迁几率。能级的跃迁几率。 吸收峰的吸收峰的个数个数：由分子振动自由度的数目决定；：由分子振动自由度的数目决定； 一、一、 红外吸收光谱产生的条件红外吸收光谱产生的条

5、件 分子必须同时满足以下分子必须同时满足以下两个条件两个条件时，才能产生红外时，才能产生红外 吸收。吸收。 1 1、 能量必须匹配能量必须匹配 即即只有当照射分子的红外辐射频率与分子某种振动只有当照射分子的红外辐射频率与分子某种振动 方式的频率相同时，分子吸收能量后，从基态振动方式的频率相同时，分子吸收能量后，从基态振动 能级跃迁到较高能量的振动能级，从而在图谱上出能级跃迁到较高能量的振动能级，从而在图谱上出 现相应的吸收带。现相应的吸收带。 2、分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化、分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化 一个分子有多种振动方式，只有使分子偶一个分子有多种振动方式，只有使分

6、子偶 极矩发生变化的振动方式，才会吸收特定频率极矩发生变化的振动方式，才会吸收特定频率 的红外辐射的红外辐射, 这种振动方式具有红外活性；这种振动方式具有红外活性； 分子是否显示红外活性，与分子是否有永久偶分子是否显示红外活性，与分子是否有永久偶 极矩无关。只有同核双原子分子（极矩无关。只有同核双原子分子（H2、N2等）等） 才显示非红外活性。才显示非红外活性。 二、二、 分子振动的形式分子振动的形式 1 1、双原子分子的振动及其振动频率、双原子分子的振动及其振动频率 双原子分子的振动双原子分子的振动 只有一种形式：只有一种形式： 即伸缩振动即伸缩振动 m1m2/(m1+m2) 若视作若视作简

7、谐振动简谐振动，则应遵，则应遵 循循Hooke定律，其振动频定律，其振动频 率可用下式表示：率可用下式表示： k为键力常数，单位为键力常数，单位 N/cmN/cm 为为2个小球（原子）折合质量（个小球（原子）折合质量（g）：）： k 2 1 某些化学键的力常数某些化学键的力常数 化化 学学 键键 CC CC CC CH OH NH CO 键键 长长() 1.54 1.34 1.20 1.09 0.96 1.00 1.22 k(Ncm-1) 4.5 9.6 15.6 5.0 7.7 6.4 12.1 或用波数表示：或用波数表示： k c2 1 M k 1307 M以相对原子质量来折合的质量以相对

8、原子质量来折合的质量 21 21 MM MM M 可见：影响基本振动频率的直接因素是：可见：影响基本振动频率的直接因素是： 键力常数键力常数k和相对原子质量和相对原子质量M 解解： 已知已知 kC-H=5.0N/cm 9231.0 112 112 M 1 3042 9231.0 5 1307 cm 1 24 5 10 3040 105 . 1 100 . 5 10314. 32 1 cm gM 24 23 105 .1 1002.6)112( 112 或或 例例：计算：计算C-H伸缩振动基本吸收峰的频率。伸缩振动基本吸收峰的频率。 例：例： C0C0的红外光谱在的红外光谱在2170cm2170

9、cm-1 -1 处有一振动吸收 处有一振动吸收 峰，试计算峰，试计算 (1) CO(1) CO键的力常数为多少键的力常数为多少? ? (2) (2) 14 14C C的对应吸收峰应在多少波数处发生 的对应吸收峰应在多少波数处发生? ? 双原子分子的实际振动：双原子分子的实际振动： 分子振动的非谐性，一方面使之在高量子处不严格遵从分子振动的非谐性，一方面使之在高量子处不严格遵从 = 1的跃迁选律，即的跃迁选律，即 可以可以= 2， 3所以在红外所以在红外 光谱中除了可以观察到强的光谱中除了可以观察到强的基频吸收基频吸收以外，还可看到弱的以外，还可看到弱的 倍频倍频吸收峰。另一方面分子的振动吸收峰

10、。另一方面分子的振动受基团环境影响受基团环境影响，振动，振动 频率也有所变化。频率也有所变化。 2多原子分子的振动多原子分子的振动 （1 1）分子的振动类型分子的振动类型 绝大多数的分子是多原子分子，其振动方式显然很复绝大多数的分子是多原子分子，其振动方式显然很复 杂。但可以把它的振动分解为许多简单的基本振动，并依据杂。但可以把它的振动分解为许多简单的基本振动，并依据 振动形式的不同归为二类：振动形式的不同归为二类： 伸缩振动伸缩振动 ：化学键两端的原子沿键轴方向作来回周期运：化学键两端的原子沿键轴方向作来回周期运 动。分为：动。分为：对称伸缩振动对称伸缩振动 s s和反对称伸缩振动和反对称伸

11、缩振动 as as 弯曲振动弯曲振动( (变形振动变形振动) ) ：使化学键角发生周期性变化的振：使化学键角发生周期性变化的振 动。分为：动。分为： 面内面内：剪式振动剪式振动 平面摇摆平面摇摆 面外面外：非平面摇摆：非平面摇摆 扭曲振动扭曲振动 振动频率：振动频率： as as s s s s as as （2 2）多原子分子的振动自由度）多原子分子的振动自由度 多原子分子振动由伸缩振动、弯曲振动以及它们多原子分子振动由伸缩振动、弯曲振动以及它们 之间的偶合振动组成。之间的偶合振动组成。 在有在有N个原子组成的分子中，每个原子在空间的位个原子组成的分子中，每个原子在空间的位 置必须有置必须有

12、x x，y y，z z三个坐标来确定，也即每个原子有三个坐标来确定，也即每个原子有3 3个个 运动自由度，则由运动自由度，则由N个原子组成的分子就有了个原子组成的分子就有了3N个坐个坐 标，有标，有3N个运动自由度个运动自由度。 在分子的在分子的3N个运动状态中，可分成个运动状态中，可分成3 3种类型的运动：种类型的运动： 分子的平动、转动和振动。分子的平动、转动和振动。 3N=平动自由度平动自由度+ +转动自由度转动自由度+ +振动自由度振动自由度 分子的平动和转动自由度分子的平动和转动自由度 非线型分子非线型分子 平动自由度：平动自由度：3个个 转动自由度：转动自由度：2个个 平动自由度：

13、平动自由度：3个个 转动自由度：转动自由度：3个个 线型分子线型分子 线型分子线型分子振动自由度的数目：振动自由度的数目： 振动自由度振动自由度= =3N平动自由度转动自由度平动自由度转动自由度 = =3N5； 非线型分子非线型分子振动自由度的数目：振动自由度的数目： 振动自由度振动自由度= =3N6 任何一个复杂分子的振动，都可视作由任何一个复杂分子的振动，都可视作由3N6或或 3N5个简正振动叠加而成。个简正振动叠加而成。 分子的振动自由度分子的振动自由度 有一个振动自由度就有一种振动状态，理论上讲就有一个振动自由度就有一种振动状态，理论上讲就 应在红外谱图上产生相应的一个基频吸收带。应在

14、红外谱图上产生相应的一个基频吸收带。 如：如： H2O 振动自由度为振动自由度为 33-6=3 红外吸收就有红外吸收就有3个峰：个峰： 3750cm1， 3650cm-1，1595cm-1， 苯：苯：C6H6 振动自由度为振动自由度为 312-6=30 确有确有30个红外吸收峰个红外吸收峰 振动自由度与红外吸收峰振动自由度与红外吸收峰 大多情况实际吸收峰与理论计算大多情况实际吸收峰与理论计算不一致不一致，也即并，也即并 非每一种振动方式在红外光谱图上都能产生一个吸收非每一种振动方式在红外光谱图上都能产生一个吸收 带，一般要带，一般要少得多少得多。 这是由以下这是由以下原因原因造成的：造成的：

15、(1)(1)某些振动方式为非红外活性，不伴随偶极矩的某些振动方式为非红外活性，不伴随偶极矩的 变化，因而不产生红外吸收；变化，因而不产生红外吸收； (2) (2) 由于分子高度的对称性，造成两种振动方式的由于分子高度的对称性，造成两种振动方式的 频率相同，发生简并现象；频率相同，发生简并现象； (3) (3) 若干振动频率十分接近，一般红外光谱仪难以若干振动频率十分接近，一般红外光谱仪难以 分辨；分辨； (4) (4) 振动吸收的能量太小（如波长大于振动吸收的能量太小（如波长大于20m20m），）， 吸收信号不被仪器感知；吸收信号不被仪器感知； （5 5）有时产生）有时产生 = 2， 3的跃迁

16、，出现倍频的跃迁，出现倍频 吸收，（吸收，（使吸收峰增加使吸收峰增加）但很弱。）但很弱。 例如例如CO2分子（线形）有四种振动模式，分子（线形）有四种振动模式，335= 4 频率为频率为1的振动是对称伸的振动是对称伸 缩振动，无偶极矩变化，缩振动，无偶极矩变化， 即无红外活性即无红外活性 3 二重二重 简并振动简并振动 面内弯曲振动面内弯曲振动 面外弯曲振动面外弯曲振动 14142 2 红外光谱与分子结构的关系红外光谱与分子结构的关系 基团频率与特征吸收峰基团频率与特征吸收峰 红外光谱的最大特点是具有特征性，而红外光谱的特红外光谱的最大特点是具有特征性，而红外光谱的特 征性与化学键振动的特征性

17、是分不开的，研究大量有机化征性与化学键振动的特征性是分不开的，研究大量有机化 合物的红外光谱发现：处于不同分子中的同一类化学基团合物的红外光谱发现：处于不同分子中的同一类化学基团 其振动频率总是出现在较窄的范围内。例如，羰基总是在其振动频率总是出现在较窄的范围内。例如，羰基总是在 18701650cm 1间，出现强吸收峰，它们的频率不随 间，出现强吸收峰，它们的频率不随 分子构型变化而出现较大的改变。这类频率称为分子构型变化而出现较大的改变。这类频率称为基团特征基团特征 振动频率振动频率，简称，简称基团频率基团频率，其所在位置一般又称为，其所在位置一般又称为特征吸特征吸 收峰收峰。 一、红外光

18、谱的特征吸收频率与分子结构的关系一、红外光谱的特征吸收频率与分子结构的关系 常见的化学基团在常见的化学基团在4000600cm-1范围内有特征吸范围内有特征吸 收，为便于解释，一般将这一波段分成两个区域：收，为便于解释，一般将这一波段分成两个区域： 官能团区和指纹区。官能团区和指纹区。 1、官能团区：、官能团区：40001300cm-1 因为基团特征吸收峰位于此范围内，且在该范围因为基团特征吸收峰位于此范围内，且在该范围 内吸收峰较稀疏，受分子其它部分振动的影响较内吸收峰较稀疏，受分子其它部分振动的影响较 小。因此它们可用作鉴别官能团的依据，故称为小。因此它们可用作鉴别官能团的依据，故称为 官

19、能团区。官能团区。 它们主要包括它们主要包括XH、CX和和CX的伸缩振动。的伸缩振动。 2、指纹区、指纹区 1300 cm 1以下的区域 以下的区域 主要属主要属CX的伸缩振动和的伸缩振动和HC的弯曲振动频的弯曲振动频 率区。由于这些化学键的振动容易受附近化学键的率区。由于这些化学键的振动容易受附近化学键的 振动的影响，因此结构的微小改变可使这部分光谱振动的影响，因此结构的微小改变可使这部分光谱 面貌发生差异。就如同每人指纹有差别一样，故面貌发生差异。就如同每人指纹有差别一样，故 1300700cm 1区间称指纹区。利用指纹区光 区间称指纹区。利用指纹区光 谱可识别一些特定分子。谱可识别一些特

20、定分子。 （一）外部因素（一）外部因素 样品的状态、测定温度及溶剂极性等外部因素均会影响振样品的状态、测定温度及溶剂极性等外部因素均会影响振 动频率动频率: 1、状态状态：气态气态时因分子间作用力小，可观察到振动及时因分子间作用力小，可观察到振动及 转动光谱的精细结构，且频率高。转动光谱的精细结构，且频率高。液态、固态液态、固态分子间作用力分子间作用力 大，且当有极性基团存在时可能发生分子间缔合或氢键而使大，且当有极性基团存在时可能发生分子间缔合或氢键而使 频率、形状、强度都有变化，一般频率较低频率、形状、强度都有变化，一般频率较低; 温度温度：在低温下，吸收带尖锐，随温度升高，带宽增加，：在

21、低温下，吸收带尖锐，随温度升高，带宽增加， 带数减小带数减小; 溶剂溶剂：由于溶质和溶剂间相互作用，频率有所变化。：由于溶质和溶剂间相互作用，频率有所变化。极性极性 溶剂使吸收带向低频方向移动；溶剂使吸收带向低频方向移动；溶液浓度不同，分子间作用溶液浓度不同，分子间作用 力不同，频率也有变化。力不同，频率也有变化。 二、二、 影响基团频率位移的因素影响基团频率位移的因素 影响频率位移的因素有影响频率位移的因素有内部因素和外部因素内部因素和外部因素： （二）内部因素：（二）内部因素： 电子效应电子效应 氢键效应氢键效应 振动偶合效应振动偶合效应 费米共振效应费米共振效应 立体障碍立体障碍 环的张

22、力环的张力 1电子效应：电子效应：诱导效应、共轭效应、偶极场效应诱导效应、共轭效应、偶极场效应 (1) 诱导效应诱导效应(I(I效应）效应） 诱导效应指电负性不同的取代诱导效应指电负性不同的取代 基，会通过静电诱导而引起分子中电子分布的变化，导致基，会通过静电诱导而引起分子中电子分布的变化，导致 力常数改变，使基团特征频率位移。力常数改变，使基团特征频率位移。 诱导效应对诱导效应对C=O伸缩振动频率的影响伸缩振动频率的影响 1780 1768 1755 1740 由于诱导效应，由于诱导效应， 使使C=OC=O键电子云键电子云 密度增加，键力密度增加，键力 常数增大，振动常数增大，振动 频率升高

23、。频率升高。 (2) 共轭效应共轭效应(M(M效应）效应） 由分子形成大由分子形成大键或含有孤键或含有孤 对电子的原子接在具有多重键的原子上时，引起对电子的原子接在具有多重键的原子上时，引起 - - 或或n-n- 共轭，共轭，由于共轭效应使共轭体系中的电子云密度趋于平由于共轭效应使共轭体系中的电子云密度趋于平 均化均化，导致双键略有伸长，单键略有缩短，结果，导致双键略有伸长，单键略有缩短，结果使使C=O 双键频率向低频移动，单键频率略向高频移动双键频率向低频移动，单键频率略向高频移动。 共轭效应对共轭效应对C=O伸缩振动频率的影响伸缩振动频率的影响 化化 合合 物物 vC=O(cm-1) 17

24、101725 16951680 1667 1661 当分子中的原子或基团当分子中的原子或基团同时呈现出同时呈现出诱导效应和共轭效诱导效应和共轭效 应应，此时双键吸收频率的位移，此时双键吸收频率的位移取决于占优势的效应取决于占优势的效应。 例如，例如，OROR的氧原子的的氧原子的吸电子诱导效应强于氧原子中吸电子诱导效应强于氧原子中 孤对电子参与的共轭效应孤对电子参与的共轭效应，因此，因此C=O吸收频率吸收频率向高频移动。向高频移动。 反之，对反之，对SRSR中的硫原子，其中的硫原子，其孤电子对的共轭效应占支配孤电子对的共轭效应占支配 地位地位，因而，因而C=O吸收频率吸收频率向低频移动。向低频移

25、动。 化化 合合 物物 vC=O(cm-1) 1735 1715 1690 诱导与共轭共存的影响诱导与共轭共存的影响 由于相互靠近的官能团之间的作用，造成由于相互靠近的官能团之间的作用，造成 C=O振动频率位移。振动频率位移。 如：如： (3)(3)偶极场效应偶极场效应(F(F效应）效应） 2 2氢键的生成氢键的生成 羰基形成氢键，使双键电子云密度平均化，羰基的振动羰基形成氢键，使双键电子云密度平均化，羰基的振动 频率下降。频率下降。 3 3振动偶振动偶 合合 当一振动倍频与另一振动基频接近时，相互作用当一振动倍频与另一振动基频接近时，相互作用 而产生很强的吸收峰或发生分裂的现象叫费米共振。而

26、产生很强的吸收峰或发生分裂的现象叫费米共振。 C O Cl 分子中的分子中的C=O C=O 的基频伸缩振动的基频伸缩振动 C=O C=O 1774cm 1774cm-1 -1, ,与 与 C-C C-C 变角振动变角振动880-860cm880-860cm-1 -1的倍频发生费米共振，而 的倍频发生费米共振，而 使使 C=O C=O 裂分为 裂分为1773cm1773cm-1 -1和 和1776cm1776cm-1 -1. . 4 4、费米共振、费米共振 如：如： 5 5、立体障碍、立体障碍 由于立体障碍而使分子共轭受限，频率增大。由于立体障碍而使分子共轭受限，频率增大。 如：如： C=O C

27、=O 吸收峰 吸收峰 6 6、环的张力、环的张力 环的张力越大，环的张力越大， C=O C=O频率 频率就越高就越高 一、一、色散型红外光谱仪色散型红外光谱仪 色散型红外光谱仪与其它色散型光谱仪相类似，也由色散型红外光谱仪与其它色散型光谱仪相类似，也由 光源、样品池、单色器、检测器、放大及记录系统组成。光源、样品池、单色器、检测器、放大及记录系统组成。 光源光源样品池样品池单色器单色器检测器检测器记录系统记录系统 目前绝大多数是采目前绝大多数是采 用双光束型红外光用双光束型红外光 谱仪：谱仪： 14143 3 红外光谱仪红外光谱仪 常用的红外光源有常用的红外光源有能斯特灯和硅碳棒能斯特灯和硅碳

28、棒； 能斯特灯能斯特灯：发射的波长范围约为：发射的波长范围约为4005000cm-1； 具有负的电阻温度系数，室温下为非导体，至具有负的电阻温度系数，室温下为非导体，至800即为导即为导 体，工作温度可达体，工作温度可达13001700； 优点：优点：发射光强强（尤其在短波区），寿命较长，稳定性好；发射光强强（尤其在短波区），寿命较长，稳定性好； 缺点：缺点：机械强度差，价格较贵，操作不如硅碳棒方便。机械强度差，价格较贵，操作不如硅碳棒方便。 硅碳棒：硅碳棒：发射的波长范围约为发射的波长范围约为4005000cm-1； 由碳化硅烧结而成的实心棒，室温下为导体，有正的电阻由碳化硅烧结而成的实心棒

29、，室温下为导体，有正的电阻 温度系数，工作温度达温度系数，工作温度达12001500； 优点：优点：对于长波，其辐射效率高于能斯特灯，其使用波长范对于长波，其辐射效率高于能斯特灯，其使用波长范 围比能斯特灯宽，发光面大，操作方便、廉价；围比能斯特灯宽，发光面大，操作方便、廉价； 缺点：缺点：工作时电极接触部分需用水冷却。工作时电极接触部分需用水冷却。 1 1光源光源 2 2样品池样品池 池窗的材料必须能很好透过所需波长的辐射，不同的分池窗的材料必须能很好透过所需波长的辐射，不同的分 析对象（液体、气体和固体）应选用相应的样品池。析对象（液体、气体和固体）应选用相应的样品池。 池池 窗窗 材材

30、料料 材材 料料透光范围（透光范围（m）注注 意意 事事 项项 NaCl KBr CaF2 CsBr KRS-5 0.225 0.2540 0.1312 0.255 0.5540 易潮解，应低于易潮解，应低于40湿度下使湿度下使 用用 易潮解，应低于易潮解，应低于35湿度下使湿度下使 用用 不溶于水，可测水溶液红外光谱不溶于水，可测水溶液红外光谱 易潮解易潮解 微溶于水，可测水溶液，有毒微溶于水，可测水溶液，有毒 3 3单色器单色器 由狭缝、色散元件、反射镜等组成由狭缝、色散元件、反射镜等组成 色散元件：棱镜（早期仪器）和光栅；色散元件：棱镜（早期仪器）和光栅； （1）真空热电偶）真空热电偶

31、由两根温差电位不同的金属丝焊接由两根温差电位不同的金属丝焊接 在一起，并将一接点安装在涂黑的接受面上。吸收了红外辐在一起，并将一接点安装在涂黑的接受面上。吸收了红外辐 射的接受面及接点温度上升，就使它与另一接点之间产生了射的接受面及接点温度上升，就使它与另一接点之间产生了 电位差。此电位差与红外辐射强度成比例，此热电偶是封在电位差。此电位差与红外辐射强度成比例，此热电偶是封在 真空腔体内进行工作的。真空腔体内进行工作的。 （2）测热辐射计）测热辐射计 将极薄的黑化金属片作受光面，并将极薄的黑化金属片作受光面，并 作为惠斯顿电桥的一臂。当红外辐射投射到受光面而使它的作为惠斯顿电桥的一臂。当红外辐

32、射投射到受光面而使它的 温度改变，进而引起的电阻值改变，电桥就有信号输出，此温度改变，进而引起的电阻值改变，电桥就有信号输出，此 信号大小与红外辐射强度成比例。信号大小与红外辐射强度成比例。 4 4检测器检测器 (3) 热释电检测器热释电检测器 它是利用硫酸三苷肽（它是利用硫酸三苷肽（Triglycine Sulfate, 简称简称TGS）这类热电材料的单晶薄片作检测元件。）这类热电材料的单晶薄片作检测元件。 将将1020m厚的硫酸三苷肽薄片的正面镀铬，反面镀金，厚的硫酸三苷肽薄片的正面镀铬，反面镀金， 形成两电极，并连接至放大器，将形成两电极，并连接至放大器，将TGS与放大器一同封入与放大器

33、一同封入 带有红外透光窗片的高真空玻璃外壳内。当红外辐射投射带有红外透光窗片的高真空玻璃外壳内。当红外辐射投射 至至TGS薄片上，温度上升，薄片上，温度上升，TGS表面电荷减少。这相当于表面电荷减少。这相当于 TGS释放了一部分电荷。释放的电荷经放大后记录。由于释放了一部分电荷。释放的电荷经放大后记录。由于 它的响应极快，因此可进行高速扫描，在中红外区，扫描它的响应极快，因此可进行高速扫描，在中红外区，扫描 一次仅需一次仅需1秒钟，因而适合于在傅里叶变换红外光谱仪中使秒钟，因而适合于在傅里叶变换红外光谱仪中使 用。目前最广泛使用的晶体材料是氘化了的用。目前最广泛使用的晶体材料是氘化了的TGS（

34、简称（简称 DTGS），该材料作为检测器的特点是热电系数小于），该材料作为检测器的特点是热电系数小于TGS。 (4) 半导体检测器：半导体检测器： 红外光能量低，不足以激发一般光红外光能量低，不足以激发一般光 电检测器的电子，而一些半导体材料的带隙所需的激发能电检测器的电子，而一些半导体材料的带隙所需的激发能 较小。人们利用半导体的这种性质制成了可用于红外光谱较小。人们利用半导体的这种性质制成了可用于红外光谱 的检测器，半导体检测器属于量子化检测器。目前使用的的检测器，半导体检测器属于量子化检测器。目前使用的 半导体检测器为半导体半导体检测器为半导体HgTeCdTe的混合物，即碲化汞镉的混合物

35、，即碲化汞镉 （简称（简称MCT）检测器。）检测器。MCT检测器比检测器比TGS检测器有更快的检测器有更快的 响应时间和更高的灵敏度，因此响应时间和更高的灵敏度，因此MCT检测器更适合于检测器更适合于 Fourier变换红外光谱仪。但变换红外光谱仪。但MCT检测器工作时，必需使用检测器工作时，必需使用 液氮冷却（液氮冷却（77K）。）。 傅里叶变换红外（傅里叶变换红外（FTIR）光谱仪是一种干涉型光谱仪。）光谱仪是一种干涉型光谱仪。 它主要由光源（硅碳棒、高压汞灯）、干涉仪、检测器、计它主要由光源（硅碳棒、高压汞灯）、干涉仪、检测器、计 算机和记录系统组成。大多数傅里叶变换红外光谱仪使用了算机

36、和记录系统组成。大多数傅里叶变换红外光谱仪使用了 迈克尔逊（迈克尔逊（Michelson）干涉仪。）干涉仪。 傅里叶变换红外光谱仪没有色散元件，没有狭缝，因此傅里叶变换红外光谱仪没有色散元件，没有狭缝，因此 来自光源的光有足够的能量经干涉后照射到样品上然后到达来自光源的光有足够的能量经干涉后照射到样品上然后到达 检测器。检测器。 二、二、 傅里叶变换红外光谱仪傅里叶变换红外光谱仪 实验测量的实验测量的 原始光谱图是光原始光谱图是光 源的干涉图，然源的干涉图，然 后通过计算机对后通过计算机对 干涉图进行快速干涉图进行快速 傅里叶变换计算，傅里叶变换计算， 从而得到以波长从而得到以波长 或波数为函

37、数的或波数为函数的 光谱图。光谱图。 傅里叶变换红外光谱法的傅里叶变换红外光谱法的主要特点主要特点 (1) 灵敏度高：灵敏度高： 狭缝的废除大大提高了光能利用率。样品狭缝的废除大大提高了光能利用率。样品 置于全部辐射波长下，因此全波长范围下的吸收必然改置于全部辐射波长下，因此全波长范围下的吸收必然改 进信噪比，使测量灵敏度和准确度大大提高。进信噪比，使测量灵敏度和准确度大大提高。 (2) 分辨率高：分辨率高： 可达可达0.1-0.005cm-1，棱镜型为，棱镜型为3cm-1 ，光，光 栅式仪器为栅式仪器为0.2cm-1 。 (3) 精密度高：精密度高： 由于引入激光参比干涉仪，用激光干涉条由于

38、引入激光参比干涉仪，用激光干涉条 纹准确测定光程差，从而使波数更为准确。纹准确测定光程差，从而使波数更为准确。 (4) 测定的光谱范围宽：可达测定的光谱范围宽：可达10104 cm-1。 (5) 测量速度快：在不到测量速度快：在不到1秒时间里可获得图谱，比色散型秒时间里可获得图谱，比色散型 仪器高几百倍。仪器高几百倍。 14144 4 样品的处理样品的处理 对气体样品，可将它直接充入已抽成真空的气体样品槽内对气体样品，可将它直接充入已抽成真空的气体样品槽内 一、一、 气体样品气体样品 液膜法液膜法：沸点高沸点高的的纯液体纯液体样品可直接滴入两窗片之间形样品可直接滴入两窗片之间形 成薄膜后进行测

39、定。成薄膜后进行测定。沸点低沸点低的的纯液体纯液体样品可注入封闭液体样品可注入封闭液体 池中测定；池中测定； 优点：优点：消除由于加入溶剂而引起的干扰；消除由于加入溶剂而引起的干扰； 缺点：缺点：会呈现强烈的会呈现强烈的分子间氢键及缔合效应分子间氢键及缔合效应。 二、纯液体和溶液样品二、纯液体和溶液样品 水不作溶剂水不作溶剂，因为它本身有吸收，且会侵蚀池窗，因此样，因为它本身有吸收，且会侵蚀池窗，因此样 品必须干燥。品必须干燥。 选择选择溶剂条件溶剂条件： （1）必须很好的溶解试样；）必须很好的溶解试样； （2）在所测光谱区域内无强烈吸收；）在所测光谱区域内无强烈吸收； （3）不侵蚀盐窗；）不

40、侵蚀盐窗； （4）对试样没有强烈的溶剂化效应。）对试样没有强烈的溶剂化效应。 溶液法：溶液法：将试样溶解在适当的溶剂中进行测量将试样溶解在适当的溶剂中进行测量 溶液法：溶液法： 研糊法：研糊法：将研细的样品与石蜡油调成均匀的将研细的样品与石蜡油调成均匀的 糊状物后，涂于窗片上进行测量；糊状物后，涂于窗片上进行测量； 压片法：压片法：将约将约1mg样品与样品与100mg干燥的溴化干燥的溴化 钾粉末研磨均匀，再在压片机上压成几乎呈透明钾粉末研磨均匀，再在压片机上压成几乎呈透明 状的圆片后测量；状的圆片后测量； 薄膜法：薄膜法： 三、三、 固体样品固体样品 固体样品可采用：固体样品可采用：溶液法、研糊法、压片法、薄膜法；溶液法、研糊法、压片法、薄膜法； (1)仔细研磨样品，使粉末颗粒均为仔细研磨样品，使粉末颗粒均为12m， 否则，过大颗粒会使入射辐射的散射增强；否则，过大颗粒会使入