红外光谱分析技术邹其超ppt课件

1、主讲人主讲人 邹其超邹其超当样品遭到频率延续变化的红外光照射时，分子吸收某些频率当样品遭到频率延续变化的红外光照射时，分子吸收某些频率的辐射，并由其振动运动或转动运动引起偶极矩的净变化，产的辐射，并由其振动运动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生的分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，从而构成的生的分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，从而构成的分子吸收光谱称为红外光谱。又称为分子振动转动光谱。分子吸收光谱称为红外光谱。又称为分子振动转动光谱。红外光谱的定义红外光谱的定义分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振- -转光谱转光谱辐射分子振动能级跃迁红外光谱

2、官能团分子构造区域称号区域称号波长波长(m)(m)波数波数(cm-(cm-1)1)能级跃迁类型能级跃迁类型近红外区近红外区泛频区泛频区0.75-2.50.75-2.513158-400013158-4000OHOH、NHNH、CHCH键的倍键的倍频吸收频吸收中红外区中红外区根本振动根本振动区区2.5-252.5-254000-4004000-400分子振动，伴随转分子振动，伴随转动动远红外区远红外区分子转动分子转动区区25-30025-300400-10400-10分子转动分子转动透过率：透过率：T% = I/Io x 100%吸光度：吸光度：A = log1/T = logI/IoE = h

3、n = hc/l仲丁基苯的红外吸收光谱仲丁基苯的红外吸收光谱红外光谱图红外光谱图：纵坐标为吸纵坐标为吸收强度，收强度，横坐标为波横坐标为波长长m m 和波数和波数1/ 1/ 单位：单位：cm-1cm-1可以用峰数可以用峰数，峰位，峰，峰位，峰形，峰强来形，峰强来描画。描画。基频峰：振动能级从基态跃迁到第一激发态时所产生的基频峰：振动能级从基态跃迁到第一激发态时所产生的吸收峰；吸收峰；泛频峰：包括倍频峰和组频峰分为合频峰和差频峰；泛频峰：包括倍频峰和组频峰分为合频峰和差频峰；特征区：特征区：40001330cm-1(2.57.5mm)40001330cm-1(2.57.5mm)之间的高频区；之间

4、的高频区；指纹区：指纹区：1330400cm-1(7.525mm)1330400cm-1(7.525mm)之间的低频区；之间的低频区；特征峰：特征区中能用于鉴定原子基团的吸收峰；特征峰：特征区中能用于鉴定原子基团的吸收峰；相关峰：与特征峰相互依存而又相互可以佐证的吸收峰；相关峰：与特征峰相互依存而又相互可以佐证的吸收峰；费米共振：泛频峰接近基频峰时，发生相互作用，构成费米共振：泛频峰接近基频峰时，发生相互作用，构成为比原为比原 频率高和低的两个吸收峰，吸收峰的强度频率高和低的两个吸收峰，吸收峰的强度得到增幅；得到增幅；振动耦合：分子中临近的两个基团由于振动基频一样或振动耦合：分子中临近的两个基

5、团由于振动基频一样或接近，接近， 发生相互作用，在正常基频附近构成两个发生相互作用，在正常基频附近构成两个吸收峰，一个吸收峰，一个 比正常频率高，一个比正常频率低。比正常频率高，一个比正常频率低。 满足两个条件：满足两个条件： (1)(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； (2)(2)辐射与物质间有相互巧协作用。辐射与物质间有相互巧协作用。 对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。 非对称分子：有偶极矩，红外活性。 偶极子在交变电场中的作用表示图1 1 诱导效应诱导效应2 2 共轭效应共轭效应3

6、3 空间效应空间效应4 4 环张力效应环张力效应CH3COCH2COCH3CH3COCHCOCH3HC=O 1740cm-1C=O 1613cm-1O-H 32002800cm-1C=O 1710cm-15 5 氢键效应氢键效应是七十年代开展起来的一种红外光谱仪。是七十年代开展起来的一种红外光谱仪。具有扫描速度快，丈量时间短，可以在具有扫描速度快，丈量时间短，可以在1s内获得红外光谱，适宜快速反内获得红外光谱，适宜快速反响的研讨。响的研讨。检测灵敏度高，检测极限可达检测灵敏度高，检测极限可达1091012g；分辨率高，波数精度可达分辨率高，波数精度可达0.01cm1；光谱范围广，可研讨整个红外

7、区。光谱范围广，可研讨整个红外区。测定精度高，可达测定精度高，可达0.1%，而杂散光小于，而杂散光小于0.01%。 一一 任务原理图任务原理图ISd d| 0+_+| 0| 0_d dd duIntensityIntensityIntensityIntensityIntensityIntensity(cm)(cm)(cm)u(cm-1)u1u2u(cm-1)u(cm-1)FT operation气体，液体或固体气体，液体或固体 要求样品中不含游离水要求样品中不含游离水 要求样品的浓度和测试层的厚度选择适当要求样品的浓度和测试层的厚度选择适当KBr 4000 - 400 cm-1NaCl 400

8、0 - 600 cm-1ZnSe 4000 - 600 cm-1ZnS 4000 - 750 cm-1BaF2 4000 - 800cm-1 CaF2 4000 - 1100 cm-1CsI 4000 - 200 cm-1 透射光谱分析技术透射光谱分析技术 程度衰减全反射分析技术程度衰减全反射分析技术 漫反射分析技术漫反射分析技术 镜面反射分析技术镜面反射分析技术 差谱分析技术差谱分析技术 红外显微分析技术红外显微分析技术 在线红外分析技术在线红外分析技术4000300020001000420(a) SiO2(b) OA 0.045(c) OA 0.091(d) OA 0.136(e) OA

9、0.318(f) OA 0.682- OH(CH2)nC=OCOOH推测反响过程为：推测反响过程为：SiO2(OH)n+yHOOCC17H33SiO2(OH)ny (OOC C17H33)y+ yH2OOA/ SiO2摩尔比摩尔比(OH ) ，(OA)OA/ SiO2摩尔比摩尔比最正确值最正确值20%4000300020001000100(a) TiO2(b) OA/TiO2 0.2(c) OA/TiO2 0.4(d) OA/TiO2 0.8coo- (CH2)n-OHOA/TiO2摩尔比最正确值摩尔比最正确值为为0.4左右左右 推测反响过程为：TiO2(OH)n+yHOOCC17H33TiO

10、2(OH)ny (OOC C17H33)y+ yH2O按照箭头方向溶剂依次为:正己烷、环己烷、四氯化碳、甲苯、苯、1，2一二氯乙烷、二氯甲烷、氯仿苯乙酸溶剂效应的苯乙酸溶剂效应的FTIR研讨研讨共轭羰基化合物溶剂效应的红外光谱研讨共轭羰基化合物溶剂效应的红外光谱研讨上图为全血的红外吸收谱图以下图为正常血清的红外吸收谱线3298cm-12920cm-13298cm-12920cm-1上图为高血糖全血的红外吸收谱图以下图为高血糖血清的红外吸收谱线2920cm-13298cm-13298cm-12920cm-1适宜资料外表光谱信息分析适宜资料外表光谱信息分析厚度较大：大于厚度较大：大于0.1mm 塑

11、料，塑料，高聚物和橡胶，纸样等高聚物和橡胶，纸样等在资料分析上有较大的用途在资料分析上有较大的用途吸收强度与光线的入射深度有吸收强度与光线的入射深度有关，必需进展关，必需进展MIR方程校准。方程校准。SampleIRMetal plateSampleIRMetal plateATR附件主要用于固体、凝胶、橡附件主要用于固体、凝胶、橡胶等资料外表的研讨。胶等资料外表的研讨。丈量外表厚度需在丈量外表厚度需在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搜集高散射样品的光谱信搜集高散射样品的光谱信息息 适宜于粉体样品的红外分适宜于粉体样品的红外分析析是一种半定量的分析技术是一种半

12、定量的分析技术 KMKubelkaMunk方程校准后可以进展定量方程校准后可以进展定量分析分析 不需求压片不需求压片 三三 漫反射红外光谱分析技术漫反射红外光谱分析技术Diamond or SiC coated padParticles of sampleDiamond or SiC coated padParticles of sample漫反射附件主要用于丈量颗粒漫反射附件主要用于丈量颗粒外表，或不平整的外表外表，或不平整的外表适用于外表厚度约在适用于外表厚度约在10m左左右的资料右的资料红外线直接辐照样品外表，采集样品外表反射的信息红外线直接辐照样品外表，采集样品外表反射的信息光滑平整的

13、固体外表样品分析光滑平整的固体外表样品分析金属外表的薄膜，金属外表处置膜；食品包装资料以及各种涂层金属外表的薄膜，金属外表处置膜；食品包装资料以及各种涂层资料等资料等由于在不同波长下的折射系数不同，在强吸收谱带范围内会产生由于在不同波长下的折射系数不同，在强吸收谱带范围内会产生类似导数谱的特征吸收，可以经过类似导数谱的特征吸收，可以经过K-KKramers-Kronig变换，获得正常的发射光谱变换，获得正常的发射光谱 SampleDetector可以进展微区分析可以进展微区分析10*10微米微米可以进展价键的可以进展价键的Map分布分析分布分析适宜于微小资料分析适宜于微小资料分析聚合物复合资料

14、相容性的傅立叶变换红外光谱显微成像研讨聚合物复合资料相容性的傅立叶变换红外光谱显微成像研讨食品中异物的分析食品中异物的分析图图 天然翡翠与天然翡翠与B货翡翠的红外光谱图货翡翠的红外光谱图 I 天然翡翠天然翡翠 II B货翡翠货翡翠 真猴票的红外光谱图真猴票的红外光谱图假猴票的红外光谱图假猴票的红外光谱图留意：须在邮票的同一位置测定才可比较 。在鉴别中找不到新票时可以用信销票替代进展红外光谱分析,脱去信销票的背胶、水洗对邮票的红外光谱变化影响不大,但留意不要测定邮戳油墨部位 以庚申年猴票为例以庚申年猴票为例:左边是焦藕，右边是马铃薯左边是焦藕，右边是马铃薯天麻正品天麻正品a.a.野生冬天麻野生冬

15、天麻 b. b.赝品赝品马铃薯马铃薯19401920190018801860184018201800178017601740172017001680166016400.000.050.100.150.200.250.300.35Awave number/cm-14000.03600320028002400200018001600140012001000800600450.0cm-1%T 咪唑酸酐环氧树脂ERHP-101777.86-CO-O-CO- -CO-O-C-1-AT,t/AT,t=0 表观转化率 A特征吸收峰的吸光度 T固化温度K t 固化时间min研讨体系组成：主体资料：POSS改性环氧树脂固化剂：甲基四氢苯