第九章_红外光谱分析课件

1、第九章第九章 红外光谱法（红外光谱法（6学时）学时）（Infrared Analysis）9.1 概述概述9.2 基本原理基本原理 1. 产生红外吸收的条件产生红外吸收的条件 2. 分子振动分子振动 3. 谱带强度谱带强度 4. 振动频率振动频率 5. 影响基团频率的因素影响基团频率的因素9.3 红外光谱仪器红外光谱仪器9.4 试样制备试样制备9.5 应用简介应用简介9.1 概述概述1. 定义：定义：红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。光谱。样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，

2、分子振动或转动引起偶极吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发态，相转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即红外光谱。对波数或波长的曲线，即红外光谱。 主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分析。析。t0*M)(hIMI 跃迁分子振动转动连续红外光谱的表示方法：红外光谱的表示方法： 红外光谱以红外光谱以T 或或T 来表示，下图为苯酚的红外光谱。来表示，下图为苯酚的红外光谱。 T(%

3、)2. 红外光区划分红外光区划分红外光谱红外光谱(0.751000 m)远红外远红外(转动区转动区)(25-1000 m)中红外中红外(振动区振动区)(2.525 m)近红外近红外(泛频）泛频）(0.752.5 m)倍频倍频分子振动转动分子振动转动分子转动分子转动分区及波长范围分区及波长范围 跃迁类型跃迁类型（常用区）（常用区）3. 红外光谱特点红外光谱特点1）红外吸收只有振）红外吸收只有振-转跃迁，能量低；转跃迁，能量低；2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；有机物均有红外吸收；3）分子结构更为精细的表征：通过）

4、分子结构更为精细的表征：通过IR谱的波数谱的波数位置位置、波波峰数目峰数目及及强度强度确定分子基团、分子结构；确定分子基团、分子结构；4）定量分析；）定量分析；5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；6）分析速度快。）分析速度快。7）与色谱等联用）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。具有强大的定性功能。9.2 红外光谱基本原理红外光谱基本原理1. 产生红外吸收的条件产生红外吸收的条件 分子吸收辐射产生振转跃迁必须满足两个条件：分子吸收辐射产生振转跃迁必须满足两个条件：条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。条件一：辐射

5、光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。 根据量子力学原理，分子振动能量根据量子力学原理，分子振动能量Ev 是量子化的，即是量子化的，即EV=（V+1/2）h 为分子振动频率，为分子振动频率，V为振动量子数，其值取为振动量子数，其值取 0，1，2， 分子中不同振动能级差为分子中不同振动能级差为 EV= Vh 红外光：红外光：Ea=h a = Vh a = V 吸收红外光的频率必须等于分子振动频率的吸收红外光的频率必须等于分子振动频率的 V VV=0 V=0 - v=1 v=1 a = ( (基频峰基频峰) )V=0 - v=2 a = 2 (倍频峰倍频峰) )（几率小，一般较弱）（几率小，一般较弱

6、）条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用磁场磁场电场电场交变磁场交变磁场 分子固有振动分子固有振动 a a偶极矩变化偶极矩变化（能级跃迁）（能级跃迁）耦合耦合不耦合不耦合红外吸收红外吸收无偶极矩变化无偶极矩变化无红外吸收无红外吸收只有能使偶极矩发生变化的振动形式才能吸收红外辐射只有能使偶极矩发生变化的振动形式才能吸收红外辐射对称分子：对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。 如：如：N2、O2、Cl2 等。等。非对称分子：有偶极矩，红外活性。非对称分子：有偶极矩，红外活性。2 2 分子的振动分子的振动（1 1

7、）谐振子振动）谐振子振动 对简单的双原子分子的振动可以用谐振子模型来模拟。双对简单的双原子分子的振动可以用谐振子模型来模拟。双原子分子的化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧。原子分子的化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧。根据根据 Hookes lawHookes lawk:k:化学键力常数化学键力常数为折合质量为折合质量分子振动频率与化学键的力常数、原子质量有关系。分子振动频率与化学键的力常数、原子质量有关系。分子振动方程式分子振动方程式：OHOH21kckckhhE2112k k化学键的力常数化学键的力常数( (单位单位N.cmN.cm-1-1) )，与键能和键长有关，与键能和键长有关，

8、为双原子的折合质量为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）任意两个相邻的能级间的能量差为：任意两个相邻的能级间的能量差为： 发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。（某些，即取决于分子的结构特征。（某些键的伸缩力常数）键的伸缩力常数） 键类型键类型 CC CC C = C C = C C C C C 力常数力常数 151517 9.517 9.59.9 4.59.9 4.55.65.6 峰位峰位 2062 cm2062 cm-1-1 1683 1683 c cm m-

9、1-1 1190 1190 cmcm-1-1 C-H C-C (K=5) C-H C-C (K=5) 越大越大 1 6 2920cm 2920cm-1-1 1190cm 1190cm-1-1 化学键键强越强（即键的力常数化学键键强越强（即键的力常数k k越大）原子折合质量越越大）原子折合质量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。例例: : 由表中查知由表中查知C=CC=C键的键的k=9.5k=9.59.9 ,9.9 ,令其为令其为9.6, 9.6, 计算波数值计算波数值正己烯中正己烯中C=CC=C键伸缩振动频率实测值为键伸缩振动频

10、率实测值为1652 cm1652 cm-1-1 116502126913071307211cm/.kkcv振动形式 扭曲振动面外摇摆面外弯曲振动平面摇摆剪式振动面内弯曲振动弯曲振动不对称伸缩振动对称伸缩振动伸缩振动4 4 分子的振动形式分子的振动形式理论振动数（峰数）理论振动数（峰数）设分子的原子数为设分子的原子数为n， 对非线型分子对非线型分子,理论振理论振动数动数=3n-6 如如H2O分子，其振动分子，其振动数为数为33-6=3 对线型分子，理论振对线型分子，理论振动数动数=3n-5 如如CO2分子，其理论分子，其理论振动数为振动数为33-5=4 理论上，多原子分子的振动数应与谱峰数相同，

11、但实际上，谱峰理论上，多原子分子的振动数应与谱峰数相同，但实际上，谱峰数常常少于理论计算出的振动数，这是因为：数常常少于理论计算出的振动数，这是因为：a）偶极矩的变化偶极矩的变化=0的振动，不产生红外吸收的振动，不产生红外吸收；b）谱线简并（振动形式不同，但其频率相同谱线简并（振动形式不同，但其频率相同）；）；c）仪器分辨率或灵敏度不够，有些谱峰观察不到仪器分辨率或灵敏度不够，有些谱峰观察不到。以上介绍了基本振动所产生的谱峰，即基频峰（以上介绍了基本振动所产生的谱峰，即基频峰（ V=1允许跃迁允许跃迁）。在红外光谱中还可观察到其它峰跃迁禁阻峰：在红外光谱中还可观察到其它峰跃迁禁阻峰： 倍频峰：

12、由基态向第二、三倍频峰：由基态向第二、三.振动激发态的跃迁（振动激发态的跃迁（ V=2、 3.）；）； 合频峰：分子吸收光子后，同时发生频率为合频峰：分子吸收光子后，同时发生频率为 1， 2的跃迁，此时的跃迁，此时 产生的跃迁为产生的跃迁为 1+ 2的谱峰。的谱峰。 差频峰：当吸收峰与发射峰相重叠时产生的峰差频峰：当吸收峰与发射峰相重叠时产生的峰 1- 2。 泛频峰可以观察到，但很弱，可提供分子的泛频峰可以观察到，但很弱，可提供分子的“指纹指纹”。泛频峰泛频峰5 谱带强度谱带强度 分子对称度高，振动偶极矩小，产生的谱带就弱；反之则分子对称度高，振动偶极矩小，产生的谱带就弱；反之则强强。如如C=

13、C，C-C因对称度高，其振动峰强度小；而因对称度高，其振动峰强度小；而C=X，C-X，因，因对称性低，其振动峰强度就大。对称性低，其振动峰强度就大。 峰强度可用很强（峰强度可用很强（vs）、强（）、强（s）、中（）、中（m）、弱（）、弱（w）、）、很弱（很弱（vw）等来表示。）等来表示。红外光谱可分为红外光谱可分为基频区基频区和和指纹区指纹区两大区域两大区域基频区基频区(40001350cm)又称为又称为特征区或官能团区特征区或官能团区，其特，其特征吸收峰可作为鉴定基团的依据。征吸收峰可作为鉴定基团的依据。XH伸缩振动区伸缩振动区(40002500cm-1)三键及累积双键区三键及累积双键区(2

14、5001900cm-1)双键伸缩振动区双键伸缩振动区(19001200cm-1)XH弯曲振动区弯曲振动区(16501350cm-1 )6 6 基团振动与红外光谱区域基团振动与红外光谱区域红外光谱和分子结构氢键区： OH、NH、CH、SH等基团的伸缩振动单键区：单键区：各种单键各种单键的伸缩振的伸缩振动以及含动以及含氢基团的氢基团的弯曲振动弯曲振动双键区：C=C、C=O、C=N、C=S、N=O以及苯基的伸缩振动官官 能能 团团 区区叁键区：CC、CN等基团的伸缩振动400035003000200025001350400指纹区指纹区X-H伸缩振动区：伸缩振动区：4000-2500cm-1（氢键区）

15、（氢键区） 醇、酚、酸等醇、酚、酸等 36503580 低浓度（峰形尖锐）低浓度（峰形尖锐） O-H 36503200 34003200 高浓度（强宽峰）高浓度（强宽峰） N-H 35003100 胺、酰胺等，可干扰胺、酰胺等，可干扰 O-H 峰峰 饱和饱和（3000 以以下下）与不饱和与不饱和（3000 以以上上） 饱和饱和-C-H （3000-2800） -CH3(2960，2870) -CH2(2930，2850) 不饱和不饱和=C-H （30103040） 末端末端=CH（3085） 不饱和不饱和 C-H (28903300) 较较弱弱 （2890） 、 较较强强 （3300） C-H

16、 3000 左右左右 ArC-H (3030) 比比饱饱和和 C-H 峰峰弱弱，但但峰峰形形却却更更尖锐尖锐 羟基： 吸收在3200-3650cm-1范围。游离羟基吸收在较高波数，峰形尖锐。当缔合形成以氢键相连的多聚体时，键力常数下降，吸收位置移向较低波数，峰形宽而钝。胺基： 胺基的红外吸收与羟基类似，游离胺基的红外吸收在3300-3500cm-1范围，缔合后吸收位置降低约100cm-1。 伯胺两个吸收峰，仲胺只有一个吸收峰，叔胺因氮上无氢，在此区域没有吸收。芳香仲胺吸收峰比相应的脂肪仲胺波数偏高。烃基： 不饱和碳(双键及苯环)的碳氢伸缩振动频率大于3000cm-1 ，饱和碳(三员环除外)的碳

17、氢伸缩振动频率低于3000cm-1，叁键碳的碳氢吸收峰在3300cm-1 ，峰很尖锐。2820-2720 cm2820-2720 cm-1 -1附近有吸收峰可用于区分附近有吸收峰可用于区分- -CHOCHO 饱和碳的碳氢伸缩振动一般可见四个吸收峰。2960cm-1(as) 2870cm-1(s)属CH32925cm-1(as) 2850cm-1(s)属CH2由两组峰由两组峰的强度可的强度可大致判断大致判断CH2和和CH3的比例的比例3000cm-1附近是否有吸收峰可用于有机物和无机物的区分C C，C N，C=C=C，C=C=O 等等 RC CH 2100-2140 RC CR 2196-226

18、0 R=R则无红外吸收则无红外吸收 叁叁键键 及及累累 积积双双 键键 C N 2240-2260 （非共轭）（非共轭） 2220-2230 （共轭）（共轭） 分子中有分子中有 N，H，C，峰，峰强且锐；强且锐； 有有 O 则弱，离基团越近则弱，离基团越近则越弱。则越弱。 叁键及累积双键区叁键及累积双键区（25001900cm-1） C=O 1900-1650 强峰。是判断酮、醛、强峰。是判断酮、醛、酸、酯及酸酐的酸、酯及酸酐的特征吸收峰，其中酸酐因振动偶合而具特征吸收峰，其中酸酐因振动偶合而具有双峰。有双峰。 C=O 1680-1620 峰较弱（对称性较高） 。在峰较弱（对称性较高） 。在

19、1600 和和 1500附近有附近有 2-4 个峰（苯环骨架振动） ，用于个峰（苯环骨架振动） ，用于识别分子中是否有芳环。识别分子中是否有芳环。 苯苯衍衍生生物物的的泛泛频频 2000-1650 C-H 面面外外、C=C 面面内内变形变形振动振动，很很弱弱，但但很很特特征征（可可用用于于取取代代类型类型的的表表征征） 。 双键伸缩振动区双键伸缩振动区（19001200cm-1）C指纹区（可分为两个区）指纹区（可分为两个区）单、双键伸缩振动单、双键伸缩振动（不含氢）（不含氢） 1800-900 C-O（1300-1000） C-(N、F、P)，P-O，Si-O 面面内内外外弯曲弯曲振振动动 9

20、00-650 用用于于顺顺反反式式结构结构、 取取代代类类型型的的确确定定 在红外分析中，通常一个基团有多个振动形式，同时产生多个在红外分析中，通常一个基团有多个振动形式，同时产生多个谱峰（基团特征峰及指纹峰），各类峰之间相互依存、相互佐证。谱峰（基团特征峰及指纹峰），各类峰之间相互依存、相互佐证。通过一系列的峰才能准确确定一个基团的存在。通过一系列的峰才能准确确定一个基团的存在。指纹区指纹区(1350(1350650650）指纹区的吸收峰是由于指纹区的吸收峰是由于C CC,CC,CO,CO,CX X单键的伸缩振动以单键的伸缩振动以及分子骨架中多数基团的弯曲振动所引起。及分子骨架中多数基团的弯

21、曲振动所引起。 苯衍生物的红外光谱图苯衍生物的红外光谱图770-730,710-690cm-1770-735cm-1810-750,725-680cm-1860-800cm-1 烯烃烯烃C-HC-H键的平面外弯曲振动频率键的平面外弯曲振动频率 CCRRRR无无CCRHRR790-840 cm-1CCHHRH910cm-1, 990 cm-1CCHHRR885-890cm-1CCHRRH990-970cm-1CCRHRH675-725 cm-1 化学键的振动频率不仅与其性质有关，同时分子中各基团的化学键的振动频率不仅与其性质有关，同时分子中各基团的振动并不是孤立的，要受到分子中其它部分特别是邻近

22、基团的振动并不是孤立的，要受到分子中其它部分特别是邻近基团的影响，这种影响可分为内部因素和外部因素。相同基团的特征影响，这种影响可分为内部因素和外部因素。相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上。吸收并不总在一个固定频率上。内部因素有内部因素有诱导效应，共轭效应，氢键作用诱导效应，共轭效应，氢键作用等；等；外部因素，测定样品时，试样所处的状态、溶剂效应等因素影外部因素，测定样品时，试样所处的状态、溶剂效应等因素影响基团频率。响基团频率。 三、影响基团频率位移的因素三、影响基团频率位移的因素空间效应空间效应诱导效应诱导效应共轭效应共轭效应键的极性不同引起键的极性不同引起化学键力常数变化化学键力常

23、数变化离域作用使键长平均离域作用使键长平均化，单键力常数增加，化，单键力常数增加，双键力常数减小双键力常数减小电子效应电子效应氢键的影响氢键的影响1 1内部因素内部因素（1 1）电子效应诱导效应：）电子效应诱导效应：a.a.吸电子基团使吸收峰向高频方向移动吸电子基团使吸收峰向高频方向移动 OClRCOBrRC1785-1815cm-11812cm-1卤素的吸电子作用使羰基的双键性增加卤素的吸电子作用使羰基的双键性增加OFRC1869cm-1ORRC1715cm-1OCHR1730cm-1OCO RR1735cm-1OCN H2R1690-1650cm-1ONH2RONH2RCC-+共振效应降低

24、了羰基的双键性，吸收频率移和向低波数。共振效应降低了羰基的双键性，吸收频率移和向低波数。b.b.共轭效应共轭效应 共轭效应使电子云平均化，结果使原来双键间的电子云密共轭效应使电子云平均化，结果使原来双键间的电子云密度降低，力常数减小，振动频率降低。度降低，力常数减小，振动频率降低。COH3CCH3COCH3COCH3CO1715168516851660（）空间效应：空间位阻，环张力（）空间效应：空间位阻，环张力脂环酮羰基的吸收：脂环酮羰基的吸收： 六员环六员环 五员环五员环 四员环四员环 三员环三员环 1715cm-1 1745cm-1 1780cm-1 1850cm-1脂环上脂环上CH2的吸

25、收：的吸收： 环己烷环己烷 环丙烷环丙烷 2925cm-1 3050cm-1 环的加力加大时，环上有关官能团的吸收频率上升环的加力加大时，环上有关官能团的吸收频率上升C HC HC HC H1576cm-11611cm-11644cm-11781cm-11678cm-11657cm-11651cm-1（）氢键效应（）氢键效应( (分子内氢键；分子间氢键分子内氢键；分子间氢键) )：对峰位，峰强产生极明显影响，：对峰位，峰强产生极明显影响，使伸缩振动频率向低波数方向移动。使伸缩振动频率向低波数方向移动。 RHNORNHOHHC=ON-HN-H伸缩伸缩变形游离氢键16903500165034001

26、620-15901650-1620 氢键的形成使参与形成氢键的原化学键的键力常数降低，吸收频率低波数方向。但振动时偶极矩的变化加大，吸收强度增加。例：醇的羟基： 游离态 二聚体 多聚体 3610-3640cm-1 3500-3600cm-1 3200-3400cm-1 低波数低波数烷 烃正辛烷的红外光谱CH3(CH2)6CH3C-H伸缩振动2900-CH2(C-H)剪式振动1455-CH3(C-H)面外弯曲振动1380C-H面内弯曲振动720u已知物的红外谱已知物的红外谱环烷烃1455(-CH2)C-H剪式振动环己烷的红外光谱C-H伸缩振动 C-H伸缩振动吸收大于3000 cm-1 ， C=C

27、键的伸缩振动在1600-1680 cm-1 。 烯烃C-H键的平面外弯曲振动吸收可用于判断双键碳上的烷基取代类型烯烃 烯烃C-H键的平面外弯曲振动频率 CCRRRR无无CCRHRR790-840 cm-1CCHHRH910cm-1, 990 cm-1CCHHRR885-890cm-1CCHRRH990-970cm-1CCRHRH675-725 cm-1CH3( CH2)5CH= CH2 =C-HC=C伸缩振动RCH=CH2C-H弯曲振动强，说明CH2多弱，说明CH3少1-辛烯辛烯C-H烯烃顺式2,2,5,5-四甲基己烯红外光谱C=C伸缩振动（弱）1670顺式RCH=CHR=C-H面外弯曲振动6

28、80=C-H;C-H伸缩振动(-CH3)C-H伸缩振动1380cm-1无(-CH2)C-H伸缩振动1460cm-1反式2,2,5,5-四甲基己烯红外光谱完全对称的反式化合物无C=C伸缩振动=C-H面外弯曲振动9901380末端烯烃16703-甲基-1-戊烯的红外光谱=C-H伸缩振动3040RCH=CH2 =C-H面外弯曲振动C=C伸缩振动990910烯 烃 共轭烯烃16101，3，5-己三烯的红外光谱共轭双键的伸缩振动，向低频位移，但强度增加-CH2; -CH3RCH=CH2 =C-H面外弯曲振动炔烃C-H 末端炔烃 非末端炔烃 伸缩振动 3300cm-1 无 弯曲振动 600-700cm-1

29、 无 CC 伸缩振动 2100-2140cm-1 2200-2260cm-1 对称（无）对称（无） RCCHRCCR，1-辛炔的红外光谱末端炔烃末端炔烃C-H面内弯曲振动7202-辛炔的红外光谱2200弱RC CR,1480；1380 CH2 CH3720 (CH2)600-700无峰 RCCR单环芳烃芳环骨架的伸缩振动(24峰) 1625-1575cm-1，1525-1475cm-1C-H伸缩振动在（3030） 3100-3010cm-1C-H面外弯折振动确定苯环取代类型苯取代物的C-H面外弯折振动 770-735cm-1 760-745cm-1 900-860cm-1 710-685cm-

30、1 790-770cm-1 830-800cm-1 725-680cm-1 800-770cm-1 900-860cm-1 900-860cm-1 720-685cm-1 860-800cm-1 865-810cm-1 730-675cm-1芳香烃3030苯环的C-H伸缩振动苯环骨架伸经缩振动间二甲苯的红外光谱间二取代的苯=C-H面外弯曲振动邻二取代的苯=C-H面外弯曲振动邻二甲苯的红外光谱7543021苯环骨架伸经缩振动对二甲苯的红外光谱醇O-H 游离羟基 3650-3590缔合羟基 3520-3100 C-O 伯醇 1050 仲醇 1100-1125 叔醇 1150-1200醇己醇的红外光

31、谱缔合O-H伸缩振动3500-32001050C-O伸缩振动1480；1380 CH2 CH3720 (CH2)缔合羟基游离羟基乙醇的红外光谱(1%CCl4溶液)乙醇的红外光谱(液膜法)缔合羟基酚4乙基酚的红外光谱3500-3200缔合O-H伸缩振动C-O伸缩振动，由于 p-共轭键增强，吸收向高频移动1230830对二取代的苯=C-H面外弯曲振动苯环骨架伸经缩振动C=O伸缩振动苯甲醛的红外光谱图醛基C-H伸缩振动醛和酮的红外光谱图醛和酮的红外光谱图一取代的苯=C-H面外弯曲振动680 7202-戊酮的红外光谱图1715C=O伸缩振动苯乙酮酰基化合物的羰基伸缩振动频率cm-1OROHCOOHCC

32、COOHC1710-17801690-17151680-1700OROORCCOArOOArCCORClC1800-1850和和1740-17901780-1830和和1730-17701780-1850ORORCOROC-OArORCORNH2C1735-17501715-17301650-16901550-1630乙酸乙酸乙酯9.3 9.3 红外光谱仪红外光谱仪 目前有两类红外光谱仪：色散型和傅立叶变换型（目前有两类红外光谱仪：色散型和傅立叶变换型（Fourier Transfer, FT）一、色散型：与双光束一、色散型：与双光束UV-Vis仪器类似，但部件材料和仪器类似，但部件材料和顺序

33、不同顺序不同。调节调节 T%或称基线调平器或称基线调平器置于吸收池之后可置于吸收池之后可避免杂散光的干扰避免杂散光的干扰1. 光源光源 常用的红外光源有常用的红外光源有Nernst灯和硅碳棒。灯和硅碳棒。类型类型 制作材料制作材料 工作温度工作温度 特特 点点 Nernst灯灯 Zr, Th, Y氧化氧化物物 1700oC 高波数区高波数区（ 1000cm-1）有有更更强强的的发发射射；稳定性好；稳定性好；机械强度差；机械强度差； 但但价格较高价格较高。 硅碳棒硅碳棒 SiC 1200-1500oC 低波数区低波数区光光强强较较大大；波波数数范围范围更更广广； 坚固、发光面积大坚固、发光面积大

34、。 2. 吸收池吸收池 红外吸收池使用可透过红外的材料制成窗片；不同的样品状态红外吸收池使用可透过红外的材料制成窗片；不同的样品状态（固、液、气态）使用不同的样品池，固态样品可与晶体混合压（固、液、气态）使用不同的样品池，固态样品可与晶体混合压片制成。片制成。材材 料料 透透光光范围范围/ m 注注 意意 事事 项项 NaCl 0.2-25 易易潮潮解解、湿度湿度低低于于 40% KBr 0.25-40 易易潮潮解解、湿度湿度低低于于 35% CaF2 0.13-12 不不溶溶于于水水，用用于于水水溶溶液液 CsBr 0.2-55 易易潮潮解解 TlBr + TlI 0.55-40 微微溶溶于

35、于水水（有有毒毒） 3. 单色器单色器 由色散元件、准直镜和狭缝构成。其中可用几个光栅来增加波由色散元件、准直镜和狭缝构成。其中可用几个光栅来增加波数范围，狭缝宽度应可调。数范围，狭缝宽度应可调。 狭缝越窄，分辨率越高，但光源到达检测器的能量输出减少，狭缝越窄，分辨率越高，但光源到达检测器的能量输出减少，这在红外光谱分析中尤为突出。为减少长波部分能量损失，改善检这在红外光谱分析中尤为突出。为减少长波部分能量损失，改善检测器响应，通常采取测器响应，通常采取程序增减狭缝宽度程序增减狭缝宽度的办法，即随辐射能量降低，的办法，即随辐射能量降低，狭缝宽度自动增加，保持到达检测器的辐射能量的恒定。狭缝宽度

36、自动增加，保持到达检测器的辐射能量的恒定。4. 检测器及记录仪检测器及记录仪 红外光能量低，因此常用热电偶、测热辐射计、热释电检测器红外光能量低，因此常用热电偶、测热辐射计、热释电检测器和碲镉汞检测器等。和碲镉汞检测器等。红外检测器红外检测器 原理原理 构成构成 特点特点 热电偶热电偶 温 差 热 电温 差 热 电效应效应 涂黑金箔（接受面）连接金属（热接涂黑金箔（接受面）连接金属（热接点）与导线（冷接端）形成温差。点）与导线（冷接端）形成温差。 光光谱谱响响应应宽宽且且一一致致性性好好、灵敏灵敏度度高高、受受热热噪噪音音影响影响大大 测热辐射计测热辐射计 电桥平衡电桥平衡 涂黑金箔（接受面）

37、作为惠斯顿电桥涂黑金箔（接受面）作为惠斯顿电桥的一臂，当接受面温度改变，电阻改的一臂，当接受面温度改变，电阻改变，电桥输出信号。变，电桥输出信号。 稳定稳定、中中等等灵敏度灵敏度、较较宽宽线线性性范围范围、受受热热噪噪音音影响影响大大 热释电检测热释电检测器器（TGS） 半 导 体半 导 体 热热电效应电效应 硫酸三甘酞（硫酸三甘酞（TGS）单晶片受热，温）单晶片受热，温度上升，其表面电荷减少，度上升，其表面电荷减少，即即 TGS释放了部分电荷，该电荷经放大并记释放了部分电荷，该电荷经放大并记录。录。 响应极快，可进行高速响应极快，可进行高速扫描（中红外区只需扫描（中红外区只需1s） 。适于）

38、 。适于 FT-IR。 碲镉汞检测碲镉汞检测器器（MCT） 光电导；光电导； 光伏光伏效应效应 混合物混合物 Hg1-xCdxTe 对光的响应对光的响应 灵敏度高、响应快、可灵敏度高、响应快、可进行高速扫描。进行高速扫描。 几种红外检测器几种红外检测器以光栅为分光元件的红外光谱仪不足之处：以光栅为分光元件的红外光谱仪不足之处：1）需采用狭缝，光能量受到限制；）需采用狭缝，光能量受到限制；2）扫描速度慢，不适于动态分析及和其它仪器联用；）扫描速度慢，不适于动态分析及和其它仪器联用；3）不适于过强或过弱的吸收信号的分析。）不适于过强或过弱的吸收信号的分析。二、傅立叶红外光谱仪二、傅立叶红外光谱仪

39、它是利用光的相干性原理而设计的干涉型红外分光光度仪。它是利用光的相干性原理而设计的干涉型红外分光光度仪。仪器组成为仪器组成为红外光源摆动的凹面镜摆动的凹面镜迈克尔逊干扰仪检测器样品池参比池同步摆动干涉图谱计算机解析红外谱图还原M1BSIIIM2D单色光单色光单色光单色光二色光二色光多色光多色光单、双及多色光的干涉示意图单、双及多色光的干涉示意图多色干涉光经样品吸收后的干涉图多色干涉光经样品吸收后的干涉图(a)及其及其Fourier变换后的红外光谱图变换后的红外光谱图(b)9.4 红外光谱试样制备红外光谱试样制备一、对试样的要求一、对试样的要求1）试样应为）试样应为“纯物质纯物质”（98%），通

40、常在分析前，样品需要纯化；），通常在分析前，样品需要纯化； 对于对于GC-FTIR则无此要求。则无此要求。2）试样不含有水（水可产生红外吸收且可侵蚀盐窗）；）试样不含有水（水可产生红外吸收且可侵蚀盐窗）；3）试样浓度或厚度应适当，以使）试样浓度或厚度应适当，以使T在合适范围。在合适范围。二、制样方法二、制样方法 液体或溶液试样液体或溶液试样1）沸点低易挥发的样品：液体池法。）沸点低易挥发的样品：液体池法。2）高沸点的样品：液膜法（夹于两盐片之间）。）高沸点的样品：液膜法（夹于两盐片之间）。 3）固体样品可溶于）固体样品可溶于CS2或或CCl4等无强吸收的溶液中。等无强吸收的溶液中。 固体试样固

41、体试样1）压片法：）压片法：12mg样样+200mg KBr干燥处理干燥处理研细：粒度小研细：粒度小 于于 2 m（散射小）（散射小）混合压成透明薄片混合压成透明薄片直接测定；直接测定；2）石蜡糊法：试样）石蜡糊法：试样磨细磨细与液体石蜡混合与液体石蜡混合夹于盐片间；夹于盐片间；石蜡为高碳数饱和烷烃，因此该法不适于研究饱和烷烃。石蜡为高碳数饱和烷烃，因此该法不适于研究饱和烷烃。3）薄膜法：）薄膜法： 高分子试样高分子试样加热熔融加热熔融涂制或压制成膜；涂制或压制成膜； 高分子试样高分子试样溶于低沸点溶剂溶于低沸点溶剂涂渍于盐片涂渍于盐片挥发除溶剂挥发除溶剂 样品量少时，采用光束聚光器并配微量池

42、。样品量少时，采用光束聚光器并配微量池。9.5 红外光谱应用简介红外光谱应用简介一、定性分析一、定性分析1. 已知物的签定已知物的签定 将试样谱图与标准谱图对照或与相关文献上的谱图对照。将试样谱图与标准谱图对照或与相关文献上的谱图对照。2. 未知物结构分析未知物结构分析 如果化合物不是新物质，可将其红外谱图与标准谱图对照（查对）如果化合物不是新物质，可将其红外谱图与标准谱图对照（查对） 如果化合物为新物质，则须进行光谱解析，其步骤为：如果化合物为新物质，则须进行光谱解析，其步骤为：1）该化合物的信息收集：试样来源、熔点、沸点、折光率、旋光率）该化合物的信息收集：试样来源、熔点、沸点、折光率、旋光率等；等；2）不饱和度的计算：）不饱和度的计算： 通过元素分析得到该化合物的分子式，并求出其不饱和度过通过元素分析得到该化合物的分子式，并求出其不饱和度过 .2nnn1134 =0 时，分子是饱和的，分子为链状烷烃或其不含双键的衍生物；时，分子是饱和的，分子为链状烷烃或其不含双键的衍生物； =1 时，分子可能有一个双键或脂环；时，分子可能有一个双键或脂环； =3 时，分子可能有两个双键或脂环；时，分子可能有两个双键或脂环； =4 时，分子