FTIR工作原理

1、红外光谱分析法实验讲义红外光谱仪主要有两种类型：色散型和干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）。色散型红外光谱仪是以棱镜或光栅作为色散元件，这类仪器的能量受到严格限制，扫描时间慢，且灵敏度、分辨率和准确度都较低。随着计算方法和计算技术的发展，20世纪70年代出现新一代的红外光谱测量技术及仪器傅立叶变换红外光谱仪。一、Fourier变换红外光谱仪（FTIR）Fourier变换红外光谱仪没有色散元件，主要由光源（硅碳棒、高压汞灯）Michelson干涉仪、检测器、计算机和记录仪组成。核心部分为Michelson干涉仪，它将光源来的信号以干涉图的形式送往计算机进行Fourier变换的数学处理，最后将干涉图还

2、原成光谱图。它与色散型红外光度计的主要区别在于干涉仪和电子计算机两部分。这种新技术具有很高的分辨率、波数精度高、扫描速度极快（1秒内可完成）、光谱范围宽、灵敏度高等优点。Fourier变换红外光谱仪的内部结构：Nicolet公司的AVATAR360FT-IRFourier变换红外光谱仪工作原理：77工作原理：光源发出的红外辐射，经干涉仪转变成干涉图，通过试样后得到含试样信息的干涉图，由电子计算机采集，并经过快速傅立叶变换得到吸收强度或透光度随频率或波数变化的红外光谱图。干涉图从数学观点讲，就是傅立叶变换，计算机的任务是进行傅立叶逆变换。Michelson干涉仪工作原理：它们光束分裂射1允程毘为

3、X整数借,相长干渉;分数借+相浦涉乂/器的、核动，获特涉图。相千光刃心部分是Michelson干涉仪，如图：叫和M?为两块平面镜,置，固定不动，则可沿图示方向作微小的移动，称为动镜。在和之间放置一呈45度角的半透膜光束分裂器BS（beam-splitters），可使50%的入射光透过，其余部分被反射。当光源发出的入射光进入干涉仪后就被光束分裂器分成两束光透射光1和反射光2，其中透射光1穿过BS被动镜反射，沿原路回到BS并被反射到达探测器D,反射光2则由固定镜沿原路反射回来通过BS到达D。这样，在探测器D上所得到的1光和2光是相干光。1光和2光的光程差为波长的整数倍时，为相长干涉；分数倍时为相消

4、干涉，动镜连继转动获得干涉图。Fourier变换红外光谱仪的特点：（1）扫描速度极快Fourier变换仪器是在整扫描时间内同时测定所有频率的信息，一般只要1s左右即可。因此，它可用于测定不稳定物质的红外光谱。而色散型红外光谱仪，在任何一瞬间只能观测一个很窄的频率范围，一次完整扫描通常需要8、15、30s等。（2）具有很高的分辨率通常Fourier变换红外光谱仪分辨率达0.10.005cm-1，而一般棱镜型的仪器分辨率在1000cm-1处有3cm-1，光栅型红外光谱仪分辨率也只有0.2cm-1。（3）灵敏度高因Fourier变换红外光谱仪不用狭缝和单色器，反射镜面又大，故能量损失小，到达检测器的

5、能量大，可检测10-8g数量级的样品。除此之外，还有光谱范围宽（100010cm-1）；测量精度高，重复性可达0.1%；杂散光干扰小；样品不受因红外聚焦而产生的热效应的影响；特别适合于与气相色谱联机或研究化学反应机理等。二、试样的处理和制备要获得一张高质量红外光谱图，除了仪器本身的因素外，还必须有合适的样品制备方法。一、红外光谱法对试样的要求红外光谱的试样可以是液体、固体或气体，一般应要求：（1）试样应该是单一组份的纯物质，纯度应98%或符合商业规格，才便于与纯物质的标准光谱进行对照。多组份试样应在测定前尽量预先用分馏、萃取、重结晶或色谱法进行分离提纯，否则各组份光谱相互重叠，难于判断。（2）

6、试样中不应含有游离水。水本身有红外吸收，会严重干扰样品谱，而且会侵蚀吸收池的盐窗。（3）试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于10%80%范围内。二、制样的方法1.气体样品气态样品可在玻璃气槽内进行测定，它的两端粘有红外透光的NaCl或KBr窗片。先将气槽抽真空，再将试样注入。2.液体和溶液试样（1）液膜法沸点较高的试样，直接滴在两片盐片之间，形成液膜。对于一些吸收很强的液体，当用调整厚度的方法仍然得不到满意的谱图时，可用适当的溶剂配成稀溶液进行测定。一些固体也可以溶液的形式进行测定。常用的红外光谱溶剂应在所测光谱区内本身没有强烈的吸收，不侵蚀盐窗，对试样没有强

7、烈的溶剂化效应等。（2）液体池法沸点较低，挥发性较大的试样，可注入封闭液体池中，液层厚度一般为0.011mm。3.固体试样（1）压片法将12mg试样与200mg纯KBr研细均匀，置于模具中，用（510）xl07Pa压力在油压机上压成透明薄片，即可用语测定。试样和KBr都应经干燥处理，研磨到粒度小于2微米，以免散射光影响。（2）石蜡糊法将干燥处理后的试样研细，与液体石蜡或全氟代烃混合，调成糊状，夹在盐片中测定。（3）薄膜法主要用于高分子化合物的测定。可将它们直接加热熔融后涂制或压制成膜。也可将试样溶解在低沸点的易挥发溶剂中，涂在盐片上，待溶剂挥发后成膜测定。当样品量特别少或样品面积特别小时，采用

8、光束聚光器，并配有微量液体池、微量固体池和微量气体池，采用全反射系统或用带有卤化碱透镜的反射系统进行测量。三、联用技术四、红外光谱图解析1、红外光谱的吸收强度常定性地用vs（很强）、s（强）m（中）w（弱）VW（极弱）等表示。2、红外光谱中峰的形状有宽峰、尖峰、肩峰和双峰等类型。3、习惯上把波数在40001330cm-i（波长为2.57.5um）区间称为特征频率区，简称特征区。特征区吸收峰较疏，容易辨认。各种化合物中的官能团的特征频率位于该区域，在此区域内振动频率较高，受分子其余部分影响小，因而有明显的特征性，它可作为官能团定性的主要依据。波数在1330667cm-1（波长7.515um）的区域称为指纹区。在此区域中各种官能团的特征频率不具有鲜明的特征性。分子结构上的微小变化，都会引起指纹区光谱的明显改变，因此在确定有机化合物时用途也很大。注意事项：1、湿度：60%2、温度：18-25C3、二氧化碳的影响4、压片时样品的用量、片的厚度：样品太多五、实验内容本实验采用压片法（1）制样用具：玛瑙研钵、药匙、压模及其附件、溴化钾粉料、压片机、红外灯样品：苯甲酸、未知样品方法：将固体样品先在玛瑙研钵中粉碎磨细，加入溴化钾粉料，继续研磨，直到磨细并混和均匀。将已磨好的物料加到压片专用的模具上，合上模具在压片机上加压到25-30MPa,并维持1分