红外光谱法（仪器分析课件）

红外光谱法红外光谱法基本原理01红外光谱法基本原理-1·基本原理目标掌握原子吸收分光谱法特点01掌握原子吸收分光谱法基本原理02相关标题文字一、概述

（一）红外光谱（分子振动转动光谱）

1.定义：当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。

吸收红外光分子-------------→

分子振动或转动能级跃迁（∆

0）→IR吸收光谱红外光谱法原理1234原理原理原理一、概述定义：（1）红外光谱：是分子的振动与转动能级跃迁吸收光谱出现在红外光区，称为红外光谱。又称为红外吸收光谱。(2)红外光谱法：就是基于物质分子的红外吸收光谱进行定性定量分析的光谱分析方法。一、概述2.分类按照红外光区的波长范围（0.75——1000μm），将其分为：近红外(0.75—2.5μm)、中红外(2.5—50μm）、远红外（50—1000μm）红外光谱法是物质特别是有机化合物结构研究的重要手段之一。红外光区的划分区域名称波长(µm)波数(cm-1)能级跃迁类型近红外区（泛频区）0.78-2.512800-4000OH、NH、CH键的倍频吸收中红外区（基本振动区）2.5-504000-200分子振动/伴随转动远红外区（分子转动区）50-1000400-10分子转动二、基本原理

（一）分子吸收红外的条件1.照射红外光子具有的能量与分子振动能级跃迁所需的能量相当；物质的分子对红外光的吸收是通过共振的方式完成的。2.光子与分子之间发生偶合作用。并不是所有的分子都有吸收红外光，只有在振动过程中伴随有净的偶极距变化的分子才能吸收红外光，称其具有红外活性，相应的振动称为红外活性振动。以双原子分子的纯振动光谱为例

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示意图

2.振动过程中必须是能引起分子偶极矩变化的分子才能产生红外吸收光谱。2.辐射与物质之间必须有耦合作用磁场电场交变磁场

分子固有振动

a偶极矩变化（能级跃迁）耦合不耦合红外吸收无偶极矩变化无红外吸收分子振动方程式分子的振动能级（量子化）：

E振=（V+1/2）h

：

化学键的振动频率；V：振动量子数。

（

=0，1，2，

）1.双原子分子的振动简谐振动及其频率，化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧（二）分子的基本振动形式2、多原子分子的振动（1）简正振动：分子质心保持不变，整体不转动，每个原子都在其平衡位置附近做简谐振动，其振动频率和相位都相同，即每个原子都在同一瞬间通过其平衡位置，而且同时达到其最大位移值。分子中任何一个复杂振动都可以看成这些简正振动的线性组合2.多原子分子的振动（1）简正振动的基本形式

对称伸缩振动(vs)

①

伸缩振动

不对称伸缩振动(vas)

剪式（δ）

面内变形振动

②变形振动平面摇摆振动（ρ）（弯曲振动）面外摇摆振动（ω）面外变形振动面外扭曲振动（τ）简正振动基本形式伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长变化但键角不变的振动。变形振动：基团键角发生周期性变化，但键长不变的振动。又称弯曲振动或变角振动。下图给出了各种可能的振动形式（以甲基和亚甲基为例）。

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：a）偶极矩的变化=0的振动，不产生红外吸收,如CO2；b）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。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）。在红外光谱中还可观察到其它峰跃迁禁阻峰：

红外光谱法红外光谱仪结构及功能02项目二红外光谱仪结构及功能-1·红外光谱仪的结构红外光谱仪的各部组件的作用目标掌握红外光谱仪结构组成01掌握各部分组件的功能02相关标题文字红外光谱仪红外吸收光谱模块之1进一步巩固红外光谱法原理2掌握红外光谱仪的组成3掌握红外光谱仪的个部件的作用能力目标

红外光谱仪的结构及功能

红外光谱仪一、红外光谱仪的类型

色散型红外光谱仪红外光谱仪傅立叶(Fourier)变换红外光谱仪一）色散型红外光谱仪光源→样品池→单色器→检测器→记录系统色散型红外光谱仪又称红外分光光度计，也有单光束、双波长、双光束型。（一）光源1.Nernst灯

Nernst灯特点：（1）高温下导电，室温下非导体，使用前需预热（2）发光强度高，尤其在>1000cm-1高波数区（3）使用寿命长（4）稳定性好（5）价格贵，机械强度差2.硅碳棒

特点：（1）低波数区域发光较强，使用波数范围宽，低至200cm-1（2）坚固（3）发光面积大（4）寿命长（5）不需预热，价格便宜（二）吸收池（金属卤化物）

NaCl、KBr、CsI、KRS-5（TlI58%，TlBr42%）材料制成窗片（玻璃、石英等材料不能透过红外光）（三）单色器组成：色散元件、准直镜、狭缝（四）检测器

高真空热电偶、热释电检测器、碲镉汞检测器

二、Fourier变换红外光谱仪（FTIR）干涉仪光源样品室检测器显示器绘图仪计算机干涉图光谱图FTS（一）

傅立叶变换红外光谱仪的特点

特点：

(1)扫描速度极快(1s)；适合仪器联用；(2)不需要分光，信号强，灵敏度很高；

(3)仪器小巧。（二）仪器原理光源发出的辐射经干涉仪转变为干涉光，通过试样后，包含的光信息需要经过数学上的傅立叶变换解析成普通的谱图

光信号→干涉仪→干涉光→计算机→Fourier变换→将干涉图还原为红外光谱图组成：光源（硅碳棒、高压汞灯）、Michelson干涉仪、检测器、计算机和记录仪等。

其核心部分为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，最后将干涉图还原成光谱图（三）组成红外光谱法红外光谱法应用03红外光谱法应用-1·样品的制备目标掌握红外光谱法样品制备方法01掌握红外光谱法样品制备技能02相关标题文字一、试样的处理和制备（一）红外光谱法对试样的要求

试样可为气、液、固，应满足以下要求：1.单一组分的纯物质，纯度应>98%或符合商业规格，这样才便于与纯化合物的标准光谱进行对照提纯多组分：分馏、萃取、重结晶、区域熔融（GC-FTIR除外）2.试样中不应含有游离水

H2O有红外吸收干扰样品测定，侵蚀吸收池的盐窗3.试样的浓度和测试厚度应选择适当T:10-80%二、制样方法（一）液体和溶液试样常用方法：

1.液体池法：沸点低、挥发性大试样（注入封闭液体池中，液层厚度0.01-1mm）

2.液膜法:

沸点较高的试样（直接滴在两块盐片之间形成液膜）

CS2:1350-600cm-1

低频常用溶剂

CCl4:4000-1350cm-1

高频（二）固体试样

1.压片法：试样与KBr研细混匀，在压片机上压成透明薄片

压片机及压膜结构红外光谱法应用-11234原理原理原理

2.石蜡糊法：将干燥处理后的试样研细，与液体石蜡混合，调成糊状，夹在盐片中测定

3.薄膜法：样品直接加热熔融后涂制或压制成膜（二）固体试样二、制样的方法(三).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。红外光谱法红外光谱法应用03红外光谱法应用-2·定性及定量目标掌握红外光谱图的定性解析01掌握红外光谱图的定量分析方法02相关标题文字解析红外光谱，要同时注意吸收峰的位置、强度和峰行。谱图解析的顺序为：1.根据质谱、元素分析结果得到分子式，并有分子式计算不饱和度。

1）化合物的不饱和度例如：Ω=1+6+(0-6)/2=4

一、定性分析（定性鉴定和结构分析）（一）已知物的鉴定：与标准谱图对照

2.先观察官能团取，确定可能存在的官能团，再看指纹区，如果是芳香族化合物，应定出苯环取代位置。3.根据官能团及化学和理性，拼凑可能的结构。4.进一步的确认需与标准样品、标准图谱对照，或结合其他仪器手段得出结论。标准图谱集最常见的是萨特勒红外谱图集一、定性分析（定性鉴定和结构分析）（一）已知物的鉴定：与标准谱图对照

二、定量分析

谱带强度测量方式主要有峰高（即吸光度值）测量和峰面积测量两种。定量分析方法视被测物质的情况和定量分析的要求可采用直接计算法、工作曲线法、吸光度比法