傅里叶变换红外光谱分析

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1、红外吸收光谱分析FTIR（FourierTranslationInfraredspectroscopy)傅里叶变换红外光谱分析FTIR概述FTIR是由于物质吸收电磁辐射后，分子振动-转动能级的跃迁而产生的，称为分子振动转动光谱，简称振转光谱。分子光谱的种类有机分子同其他物质一样始终处于不停的运动之中。分子在空间自由移动需要的能量为移动能．沿重心轴转动的能量为转动能，二个以上原子连接在一起，它们之间的键如同弹簧一样振动，所需能量为振动能，分子中的电子从各种成键轨跃入反键轨所需能量为电能.图1分子基团振动的方式分子在未受光照射之前，以上描述的诸能量均处于最低能级，称之为基态．当

2、分子受到红外光的辐射，产生振动能级的跃迁，在振动时伴有偶极矩改变者就吸收红外光子，形成红外吸收光谱．红外光谱根据不同的波数范围分为三个区：近红外区13,330~400O厘米-1（0.75~2.5微米）中红外区4000~650厘米-1（2.5~15.4微米）远红外区650~10厘米-1（15~1000微米）近红外区是可见光红色末端的一段，只有X-H或多键振动的倍频和合频出现在该区，在研究含氢原子的官能团如O-H，N-H和C-H的化合物，特别是醇、酚、胺和碳氢化合物上，以及研究末端亚甲基、环氧基和顺反双键等时比较重要。中红外区是红外光谱中应用最早和最广的一个区．该区吸收峰数据的

3、收集、整理和归纳已臻于完善．由于4000~1000厘米-1区内的吸收峰为化合物中各个键的伸缩和弯曲振动，故为双原子构成的官能团的特征吸收．1400~650厘米-1区的吸收蜂大多是整个分子中多个原子间键的复杂振动，可以得到官能团周围环境的信息，用于化合物的鉴定，因此中红外区是我们讨论的重点。远红外区应是200-10厘米-1．由于一般红外仪测绘的中红外范围是5000-650厘米-1或5000-400厘米-1，因此650-200厘米-1也包括在远红外区．含重原子的化学键伸缩振动和弯曲振动的基频在远红外光区，如C-X键的伸缩振动频率为650-450厘米-1，弯曲振动频率为350-2

4、50厘米-1，均是强峰．肟分子中O-H的扭曲振动也在375-350厘米-1，为一极强的吸收．有氢键的化合物，X-H…X的伸缩振动在200-50厘米-1；弯曲振动在50厘米-1以下．FTIR的发展历程红外光谱仪的发展经历了3个阶段第一阶段：棱镜式红外分光光度计,它是基于棱镜对红外辐射的色散而实现分光的。其缺点是光学材料制造麻烦,分辨本领较低,而且仪器要求严格的恒温降湿。第二个阶段光栅式红外分光光计它是基于光栅的衍射而实现分光的,与第一代相比,分辨能力大大提高,且能量较高,价格便宜,对恒温、恒湿要求不高,是红外分光光度计发展的方向。第三个阶段：基于干涉调频分光的傅立叶变换红外光

5、谱。它的出现为红外光谱的应用开辟了新的领域傅里叶变换红外光谱仪红外光谱的原理构成物质的分子和原子存在微观的运动如：水分子的振动反对称伸缩弯曲振动对称伸缩通常非对称伸缩振动较对称伸缩振动在较高的波数出现弯曲(1595cm-1)对称伸缩(3657cm-1)非对称伸缩(3756cm-1)红外光谱原理用一束红外光（连续波长）照射试样；若其频率相应的能量与某个分子的振动或转动能量差相当时，就被分子吸收；ΔE=E’’-E’=hv=hc/λ分子由低能态过渡到高能态，产生能级跃迁；出现红外分子吸收光谱吸收谱带的强度决定于偶极矩的变化大小μ=qrμ:偶极矩,衡量分子有无极性和极性大小的物理量

6、,从正电中心指向负电中心q:电荷量r:偶极间距离偶极矩变化振动偶极矩变化红外吸收偶极矩变化的大小吸收强度的大小ClHNN傅立叶变换红外光谱仪工作原理示意图红外吸收光谱分析IR光谱的产生条件红外光谱是由于物质吸收电磁辐射后，分子振动-转动能级的跃迁而产生的。物质能吸收电磁辐射应满足两个条件，即：（1）辐射应具有刚好能满足物质跃迁时所需的能量；（2）辐射与物质之间有相互作用。红外吸收光谱分析IR光谱的产生条件当一定频率（一定能量）的红外光照射分子时，如果分子中某个基团的振动频率和外界红外辐射的频率一致，就满足了第一个条件。为满足第二个条件，分子必须有偶极矩的改变。已知任何分子就

7、其整个分子而言，是呈电中性的，但由于构成分子的各原子因价电子得失的难易，而表现出不同的电负性，分子也因此而显示不同的极性。红外吸收光谱分析IR光谱的产生条件通常用分子的偶极矩来描述分子极性的大小:=q·d图4HCl、H2O的偶极矩由于分子内原子处于在其平衡位置不断地振动的状态，在振动过程中d的瞬时值亦不断地发生变化，因此分子的也发生相应的改变，分子亦具有确定的偶极距变化频率。对称分子由于正负电荷中心重叠，d=0，故=0。红外吸收光谱分析红外吸收光谱分析上述物质吸收辐射的第二个条件，实质上是外界辐射迁移它的能