红外光谱原理及使用.ppt

《红外光谱原理及使用.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、红外光谱(IR)InfraredSpectroscopy主讲人：吴瑛2008-11-4基本原理实验部分IRAB期末考试D上机操作C地点：物化所224样品制备考核软件操作红外光谱仪工作原理红外光谱原理前言红外吸收光谱法——是鉴别物质和分析物质结构的有效手段。已被广泛用于各种物质的定性鉴别和定量分析，并用于研究分子间内部的相互作用。1、解决的问题2、发展历史第一代：棱镜式色散型红外光谱仪。它对温度、湿度敏感，对环境要求苛刻。第二代：60年代光栅型色散式红外光谱仪。这是由于光栅的刻制和复制技术的发展，出现了光栅代替棱镜。提高了仪器的分辨率，展宽了测量波段

2、，降低了环境要求。第三代：干涉型红外光谱仪。工作原理和色散型完全不同，它具有宽的测量范围，高测量精度和极高的分辨率以及极快的测量速度。此类的代表是FTIR（FourierTransformInfraredSpectroscopy）。第四代：激光红外光谱。能量高，单色性好，具有极高的灵敏度，可调激光既作为光源又省去了分光部件，此类仪器将成为今后研究的重要方向。3、FTIR的核心是迈克尔逊干涉仪。是由迈克尔逊（Michelson）制成的，它可精确地控制两相干光的光程差，他推断，从干涉仪测量的干涉条纹中，可能导出某些光谱信息。4、适用范围高分子，石油工业

3、，地学，农业，食品，生物学，生物化学，医学，无机和配位化学，半导体材料，法庭科学，环境科学，气象科学，染织工业，日用化工，原子能科学，质量监控，工业生产等方面。红外光谱的基本理论1.红外辐射——是波长接近于可见光但能量比可见光低的电磁辐射，所以它的名称就是因为其能量低于可见光区的红外光而取的。2.红外光的波长——0.7~500——用波数代表（而不用波长或频率）。当用作为波长单位时，波数定义为波长的倒数。即()=如=2.8的红外线，它的波数为：==3.6×3.红外光的能量表示：4.红外光谱区分类根据红外线波长，习惯将红外光谱分成三个区域，其中中红外应

4、用最多。名称波长/波数/能级跃迁类型50~3000.78~2.52.5~5012820~40004000~200200~33近红外（泛频区）中红外（基本振动区）远红外（转动区）O-H，N-H及C-H键的倍频吸收分子中原子的振动及分子转动分子转动，晶格振动分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构5.红外光谱的产生：——分子振动能级的跃迁（同时伴随转动能级的跃迁）而产生的。①偶极矩变化：任何分子就其整个分子而言，呈电中性，但因构成分子的各原子因价电子得失的难易，而出现不同的电负性，分子也因此显示不

5、同的极性。极性大小用分子偶极矩μ来描述：μ=q·d正负电荷的中心距离正负电中心的电荷+q_q∵分子内原子处于在其平衡位置不断振动的状态，∴d的瞬时值也不断变化，μ也相应变化即分子有确定的偶极矩变化频率。HClHCld+q_qH2O+q_qOHH+qd②分子振动能级的跃迁条件：——只有在吸收外界光的能量后才能实现。换句话说，将外界红外光的能量转移到分子中去才能实现振动能级的跃迁，而这种能量的转移是通过偶极矩的变化来实现的。条件是：当辐射频率与偶极子频率相匹配时，分子才与辐射发生相互作用（振动偶合），而增加它的振动能，使振动能加激，振幅加大。振动频率将

6、有偶极矩变化的振动基团一个偶极子基态振动振动能级因此由原来较高的视为具有一定的③红外吸收条件：——发生偶极矩变化的振动才能引起可观测的红外吸收带，这种振动为红外活性，反之称为非红外活性。④红外光谱图的产生：当一定频率的红外光分子两者产生共振照射该分子中的某个振动频率和红外光一样此时光的能量通过分子偶极矩的变化而传递给分子，这个基团就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁。如果红外光的振动频率分子中各基团的振动频率不符合导致结果该部分的红外光不吸收因此用连续改变频率红外光照射某试样，由于某试样对不同频率的红外光的吸收不同，使通过试样后的红外光在一些波长范

7、围内变弱（被吸收），在另一些范围内则较强（不吸收）。将分子吸收红外光的情况用仪器记录，就得到该试样的红外吸收光谱图。⑤分子振动方程m1m2缩伸伸r谐振子振动示意图简谐振动：——分子中的原子以平衡点为中心，以非常小的振幅作周期性的振动。模型——弹簧带小球的模型为小球质量（原子质量）r→弹簧长度（分子化学键的长度）m1m2、体系的振动频率（以波数表示）可表示如下：=……（1）分子振动方程式光速：2.9981010弹簧的力常数。即联结原子的化学键的力常数两个小球（两个原子）的折合质量=……（2）运用虎克定律：根据小球的质量和原子量的关系，⑴式改为：……⑶

8、分子振动方程式=阿佛加德罗常数（6.02×1023）折合相对原子质量如两原子的相对质量为和，则折合相对原子质量：=∴各有其