FTIR原理及应用课件.pptx

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1、FT-IR2013/4/11傅里叶红外光谱目录原理基团频率和特征吸收峰解析红外谱图的三要素红外光谱仪红外光谱法的应用1.原理分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱。红外吸收光谱是一种分子吸收光谱。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。记录红外光的百分透

2、射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。波长及其分区2×1051000252750400100.01mmmmnmnmnmnm无线电波区微波区远红外区中红外区近红外区可见区紫外区X射线区射线区运动形式核自旋电子自旋分子自旋分子转动及晶体的晶格振动分子基频振动主要涉及O-H、N-H、C-H键振动的倍频及合频吸收外层电子跃迁内层电子跃迁核反应光谱法核磁共振谱微波光谱顺磁共振光谱远红外光谱红外光谱近红外光谱可见和紫外光谱X射线光谱射线光谱表1划分成光谱区的电磁总谱1.1光谱划分近红外（Near-IR)波长：0.75-

3、2.5μm近红外光区的吸收带主要是由低能电子跃迁、含氢原子团（如O—H、N—H、C—H）伸缩振动的倍频吸收等产生的。该区的光谱可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化合物，并适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量分析。远红外（Far-IR）波长：25-1000μm该区的吸收带主要是由气体分子中的纯转动跃迁、振动-转动跃迁、液体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动所引起的。由于低频骨架振动能很灵敏地反映出结构变化，所以对异构体的研究特别方便。此外，还能用于金属有机化合物、氢键、吸

4、附现象的研究。中红外（Middle-IR）波长：2.5-25μm绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现在该光区。由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。同时，由于中红外光谱仪最为成熟、简单，而且目前已积累了该区大量的数据资料，因此它是应用极为广泛的光谱区。通常，中红外光谱法又简称为红外光谱法。红外吸收光谱一般用T~曲线或T~波数曲线表示。纵坐标为百分透射比T%，因而吸收峰向下，向上则为谷；横坐标是波长（单位为µm），或波数（单位为cm-1）。波长与波数之间的关系为：波

5、数（cm-1）=104/(µm)中红外区的波数范围是4000~400cm-1。1.2红外光谱的表示方法1.2红外光谱的表示方法红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）。因此，除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等之外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有微小差异的化合物外，凡是具有结构不同的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱。偶极矩：正、负电荷中心间的距离r和电荷中心所带电量q的乘积，叫做偶极矩μ=r×q

6、。1.2红外光谱的特点通常红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度，反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与分子组成或化学基团的含量有关，可用以进行定量分析和纯度鉴定。由于红外光谱分析特征性强，气体、液体、固体样品都可测定，并具有用量少，分析速度快，不破坏样品的特点。因此，红外光谱法不仅与其它许多分析方法一样，能进行定性和定量分析，而且该法是鉴定化合物和测定分子结构的最有用方法之一。1.2红外光谱的特点1.辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的跃迁能量相等红外吸收光谱是分子振

7、动能级跃迁产生的。因为分子振动能级差为0.05~1.0eV，比转动能级差（0.00010.05eV）大，因此分子发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随转动能级的跃迁，因而无法测得纯振动光谱。该分子的震动总能量为En=（n+1/2）h（n=0，1，2，）式中，n为振动量子数，为分子振动的频率。1.3红外吸收的产生条件在室温时，分子处于基态(n=0)，En=1/2h，此时，伸缩振动的频率很小。当有红外辐射照射到分子时，若红外辐射的光子（L）所具有的能量（EL）恰好等于分子振动能级的能量差（△E振）时，则分子将吸收红外

8、辐射而跃迁至激发态，导致振幅增大。分子振动能级的能量差为△E振=△h又光子能量为EL=hL于是可得产生红外吸收光谱的第一条件为：EL=△E振即L=△表明，只有当红外辐射频率等于振动量子数的差值与分子振动频率的乘积时，分子才能吸收红外辐射，产生红外吸收光谱。由于基态跃迁到第一激发态（n=1