石河子大学：《仪器分析》课程PPT教学课件（食品专业）红外光谱分析

第四章 红外光谱分析 第一节 概述 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Infrared Sp8 ctroscopy。 红外吸收光谱也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 外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外 光谱

1 第四章 红外光谱分析 第一节 概 述 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Infrared Spectroscopy。 红外吸收光谱也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 外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外 光谱

第一节 概述 ELECTRO-MAGNETIC WAVE Visual Rays Micro wave Electric X Ultra Infrared Oven/Radar wave Rays Rays violet /Communi (Radio/TV/ Rays e Rays tet caticnl FM) Near Infrared Rays Middle Far Infrared Rays Infrared Rays 0.75 1000 Grow-up Rays IWave Length range to bring good effects to the human body and a living thing) (6-14 micron) 2

2 第一节 概述

第一节 概述 Region Wavelength range Wave number range (m) (cm1) Near 0.78-2.5 12800-4000 Middle 2.5-50 4000-200 Far 50-1000 200-10 The most useful I.R.region lies between 4000- 670cm-1

3 第一节 概述 Region Wavelength range Wave number range (µm ) (cm-1 ) Near 0.78 - 2.5 12800 – 4000 Middle 2.5 – 50 4000 – 200 Far 50 -1000 200 - 10 The most useful I.R. region lies between 4000 - 670cm-1

第一节 概述 红外光区的划分 红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约为 0.75~1000um,根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红 外光区分为三个区：近红外光区(0.75~2.5um),中红外 光区(2.5~25m),远红外光区（25~1000um)。 近红外光区(0.75~2.5μm) 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一H、N一H、C一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。 4

4 第一节 概述 一、红外光区的划分 红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约为 0.75 ~ 1000µm，根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红 外光区分为三个区：近红外光区（0.75 ~ 2.5µm ），中红外 光区（2.5 ~ 25µm ），远红外光区（25 ~1000 µm ）。 近红外光区（0.75 ~ 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

第一节 概述 中红外光区(2.5~25um) 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。 远红外光区(25~1000um) 该区的吸收带主要是由气体分子中的纯转动跃迁、 5

5 第一节 概述 中红外光区（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。 远红外光区（25 ~ 1000µm ） 该区的吸收带主要是由气体分子中的纯转动跃迁

第一节 概述 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（包括络合物）、氢键、吸附现象的研究。但由于该 光区能量弱，除非其它波长区间内没有合适的分析谱带， 一般不在此范围内进行分析。 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； 横坐标是波长入（单位为um),或波数（单位为cml)。 6

6 第一节 概述 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（包括络合物）、氢键、吸附现象的研究。但由于该 光区能量弱，除非其它波长区间内没有合适的分析谱带， 一般不在此范围内进行分析。 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）

第一节 概述 波长入与波数之间的关系为： 波数/cml=104/(入/um) 中红外区的波数范围是4000~400cm1。 二、红外光谱法的特点 紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特 别是具有共轭体系的有机化合物，而红外光谱法主要研 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、H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

7 第一节 概述 波长与波数之间的关系为： 波数/ cm-1 =104 /（  / µm ） 中红外区的波数范围是4000 ~ 400 cm-1 。 二、红外光谱法的特点 紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特 别是具有共轭体系的有机化合物，而红外光谱法主要研 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

第一节 概述 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。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。 8

8 第一节 概述 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。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

第二节基本原理 absorption transmission Erinal Efinal absorption Einitial Einitial 9

9 第二节 基本原理

第二节基本原理 、产生红外吸收的条件 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，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。为了讨论方便，以双原子分 子振动光谱为例说明红外光谱产生的条件。若把双原子 分子(A-B)的两个原子看作两个小球， 10

10 第二节 基本原理 一、产生红外吸收的条件 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，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。为了讨论方便，以双原子分 子振动光谱为例说明红外光谱产生的条件。若把双原子 分子（A-B）的两个原子看作两个小球