厦门大学：《仪器分析及实验技术》课程教学资源（PPT课件）第五章 红外吸收光谱法 Infrared Absorption Spectrometry

第五章红外吸收光谱法 Infrared Absorption Spectrometry

第五章 红 外 吸 收 光 谱 法 Infrared Absorption Spectrometry

5.1基本原理 分子的振动—转动光谱。研究在振动中伴 有偶极距变化的化合物(元偶极距变化的为拉 曼光谱)。 偶极距:两个电荷中,一个电荷的电量与这两 个电荷间的距离的乘积。分子中的正负电荷排 列不对称,就会引起电性不对称。使分子的一 部分有较显著的阳性,另 部分有较显著的阴 性。通常用偶极距描述分子极性的大小

5.1 基本原理 分子的振动—转动光谱。研究在振动中伴 有偶极距变化的化合物（无偶极距变化的为拉 曼光谱）。 偶极距：两个电荷中，一个电荷的电量与这两 个电荷间的距离的乘积。分子中的正负电荷排 列不对称，就会引起电性不对称。使分子的一 部分有较显著的阳性，另一部分有较显著的阴 性。通常用偶极距描述分子极性的大小

5.1基本原理 5.1.1双原子分子的振动 (简谐振动近似处理) 谐振子振动和非谐振子振动 5.1.2多原子分子的振动(简正振动) 伸缩振动vs:原子沿着价键方向来回运动, 键长变,键角不变。 剪式振动δs 面内变形振动一平面摇摆振动pY 变形振动′键长不变,键角变 面外变形振动一非平面摇摆0V 扭曲振动℃V

5.1 基本原理 5.1.1 双原子分子的振动 （简谐振动近似处理） 谐振子振动和非谐振子振动 5.1.2 多原子分子的振动 （简正振动） 伸缩振动s ： 原子沿着价键方向来回运动， 键长变，键角不变。 面内变形振动 变形振动 键长不变，键角变 面外变形振动 剪式振动s 平面摇摆振动 非平面摇摆+ + 扭曲振动  - +

5.1基本原理 5.1.3基本振动的理论数 理论上,一个振动自由度产生一个基频吸收带。 实际上,红外谱峰数小于理论值 原因: A.无偶极距变化的无红外吸收 B.相同频率的吸收重叠即简并 C.仪器的检测能力和范围限制

5.1 基本原理 5.1.3 基本振动的理论数 理论上，一个振动自由度产生一个基频吸收带。 实际上，红外谱峰数小于理论值。 原因： A.无偶极距变化的无红外吸收 B.相同频率的吸收重叠即简并 C.仪器的检测能力和范围限制

5.1基本原理 5.1.4基团频率和特征吸收峰 组成分子的各种基团,有特定的红外吸收频率 和吸收峰。 官能团区:4000-1300cm1伸缩振动 指纹区:1300-600cm1单键伸缩,变形振动 未知物结构不饱和度的计算: 1+N4+(N2-N1)/ 即:环十双键数 1、N3、N分别为一、三、四价原子数

5.1 基本原理 5.1.4 基团频率和特征吸收峰 组成分子的各种基团，有特定的红外吸收频率 和吸收峰。 官能团区：4000-1300 cm-1 伸缩振动 指纹区：1300-600 cm-1单键伸缩，变形振动 未知物结构不饱和度的计算:  = 1 + N4 + (N3 – N1 ) / 2 即：环＋双键数 N1、N3、N4分别为一、三、四价原子数

5.2基本原理 光源→狭缝→样品池→单色仪→检测器一读出 5.2.1光源 类型制作材料工作温度 特点 Nernst Zr. Th, Y 高波数区(>1000cm)有 灯氧化物17C更强的发射;稳定性好; 机械强度差;但价格较高。 低波数区光强较大;波数 硅碳棒 Sic 1200-1500C 范围更广; 坚固、发光面积大

5.2 基本原理 光源 狭缝 样品池 单色仪 检测器 读出 5.2.1 光源 类型 制作材料 工作温度 特 点 Nernst 灯 Zr, Th, Y 氧化物 1700o C 高波数区（> 1000cm-1）有 更强的发射；稳定性好； 机械强度差；但价格较高。 硅碳棒 SiC 1200-1500o C 低波数区光强较大；波数 范围更广； 坚固、发光面积大

5.2基本原理 5.2.2单色器 光栅 5.2.3检测器:高真空热电偶 测热辐射计 高莱池气胀式检测器 光电导检测器(FT)

5.2 基本原理 5.2.2 单色器 光栅 5.2.3 检测器：高真空热电偶 测热辐射计 高莱池气胀式检测器 光电导检测器（FT）

5.2基本原理 以光栅为分光元件的红外光谱仪不足之处 1)需采用狭缝,光能量受到限制; 2)扫描速度慢,不适于动态分析及和其它仪器 的联用 3)不适于过强或过弱的吸收信号的分析

5.2 基本原理 以光栅为分光元件的红外光谱仪不足之处： 1）需采用狭缝，光能量受到限制； 2）扫描速度慢，不适于动态分析及和其它仪器 的联用； 3）不适于过强或过弱的吸收信号的分析

5.3傅立叶变换红外光谱仪 干涉器:迈克尔逊干涉仪 由光源发出的两束光。经过不同路程后再 聚到一点上,发生干涉。当两束光的光程差为 λ/2的偶数倍时,相干光相互叠加,产生明线 其相干光强有最大值 相反,当两束光的光程差为入/2的奇数倍时, 相干光相互抵消。产生暗线,相干光强有最小 值。 干涉强度对光程差S或时间T的函数图称干 涉图

5.3 傅立叶变换红外光谱仪 干涉器：迈克尔逊干涉仪 由光源发出的两束光，经过不同路程后再 聚到一点上，发生干涉。当两束光的光程差为 /2的偶数倍时，相干光相互叠加，产生明线， 其相干光强有最大值。 相反，当两束光的光程差为/2的奇数倍时， 相干光相互抵消，产生暗线，相干光强有最小 值。 干涉强度对光程差S或时间T的函数图称干 涉图

5.3傅立叶变换红外光谱仪 干涉图得到的时间域(光程差)的信息 可以反映频率域的问题。 实际上干涉仪并没有把光按频率分开,而 只是将各种频率的光信号经干涉作用调制为干 涉图函数,再由计算机进行富里叶逆变换计算 出原来的光谱

5.3 傅立叶变换红外光谱仪 干涉图得到的时间域（光程差）的信息， 可以反映频率域的问题。 实际上干涉仪并没有把光按频率分开，而 只是将各种频率的光信号经干涉作用调制为干 涉图函数，再由计算机进行富里叶逆变换计算 出原来的光谱