1、红外光谱与FTIR基本概念红外基本概念红外基本概念 红外光谱本质属性红外光谱本质属性 红外活性红外活性 基本公式基本公式 谱区的划分谱区的划分 红外光谱出峰规律红外光谱出峰规律理解理解FTIR FTIR仪器原理仪器原理 基本概念的理解基本概念的理解 红外光谱的获得红外光谱的获得 FTIR工作流程工作流程分子运动类别 分子运动的能量由平动能、转动能、振动能分子运动的能量由平动能、转动能、振动能和电子能四部分组成。分子运动服从量子力学规律。和电子能四部分组成。分子运动服从量子力学规律。分子运动的能量分子运动的能量 E E 可以表示为：可以表示为： E = EE = E平平 E E电电 分子的平移运
2、动可以连续变化，不是量子化分子的平移运动可以连续变化，不是量子化的。分子的的。分子的。 5001000150020002500300035004000Wavenumber cm-12030405060708090Transmittance %红外光谱是分子振动转动光谱分子所有运动都会产生红外光谱？分子所有运动都会产生红外光谱？红外光是热辐射红外光是热辐射.分子的振动和转动能量在红外谱区。分子的振动和转动能量在红外谱区。分子振动运动分类分子运动与红外谱图对应关系 2 3 6 0 2 3 4 1 6 6 9 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0
3、 3 5 0 0 W a ve n u m b e r cm -1 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 00 Transmittance % 红外活性一切分子的振动和转动均有对应的红外光谱一切分子的振动和转动均有对应的红外光谱？双原子分子？单原子分子？金属？双原子分子？单原子分子？金属？同理，对多原子分子而言，并非所有的振动都有红外吸收同理，对多原子分子而言，并非所有的振动都有红外吸收基本公式 (cm(cm-1-1) )10104 4/(m)/(m) T=I/IT=I/I0 0 （I I0 0 入射光强度入射光强度 I I透射光强度）透射光强度） A=log(IA=log(I0 0/I)=
4、-logT=/I)=-logT=CL （ 吸光系数吸光系数 C C 样品浓度样品浓度 L L 吸收池厚度）吸收池厚度） （朗伯（朗伯- -比尔定律比尔定律 ）红外光谱的表示500100015002000250030003500Wavenumber cm-120406080100Transmittance %500100015002000250030003500Wavenumber cm-10.00.51.01.52.0Absorbance UnitsA=-logT=A=-logT=K KCLCLT=I/IT=I/I0 0坐坐标标的的物物理理意意义义谱区的划分波段波段光谱范围光谱范围属性属性应用
5、范围应用范围近红外区近红外区13,3304000cm-1 (0.752.5m)倍频吸收区倍频吸收区含羟基，胺基化合含羟基，胺基化合物及络合物分析物及络合物分析中红外区中红外区4000400cm-1 (2.525m)(40001300cm-1)(1300400cm-1)官能团吸收区官能团吸收区指纹吸收区指纹吸收区官能团鉴别，定性官能团鉴别，定性，定量分析，定量分析化合物精细结构鉴化合物精细结构鉴别，定量分析别，定量分析远红外区远红外区65010 cm-1 (251000m)分子转动吸收分子转动吸收区区无机物，金属有机无机物，金属有机化合物，催化剂，化合物，催化剂，吸附剂吸附剂基团频率 不同分子中
6、相同基团的某种振动模式，如果不同分子中相同基团的某种振动模式，如果振动振动，总是出现在某一，总是出现在某一的频的频率区间，有相当率区间，有相当强度，且与其它振动强度，且与其它振动频率频率，这种振动频率称为基团频率。，这种振动频率称为基团频率。 基团频率受分子中其余部分影响较小，具有基团频率受分子中其余部分影响较小，具有 ，可用于鉴定该基团的存在。，可用于鉴定该基团的存在。 大多数特征基团频率出现在大多数特征基团频率出现在4000400013301330cmcm-1-1之间。之间。 指纹频率 1330 1330400400cmcm-1-1区间称为指纹区。区间称为指纹区。 指纹区出现的频率有基团频
7、率和指纹频率。指纹区出现的频率有基团频率和指纹频率。 指纹频率不是某个基团的振动频率，而是指纹频率不是某个基团的振动频率，而是的。分子结构的微小变化会引起指纹的。分子结构的微小变化会引起指纹频率的变化。频率的变化。 指纹频率没有特征性，但指纹频率没有特征性，但。 。常见基团特征频率红外出峰规律四区划分1000150020002500300035004000Wavenumber cm-1-100-50050100Transmittance %40002200cm-1 2500 2000cm-1 1800 1500cm-1 红外光谱解析步骤 应先算出分子的应先算出分子的。 确定分子所含基团及化学键
8、的类型，判断化合物的种确定分子所含基团及化学键的类型，判断化合物的种类。类。 40001333cm-1范围为范围为区，可以区，可以。 根据样品来源信息，种类等情况，结合谱库检索和标根据样品来源信息，种类等情况，结合谱库检索和标准样品谱图的对比特别是进行指纹区的比较，准样品谱图的对比特别是进行指纹区的比较，。 1333650cm-1范围为指纹区，反映整个分子结范围为指纹区，反映整个分子结构的特点。构的特点。：峰位、形状、相对比例：峰位、形状、相对比例理解FT变换1.FTIR光路图光路图2.重要概念重要概念(FT变换变换,干涉图干涉图,单通道光谱单通道光谱)3.红外光谱的获得红外光谱的获得4.FT
9、IR工作流程工作流程FTIR光路图 从光源（如：从光源（如： SiC 棒）发出的红外光照射到干涉仪。棒）发出的红外光照射到干涉仪。经过干涉以后光通过样品腔，然后聚焦在检测器。经过干涉以后光通过样品腔，然后聚焦在检测器。TENSOR 27光谱仪的光路图光谱仪的光路图几个基本概念的理解 干涉图：干涉图是所有波长的干干涉图：干涉图是所有波长的干涉条纹的连续求和。涉条纹的连续求和。 FT变换：变换：。通过傅。通过傅里叶数学变换（里叶数学变换（FT）把干涉图转把干涉图转变成单通道光谱图。变成单通道光谱图。 单通道光谱：单通道光谱：，是光源输出，分束器特性，检测是光源输出，分束器特性，检测器响应等的所有仪
10、器部件的综合器响应等的所有仪器部件的综合结果（也反映了空气中水气和结果（也反映了空气中水气和CO2的吸收）。的吸收）。500100015002000250030003500Wavenumber cm-10.10.20.30.40.5Single channel检测器信号离散傅里叶变换（离散傅里叶变换（DFT）公式：公式：S(k . ) = I(n x) exp (i2k n/N)红外光谱的获得500100015002000250030003500Wavenumber cm-10.10.20.30.40.5Single channel500100015002000250030003500Wave
11、number cm-10.000.050.100.150.200.250.300.350.40Single channelFT变变换换T( ) = S( )/R( )500100015002000250030003500Wavenumber cm-101020304050607080Transmittance %FTIR工作流程IR光源光源干涉仪干涉仪样品样品检测器检测器光频率和光频率和吸收红外光吸收红外光干涉光干涉光干涉图干涉图FT变换变换单通单通道图道图强度变化强度变化透过图透过图500100015002000250030003500Wavenumber cm-10.10.20.30.40.5Single channel500100015002000250030003500Wavenumber cm-101020304050607080Transmittance %T( ) = S( )/R( )FTIR检测范围的变换FTIR光源光源分束器分束器检测检测器器MIRGlobarKBrCsI ZnSeDTGSMCTNIRTungstenCaF Quartz NIRInGaAs DiodeGe-DiodePbSFIRHg-arcMylar 25 MicronMylar 50 Micron Mylar 125 MicronDTGS / PESilicon Bolometer
