1、红外附件原理和应用红外附件原理和应用（二）（二）镜面反射附件镜面反射附件镜面反射适合于测定不透光的样品，镜面反射适合于测定不透光的样品，要求样品表面光滑平整。红外光束经要求样品表面光滑平整。红外光束经平面镜反射，以一定的入射角照射样平面镜反射，以一定的入射角照射样品，反射光束经平面镜反射后到达检品，反射光束经平面镜反射后到达检测器。测器。有固定角反射附件，如有固定角反射附件，如1111、30 30，4545、75 75 、80 80、85 85。也有。也有可变角反射附件。可变角反射附件。3030镜面反射附件镜面反射附件可变角反射附件可变角反射附件 掠角反射附件掠角反射附件 Grazing An
2、gle Reflectance入射角在入射角在7575以上的反射附件以上的反射附件叫做掠角反射附件。掠角反射叫做掠角反射附件。掠角反射附件适合于分析金属表面（如附件适合于分析金属表面（如镀金表面）非常薄的镀层或吸镀金表面）非常薄的镀层或吸附的物质，分析膜的厚度可以附的物质，分析膜的厚度可以达到埃数量级，如单分子膜，达到埃数量级，如单分子膜，LBLB膜。膜。入射角入射角80掠角反射附件光路图掠角反射附件光路图当光束照射到金表面上的薄膜时，光束穿过薄当光束照射到金表面上的薄膜时，光束穿过薄膜到达金表面后反射出来，再次穿过样品，到膜到达金表面后反射出来，再次穿过样品，到达检测器。达检测器。光程长光程
3、长L L与样品厚度与样品厚度D D和入射角和入射角的关系：的关系：2D2D L L cos cos 若入射角为若入射角为8585，L L23D23D，大大提高了测量的，大大提高了测量的灵敏度。灵敏度。S偏振光偏振光P偏振光偏振光当入射角为当入射角为8888时，时，P P偏振光的电场强度达到最大偏振光的电场强度达到最大如果单分子膜分子链轴垂直于镀金如果单分子膜分子链轴垂直于镀金表面，与镀金表面垂直的化学键的表面，与镀金表面垂直的化学键的振动会得到大大地增强，吸光度会振动会得到大大地增强，吸光度会明显增加。而那些平行于镀金表面明显增加。而那些平行于镀金表面的化学键的振动会大大地减弱，吸的化学键的振
4、动会大大地减弱，吸光度明显减少。如果在掠角反射附光度明显减少。如果在掠角反射附件前面再加一个偏振器，或者掠角件前面再加一个偏振器，或者掠角反射附件本身带有偏振器，以上效反射附件本身带有偏振器，以上效应更加明显。应更加明显。掠角反射附件掠角反射附件7575固定角固定角ZnSeZnSe标准窗片标准窗片内置内置SiSi偏振器，偏振器，提供提供P P偏振光偏振光金属和半导体金属和半导体基质上的薄膜基质上的薄膜超薄涂层超薄涂层单分子膜单分子膜掠角反射附件掠角反射附件8080 固定角固定角内置内置P P偏振光偏偏振光偏振器振器1010埃埃0.50.5 m m薄膜薄膜单分子层单分子层超薄涂层超薄涂层1035
5、1252138314531546166128552927295630633304 0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 0.0025 0.0030 0.0035 0.0040 0.0045 0.0050Absorbance 1000 2000 3000 4000 Wavenumbers(cm-1)蛋白单分子层掠角反射光谱蛋白单分子层掠角反射光谱-0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010 0.011 0.012 0.013 0.014Absorbance 1000 2000
6、3000 Wavenumbers(cm-1)多层分子的掠角反射光谱多层分子的掠角反射光谱 偏振器 Polarizer)光是横波，其电场振动方向与光传播方向光是横波，其电场振动方向与光传播方向垂直。自然光没有偏振性。垂直。自然光没有偏振性。光传播方向光传播方向 电场振动方向电场振动方向光传播方向光传播方向电矢量振动方向电矢量振动方向偏振器偏振器垂直偏振光垂直偏振光自然光通过偏振器后得到偏振光。偏振器自然光通过偏振器后得到偏振光。偏振器转动时，偏振光方向也随着转动。转动时，偏振光方向也随着转动。当偏振光方向与振动偶极矩变化方向相同时，偏振光被吸收，振动谱带增强。振动方向振动方向偏振器偏振器垂直偏振
7、光垂直偏振光CO C=O伸缩振动峰伸缩振动峰增强增强当偏振光方向与偶极矩变化方向平行时，偏振光被吸收，谱带增强当偏振光方向与偶极矩变化方向平行时，偏振光被吸收，谱带增强 。振动方向振动方向偏振器偏振器垂直偏振光垂直偏振光CO C=O伸缩振动峰减弱伸缩振动峰减弱当偏振光方向与偶极矩变化方向垂直时，偏振光不被吸收，谱带减弱当偏振光方向与偶极矩变化方向垂直时，偏振光不被吸收，谱带减弱 。只有只有 和和偏振方向的偏振器偏振方向的偏振器ZnSeZnSe线栅偏振器线栅偏振器在在ZnSeZnSe光栅上每英寸喷光栅上每英寸喷涂涂12001200条铝线。条铝线。测量范围测量范围50005000500 500 c
8、mcm1 1 0 0360360，每刻度，每刻度2 2 0 0平行偏振光，平行偏振光，9090垂直偏振光垂直偏振光金属表面分子的研究金属表面分子的研究单晶分子对称性的研究单晶分子对称性的研究 另外一种线栅偏振器另外一种线栅偏振器拉伸后的同一聚合物样品，不拉伸后的同一聚合物样品，不同方向偏振光测得的偏振光谱同方向偏振光测得的偏振光谱垂直偏振光垂直偏振光平行偏振光平行偏振光 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5Absorbance 500 1000 1500 Wavenumbers(cm-1)垂直垂直平行平行 0.0 0.2 0.4 0.6
9、 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2Absorbance 600 800 1000 Wavenumbers(cm-1)二向色性比二向色性比某一谱带的二向色性比某一谱带的二向色性比R R定义为，定义为，该谱带的吸光度该谱带的吸光度A和和A的比值的比值 R=A/A 应用应用 （1 1）测定红外二向色性比）测定红外二向色性比 RA/A （2 2）提高掠角反射测量灵敏度）提高掠角反射测量灵敏度 （3 3）分子的取性研究，长链分子）分子的取性研究，长链分子的构象，取向度，的构象，取向度，ATR，LB膜，液膜，液晶高分子，拉伸的聚合物晶高分子，拉伸的聚合物 （4 4）单晶分子的
10、结构，对称性）单晶分子的结构，对称性 中红外光导纤维附件中红外光导纤维附件 Mid-IR Fiber Optical Sampling Accessory 智能形中红外光纤附件智能形中红外光纤附件 非智能形中红外光纤接口非智能形中红外光纤接口用用FiberLink装置装在样品架上，把红外光引出来装置装在样品架上，把红外光引出来 两根两根1.51.5米长的中红外光导纤米长的中红外光导纤光纤的组分是硫族化合物光纤的组分是硫族化合物（GeAsSeTe），光纤不能，光纤不能弯曲弯曲 中红外光纤中红外光纤 ATR探头探头 97011591464155916431745Malignant Tissue28
11、5529271093111811621462155016451746Normal Tissue285429253009100020003000Wavenumbers(cm-1)中红外光纤红外光谱研究肿瘤中红外光纤红外光谱研究肿瘤 近红外光纤附件近红外光纤附件Near-IR Fiber Optical Sampling Accessory 智能型智能型近红外光纤附件近红外光纤附件10000100002200cm-12200cm-1使用使用Nicolet SabIRNicolet SabIR探头和两米长的光探头和两米长的光纤。光纤材料为低纤。光纤材料为低含量的硅玻璃，探含量的硅玻璃，探头窗片为蓝宝
12、石头窗片为蓝宝石测量聚合物、药片、测量聚合物、药片、粉末、食品、纤维粉末、食品、纤维等样品的光谱等样品的光谱聚苯乙烯薄膜聚苯乙烯薄膜近红外光纤近红外光纤光谱图光谱图止痛药片止痛药片近红外光纤近红外光纤光谱图光谱图 高压红外附件高压红外附件 High Pressure Diamond Anvil Cell低压金刚石池低压金刚石池IIAIIA型金刚石型金刚石0.6mm0.6mm工作面积工作面积20kbar20kbar（约（约2 2万万大气压）大气压）在红外显微镜上在红外显微镜上使用使用pku金刚石(1mm)Diamond L0493Wed Jan 21 19:15:43 1998 0.0 0.1
13、0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0Absorbance 1000 2000 3000 4000 Wavenumbers(cm-1)IIA型金刚石的红外光谱光谱型金刚石的红外光谱光谱（1 1）使用）使用 IIA 型金刚石砧高压池，可测中红外光谱型金刚石砧高压池，可测中红外光谱（2 2）高压金刚石砧压力一般可达）高压金刚石砧压力一般可达100100kbar，约，约1010万大万大气压；低压金刚石池压力可达气压；低压金刚石池压力可达2020kbar（3 3）样品放在）样品放在0.23 mm0.23 mm厚不锈钢垫片，厚不锈钢垫片，0.35 mm0.35 mm直径的
14、直径的小孔中小孔中（4 4）可测液体，测固体样品时一般用液体传递压强，）可测液体，测固体样品时一般用液体传递压强，如如 H2O或或D2O（5 5）以）以-石英粉作为压强的内标，测石英粉作为压强的内标，测 800 cm800 cm-1-1谱带谱带的位移的位移 P=aP=a2 2+b +c+b +c a=0.0158,b=1.168,c=-0.166,a=0.0158,b=1.168,c=-0.166,p p的单位为的单位为kbarkbar（6 6）高压金刚石砧要使用）高压金刚石砧要使用KBr透镜聚焦红外光束透镜聚焦红外光束;低低压金刚石池可在红外显微镜上使用。压金刚石池可在红外显微镜上使用。压强
15、对光谱的影响压强对光谱的影响 谱带位移谱带位移 谱带分裂谱带分裂 谱带形状改变谱带形状改变 谱带强度改变谱带强度改变 出现新谱带出现新谱带 研究高压下物质的相变研究高压下物质的相变DEPO分散在分散在D2O中不同中不同压力的压力的高压红外光谱高压红外光谱DEPO分散在分散在D2O中不中不同压力的同压力的高压红外光谱高压红外光谱 光声光谱附件光声光谱附件Photoacoustic Cell（1 1）样品装在充有氦气的密闭样品池中，）样品装在充有氦气的密闭样品池中，以石墨纤维为背景以石墨纤维为背景（2 2）把光信号转变成声信号，用微麦克风）把光信号转变成声信号，用微麦克风接收信号，通过样品室中的插
16、口把信号送入接收信号，通过样品室中的插口把信号送入计算机计算机（3 3）无损检测。适用于不透光，高度吸收，）无损检测。适用于不透光，高度吸收，填充碳的固体样品测试填充碳的固体样品测试（4 4）利用步进扫描技术，可以测定不同深）利用步进扫描技术，可以测定不同深度样品的组分或浓度有梯度变化的样品，如度样品的组分或浓度有梯度变化的样品，如多层高分子薄膜，胆结石多层高分子薄膜，胆结石 pkuCaffeine(99%)by PhotoacousticFri Jul 24 08:47:16 1992 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1
17、.3 1.4 1.5Photoacoustic 1000 2000 3000 4000 Wavenumbers(cm-1)咖啡茵的溴化钾压片光谱咖啡茵的溴化钾压片光谱咖啡茵的光声光谱咖啡茵的光声光谱 样品振荡器样品振荡器Grinding Mill（1 1）样品和不锈钢滚珠装在密闭）样品和不锈钢滚珠装在密闭的不锈钢罐中，前后振动的不锈钢罐中，前后振动（2 2）代替传统的玛瑙研钵研磨固）代替传统的玛瑙研钵研磨固体样品，振荡体样品，振荡2020秒钟即可秒钟即可（3 3）能有效地防止研磨过程中吸）能有效地防止研磨过程中吸附大气中的水分附大气中的水分（4 4）对聚合物研磨有特殊的功效）对聚合物研磨有特殊
18、的功效 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55Absorbance 1000 2000 3000 Wavenumbers(cm-1)聚合物（聚酯）聚合物（聚酯）经样品振荡器振经样品振荡器振荡后测得的光谱荡后测得的光谱 样品穿梭器样品穿梭器Sample Shuttle（1 1）样品穿梭器安装在样品室内，穿梭器）样品穿梭器安装在样品室内，穿梭器上有两个或三个样品架。由计算机控制前上有两个或三个样品架。由计算机控制前后穿梭后穿梭（2 2）测样品和背景时不需要打开样品室盖）测样品和背景时不需要打开样品室盖子，能有效地消除水汽的干扰子
19、，能有效地消除水汽的干扰（3 3）适合于蛋白质二级结构的测定，远红）适合于蛋白质二级结构的测定，远红外光谱的测定外光谱的测定（4 4）适合于测定信号非常弱的样品，如硅）适合于测定信号非常弱的样品，如硅片上的分子膜片上的分子膜 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30 0.32 0.34 0.36 0.38 0.40 0.42 0.44 0.46 0.48 0.50 0.52 0.54Absorbance 1600 1700 1800 Wavenumbers(cm-1)白蛋白白蛋白+CeCl+CeCl3 3在在D D2 2O O中的光谱中的光谱67
20、92102119133175227289314346382398420436466513537613622-0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0Absorbance 200 400 600 Wavenumbers(cm-1)L-L-谷氨酸的远红外光谱谷氨酸的远红外光谱-0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010 0.011 0.012 0.013 0.014 0.015 0.016Absorbance 500 1000 1500 2000 Wavenumbe
21、rs(cm-1)空白硅片的光谱空白硅片的光谱有分子膜硅片的光谱有分子膜硅片的光谱差减后的光谱差减后的光谱 变温光谱附件变温光谱附件Heated Demountable Cell测温范围：室温测温范围：室温-400测温范围：液氮测温范围：液氮-250（1 1）变温池为可拆的加热池，由加热）变温池为可拆的加热池，由加热板（环），热电偶和温度控制器等组成板（环），热电偶和温度控制器等组成（2 2）用于液体，）用于液体，KBr压片，糊状物，压片，糊状物，薄膜样品的测定薄膜样品的测定 月桂酸月桂酸:月桂酸钠体系月桂酸钠体系 的变温光谱的变温光谱棕榈酸的远红外变温光谱棕榈酸的远红外变温光谱Thank You
