1、第第 4章章 红外光谱法红外光谱法（Infrared Spectrometry,IR）第三节第三节 红外光谱仪及红外光谱法的应用红外光谱仪及红外光谱法的应用1ppt课件 4.3.1 4.3.1 红外光谱仪红外光谱仪 目前有两类红外光谱仪：色散型和傅立叶变换型（Fourier Transfer,FT）b一、色散型：与双光束UV-Vis仪器类似，但部件材料 和顺序不同。2ppt课件调节 T%或称基线调平器置于吸收池之后可置于吸收池之后可避免杂散光的干扰避免杂散光的干扰3ppt课件1.1.光源光源 常用的红外光源有Nernst灯和硅碳棒。类型类型 制作材料制作材料 工作温度工作温度 特特 点点 Ne
2、rnst灯灯 Zr,Th,Y氧化氧化物物 1700oC 高波数区高波数区（1000cm-1）有有更更强强的的发发射射；稳定性好；稳定性好；机械强度差；机械强度差；但但价格较高价格较高。硅碳棒硅碳棒 SiC 1200-1500oC 低波数区低波数区光光强强较较大大；波波数数范围范围更更广广；坚固、发光面积大坚固、发光面积大。4ppt课件2.2.吸收池吸收池 红外吸收池使用可透过红外的材料制成窗片；不同的样品状态（固、液、气态）使用不同的样品池，固态样品可与晶体混合压片制成。材材 料料 透透光光范围范围/m 注注 意意 事事 项项 NaCl 0.2-25 易易潮潮解解、湿度湿度低低于于 40%KB
3、r 0.25-40 易易潮潮解解、湿度湿度低低于于 35%CaF2 0.13-12 不不溶溶于于水水，用用于于水水溶溶液液 CsBr 0.2-55 易易潮潮解解 TlBr+TlI 0.55-40 微微溶溶于于水水（有有毒毒）5ppt课件 狭缝越窄，分辨率越高，但光源到达检测器的能量输出减少，这在红外光谱分析中尤为突出。为减少长波部分能量损失，改善检测器响应，通常采取程序增减狭缝宽度的办法，即随辐射能量降低，狭缝宽度自动增加，保持到达检测器的辐射能量的恒定。3.3.单色器单色器 由色散元件、准直镜和狭缝构成。其中可用几个光栅来增加波数范围，狭缝宽度应可调。6ppt课件以光栅为分光元件的红外光谱仪
4、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联用；3）不适于过强或过弱的吸收信号的分析。7ppt课件4.4.检测器及记录仪检测器及记录仪 红外光能量低，因此常用热电偶、测热辐射计、热释电检测器和碲镉汞检测器等。红外检测器红外检测器 原理原理 构成构成 特点特点 热电偶热电偶 温 差 热 电温 差 热 电效应效应 涂黑金箔（接受面）连接金属（热接涂黑金箔（接受面）连接金属（热接点）与导线（冷接端）形成温差。点）与导线（冷接端）形成温差。光光谱谱响响应应宽宽且且一一致致性性好好、灵敏灵敏度度高高、受受热热噪噪音音影响影响大大 测热辐射计测热辐射计 电桥平衡电
5、桥平衡 涂黑金箔（接受面）作为惠斯顿电桥涂黑金箔（接受面）作为惠斯顿电桥的一臂，当接受面温度改变，电阻改的一臂，当接受面温度改变，电阻改变，电桥输出信号。变，电桥输出信号。稳定稳定、中中等等灵敏度灵敏度、较较宽宽线线性性范围范围、受受热热噪噪音音影响影响大大 热释电检测热释电检测器器（TGS）半 导 体半 导 体 热热电效应电效应 硫酸三甘酞（硫酸三甘酞（TGS）单晶片受热，温）单晶片受热，温度上升，其表面电荷减少，度上升，其表面电荷减少，即即 TGS释放了部分电荷，该电荷经放大并记释放了部分电荷，该电荷经放大并记录。录。响应极快，可进行高速响应极快，可进行高速扫描（中红外区只需扫描（中红外区
6、只需1s）。适于）。适于 FT-IR。碲镉汞检测碲镉汞检测器器（MCT）光电导；光电导；光伏光伏效应效应 混合物混合物 Hg1-xCdxTe 对光的响应对光的响应 灵敏度高、响应快、可灵敏度高、响应快、可进行高速扫描。进行高速扫描。8ppt课件二、傅立叶红外光谱仪二、傅立叶红外光谱仪9ppt课件傅立叶红外光谱仪傅立叶红外光谱仪10ppt课件 它是利用光的相干性原理而设计的干涉型红外分光光度仪。它是利用光的相干性原理而设计的干涉型红外分光光度仪。仪器组成为：仪器组成为：样品池红外光源摆动的凹面镜摆动的凹面镜迈克尔逊干扰仪检测器参比池同步摆动干涉图谱计算机解析红外谱图还原M1BSIIIM2D11p
7、pt课件多色干涉光经样品吸收后的干涉图多色干涉光经样品吸收后的干涉图(a)及其及其Fourier变换后的红外光谱图变换后的红外光谱图(b)12ppt课件一、对试样的要求1）试样应为“纯物质”（98%），在分析前，样品需纯化；对于GC-FTIR则无此要求。2）试样不含有水；3）试样浓度或厚度应适当，以使T在合适范围。4.3.2 4.3.2 试样制备试样制备13ppt课件二、制样方法b气体试样b液体或溶液试样b1）沸点低易挥发的样品：液体池法。b2）高沸点的样品：液膜法（夹于两盐片之间）。b3）固体样品可溶于CS2或CCl4等无强吸收的溶液中。14ppt课件1）压片法：12mg样+200mg KB
8、r干燥处理研细：粒度小于 2 m（散射小）混合压成透明薄片直接测定；2）石蜡糊法：试样磨细与液体石蜡混合夹于盐片间；(石蜡为高碳数饱和烷烃，因此该法不适于研究饱和烷烃)。3）薄膜法：高分子试样加热熔融涂制或压制成膜；高分子试样溶于低沸点溶剂涂渍于盐片挥发除溶剂 样品量少时，采用光束聚光器并配微量池。固体试样15ppt课件 红外光谱法广泛用于有机化合物的定性鉴定和结构分析。一、定性分析一、定性分析 1.1.已知物的鉴定已知物的鉴定 将试样的谱图与标准的谱图进行对照，或者与文献将试样的谱图与标准的谱图进行对照，或者与文献上的谱图进行对照上的谱图进行对照。如果两张谱图各吸收峰的位置和形状完全相同，峰
9、的相对强度一样，就可以认为样品是该种标准物。16ppt课件测定未知物的结构，是红外光谱法定性分析的一个重要用途。如果未知物不是新化合物，可以通过两种方式利用标准谱图进行查对：（1）查阅标准谱图的谱带索引，与寻找试样光谱吸收带相同的标准谱图；（2）进行光谱解析，判断试样的可能结构，然后在由化学分类索引查找标准谱图对照核实。2.2.未知物结构的测定未知物结构的测定17ppt课件 在定性分析过程中，除了获得清晰可靠的图谱外，最重要的是对谱图作出正确的解析。所谓谱图的解析谱图的解析就是根据实验所测绘的红外光谱图的吸收峰位置、强度和形状，利用基团振动频率与分子结构的关系，确定吸收带的归属，确认分子中所含
10、的基团或键，进而推定分子的结构。简单地说，就是根据红外光谱所提供的信息，正确地把化合物的结构“翻译”出来。往往还需结合其他实验资料，如相对分子质量、物理常数、紫外光谱、核磁共振波谱及质谱等数据才能正确判断其结构。18ppt课件准备工作准备工作 在进行未知物光谱解析之前，必须对样品有透彻的了解，例如样品的来源、外观，根据样品存在的形态，选择适当的制样方法；注意视察样品的颜色、气味等，它们住往是判断未知物结构的佐证。还应注意样品的纯度以及样品的元素分析及其它物理常数的测定结果。元素分析是推断未知样品结构的另一依据。样品的相对分子质量、沸点、熔点、折光率、旋光率等物理常数，可作光谱解释的旁证，并有助
11、于缩小化合物的范围。19ppt课件由元素分析的结果可求出化合 物的经验式，由相对分子质量可求出其化学式，并求出不饱和度。从不饱和度可推出化合物可能的范围。不饱和度是表示有机分子中碳原子的不饱和程度。计算不饱和度u的经验公式为：=1+n4+(n3-n1)/2 式中n4、n3、n1分别为分子中所含的四价、三价和一价元素原子的数目。二价原子如二价原子如S、O等不参加计算等不参加计算。分子式及分子式所能提供的信息分子式及分子式所能提供的信息确定未知物的不饱和度确定未知物的不饱和度 20ppt课件 当计算得：=0时，表示分子是饱和的，应在 链状烃及其不链状烃及其不含双键的衍生物含双键的衍生物。当=1时，
12、可能有一个双键或脂环双键或脂环；当=2时，可能有 两个双键或两个脂环两个双键或两个脂环，或者一个一个双键和一个脂环，双键和一个脂环，也可能有一个 叁键叁键；当=4时，可能有一个苯环苯环等。21ppt课件官能团分析官能团分析 根据官能团的初步分析可以排除一部分结构的可能性，肯定某些可能存在的结构，并初步可以推测化合物的类别。在红外光谱官能团初审申八个较重要的区域列表如下:22ppt课件23ppt课件 根据上表可以粗略估计可能存在的基团，并推测其可能的化合物类别，然后进行红外的图谱解析。图谱解析图谱解析 图谱的解析主要是靠长期的实践、经验的积累，至今仍没有一一个特定的办法。一般程序是先官能团区，后
13、指纹区；先强峰后弱峰；先否定后肯定。首先在官能团区（40001300cm-1）搜寻官能团的特征伸缩振动，再根据指纹区的吸收情况，进一步确认该基团的存在以及与其它基团的结合方式。如果是芳香族化合物，应定出苯环取代位置。最后再结合24ppt课件 样品的其它分析资料，综合判断分析结果，提出最可能的结构式，然后用已知样品或标准图谱对照，核对判断的结果是否正确。如果样品为新化合物，则需要结合紫外、质谱、核磁等数据，才能决定所提的结构是否正确。3.几种标准谱图几种标准谱图（1）萨特勒（Sadtler）标准红外光谱图（2）Aldrich红外谱图库（3）Sigma Fourier红外光谱图库25ppt课件分子
14、式分子式C8H7N计算不饱和度计算不饱和度,推断其结构并对各峰进行归属推断其结构并对各峰进行归属26ppt课件COCH COCH3CH3计算不饱和度并计算不饱和度并对各峰进行归属对各峰进行归属27ppt课件HC CH2计算不饱和度并计算不饱和度并对各峰进行归属对各峰进行归属28ppt课件推测化合物推测化合物C8H8O的结构的结构29ppt课件b谱图解析谱图解析 ：1 1）=n=n4 4+（n n3 3-n-n1 1）/2+1=8/2+1=8+1-8/2=5+1-8/2=5 b 2 2）峰归属）峰归属b 3 3）可能的结构）可能的结构30ppt课件31ppt课件CH2COH32ppt课件二、定量
15、分析二、定量分析 红外光谱定量分析是通过对特征吸收谱带强度的测量红外光谱定量分析是通过对特征吸收谱带强度的测量来求出组份含量来求出组份含量。其理论依据是朗伯-比耳定律。由于红外光谱的谱带较多，选择的余地大，所以能由于红外光谱的谱带较多，选择的余地大，所以能方便地对单一组份和多组份进行定量分析方便地对单一组份和多组份进行定量分析。此外，该法不受样品状态的限制，能定量测定气体、液体和固体样品。因此，红外光谱定量分析应用广泛。但红外光谱法定量灵敏度较低，尚不适用于微量组份的测定。33ppt课件（一）基本原理（一）基本原理1.选择吸收带的原则选择吸收带的原则（1）必须是被测物质的特征吸收带特征吸收带。
16、例如分析酸、酯、醛、酮时，必须选择C=O基团的振动有关的特征 吸收带。（2）所选择的吸收带的吸收强度应与被测物质的浓度有 线性关系。（3）所选择的吸收带应有较大的吸收系数且周围尽可能 没有其它吸收带存在，以免干扰。34ppt课件2.2.吸光度的测定吸光度的测定（1）一点法 该法不考虑背景吸收，直接从谱图中分析波数处读取谱图纵坐标的透过率，再由公式lg1/T=A计算吸光度。35ppt课件（2 2）基线法）基线法 通过谱带两翼透过通过谱带两翼透过率最大点作光谱吸收的率最大点作光谱吸收的切线，作为该谱线的基切线，作为该谱线的基线，则分析波数处的垂线，则分析波数处的垂线与基线的交点，与最线与基线的交点，与最高吸收峰顶点的距离为高吸收峰顶点的距离为峰高，其吸光度峰高，其吸光度A=lgA=lg（I0/I）。）。（二）定量分析方法（二）定量分析方法 可用标准曲线法、求解联立方程法等方法进行定量分析。36ppt课件
