红外光谱分析仪基础知识(DOC)

1、红外光谱分析仪基础知识前言 2第一章 红外光谱法及相关仪器 4一. 红外光谱概述 41. 红外光区的划分 42. 红外光谱法的特点 53. 产生红外吸收的条件 5二. 红外光谱仪 61. 红外光谱仪的主要部件 62. 红外光谱仪的分类 93. 红外光谱仪各项指标的含义 12三红外光谱仪的应用 15四红外试样制备 16四红外光谱仪的新进展 17、尸 、-前言分析仪器常使用的分析方法是光谱分析法， 光谱分析法可分为吸收光谱分析 法和发射光谱分析法， 而吸收光谱分析法又是目前应用最广泛的一种光谱分析方 法：它包括有核磁共振，X射线吸收光谱，紫外-可见吸收光谱，红外光谱，微 波谱，原子吸收光谱等。但最

2、常用的则是原子吸收光谱、紫外 -可见吸收光谱和 红外光谱， 这些方法的最基本原理是物质 （这里说物质都是指物质中的分子或原 子，下同）对电磁辐射的吸收。 还有拉曼光谱和荧光光谱， 也是比较常用的手段， 它们的原理是基于物质发射或散射电磁辐射。 其实物质与电磁辐射的作用还有偏 振、干涉、衍射等，由此发展而成的是另外一系列的仪器，如椭偏仪、测糖仪、 偏光显微镜、 X 射线衍射仪等等，这些仪器都不是基于光谱分析法，不是我们介 绍的重点。吸收光谱可分为原子吸收光谱和分子吸收光谱。 当电磁辐射与物质相互作用 时，就会发生反射、散射、透射和吸收电磁辐射的现象，物质所以能够吸收光是 由物质本身的能级状态所决

3、定的。 例如原子吸收可见光和紫外光， 可以使核外电 子由基态跃迁到激发态， 相应于不同能级之间的跃迁都需吸收一定波长的光。 因 此，如有一波长连续的光照射单原子元素的蒸气（如汞蒸气、钠蒸气等），将会 产生一系列的吸收谱线。 由于在一般情况下原子都处于基态， 通常只有能量相当 于从基态跃迁到激发态的所谓主系谱线出现在原子的吸收光谱中。而分于吸收光谱则比较复杂。 它们不是分立的谱线而是许多吸收带。 因为每 一个分子的能量包括三部分， 即分子的电子能量、 振动能量和转动能量。 每一种 能量都是量子化的。 当电子有一种能级跃迁到另一能级时， 可能同时还伴有振动 能级和转动能级的跃迁。 应此分子吸收光谱

4、是一系列的吸收带。 通常引起原子或 分子中外层价电子的跃迁需要 1.5-8.0ev 的能量，其相应的辐射波长在 150 nm-800nm之间，这是紫外可见吸收光谱的波长范围。引起振动跃迁或振 动转动跃迁的能量是0.05-1.2ev,相应的辐射波长在1.0-25 ym之间，这是红外 光谱的范围。各类电磁辐射的波长列于下表:电磁辐射波长入，nm无线电波1012 109微波109 106红外光106750可见光750390紫外线390 10X射线10102丫射线102 105由于不通物质的原子、分子具有不同的结构，因此也就具有不同的能级状态， 只有入射光的能量满足Bohr条件，才能被物质吸收，即：h

5、v?i 二 E? -其中，h是普朗克常数（Planek Constant）， V21是入射光的频率，E?和Ei分别 是跃迁前后的电子能级。因此，每一种物质的原子或分子都具有它本身的特征吸 收谱线和吸收带，这就是吸收光谱用于定性分析的理论依据。而对于同一种物质，对入射光吸收的多少则服从朗伯一比尔（Lambert-Beer） 定律：A = log = ；bc式中，A为吸光度，又称为消光度或光密度；I。为入射光强度，I为透射光强度；为摩尔吸光系数，b为吸光厚度（cm），c为吸光物质的溶度（mol/L ）。即物质对光的吸收度与物质的溶度和吸光厚度成正比，这就是吸收光谱法的定量分析的理论基础。根据我们公

6、司的产品，下面重点介绍紫外-可见吸收光谱、红外光谱、拉曼 光谱和荧光光谱。按常规的顺序，一般顺序是先介绍紫外-可见，后介绍红外， 但鉴于我们的目前的特殊情况（傅立叶红外光谱仪和结石分析系统正在推广）， 先把红外光谱的相关知识介绍给大家是有必要的。第一章红外光谱法及相关仪器In frared Spectrometry & In strume nt一.红外光谱概述红外光谱又称为分子振动转动光谱， 它和紫外-可见光谱一样，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

7、于这些吸收区城的透射光强度减弱。记录红外光的百 分透射比与波数或波长关系的曲线，就得到红外光谱。红外光谱法不仅能进行定性和定量分析，而且从分子的特征吸收可以鉴定化合物和分子结构。1. 红外光区的划分红外光谱在可见光区和微波光区之间，其波长范围约为0.751000 ym。根据实验技术和应用的不同，通常将红外区划分成三个区：近红外光区（0.752.5 ym），中红外光区（2.525 ym）和远红外光区（251000ym），如下表：其 中中红外区是研究和应用最多的区域，一般说的红外光谱就是指中红外区的红外 光谱。区域波长 ym波数cm-1能级跃迁类型近红外区（泛频区）0.75 2.513158400

8、0OH NH及CH键的倍频吸收中红外区（基本振动区）2.5 254000400分子振动，伴随转动远红外区（转动区）251000400 10分子转动红外吸收光谱常用T-，或T-V曲线来表示。纵坐标是透射百分比T%横坐标是波长或波数V （单位是cm1）。如下图所示的是聚苯乙烯薄膜的红外光谱。现横坐标常用波数表示，这样便于与Raman光谱相比较。上图中向下的是吸收峰， 向上的是谷。2. 红外光谱法的特点与紫外一可见吸收光谱不同，产生红外光谱的红外光的波长要长得多， 因此 光子能量低。物质分子吸收红外光后，只能引起振动和转动能级跃迁，不会引起 电子能级跃迁。所以红外光谱一般称为振动-转动光谱。紫外-可

9、见吸收光谱常用于研究不饱和有机化合物，特别是具有共扼体系的有机化合物。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。因此除了单原子分子和同核分子。如 Ne、He、O2、和H?等之外，几乎所有的有机 化合物在红外光区均有吸收。红外吸收谱带的波数位置、波峰的数目及其强度反 映了分于结构上的特点，可以用来鉴定未知物的分子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其化学基团的含量有关，可用作进行定量分析和纯度鉴定。红外及拉曼光谱都是分子振动光谱，通过谱图解析可以获取分子结构的信 息。任何气态、液态、固态样品均可进行红外光谱测定，这是其它仪器分析方法 难以做到的。具有用量少、分

10、析速度快、不破坏试样等特点，使红外光谱法成为 现代分析化学和结构化学的不可缺少的工具。 但对于复杂化合物的结构测定，还 需配合紫外光谱、质谱和核磁共振波谱等其他方法，才能得到满意的结果。3. 产生红外吸收的条件这个我们不需要深入了解， 知道就行了。 红外光谱是由于分子振动能级跃迁 产生的，物质分子吸收红外辐射应满足两个条件：a.分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化b .照射分子的红外辐射频率与分子某种振动频率相同二 . 红外光谱仪19 世纪初人们通过实验证实了红外光的存在。二十世纪初人们进一步系统 地了解了不同官能团具有不同红外吸收频率这一事实。 1950年以后出现了自动 记录式红外分光光度

11、计。随着计算机科学的进步，1970年以后出现了傅立叶变换型红外光谱仪。红外测定技术如全反射红外、显微红外、光声光谱以及色谱 - 红外联用等也不断发展和完善，使红外光谱法得到广泛应用。第一代红外光谱仪（上世纪 50 年代）使用的是滤光片分光系统，此类仪器 只能在单一或少数几个波长下测定 （非连续波长） ，灵活性差，而且波长稳定性、 重现性差，现已淘汰。目前市场上常见的红外光谱仪主要有两类：色散型（即光 栅式）红外光谱仪和傅立叶变换红外光谱仪， 它们分别采用第二代和第三代分光 技术的红外光谱仪，它们是我们重点介绍对象。红外光谱仪与紫外 - 可见分光光度计的组成基本相同，由光源、样品室、单 色仪以及

12、检测器等部分组成。 两种仪器在各元件的具体材料上有较大差别。 色散 型红外光谱仪的单色仪一般在样品池之后。1. 红外光谱仪的主要部件红外光源人加血 JgQ 200上007001000 2000 400070001000020000 40000波港区远紫彳卜黎外可见垃红外红外r光,1曲灯讯或Ch灯 1.鹄丝灯t_p i能斯特灯(ZrOz +Y?Qj)源 J空花阴极打1一般分光光度计中的氘灯、钨灯等光源能量较大，要观察分子的振动能级跃 迁，测定红外吸收光谱，需要能量较小的光源。黑体辐射是最接近理想光源的连 续辐射。满足此要求的红外光源是稳定的固体在加热时产生的辐射，常见的有如下几种。能斯特灯能斯特

13、灯的材料是稀土氧化物，做成圆筒状(20 2 mm)，两端为铂引线。其 工作温度为1200-2200K。此种光源具有很大的电阻负温度系数，需要预先加热 并设计电源电路能控制电流强度，以免灯过热损坏。碳化硅棒尺寸为505mm,工作温度1300-1500K。与能斯特灯相反，碳化硅棒具有正的 电阻温度系数，电触点需水冷以防放电。其辐射能量与能斯特灯接近，但 在2000cm-1区域能量输出远大于能斯特灯。白炽线圈用镍铬丝螺旋线圈或铑线做成。工作温度约1100K。其辐射能量略低于前两 种，但寿命长。检测器紫外一可见分光光度计所用的光电管或光电倍增管不适用于红外区，这是应为红外光谱区的光子能量较弱，不足以引

14、发光电子发射。常用的红外检测器有热 检测器、热释电检测器和光电导检测器三种。前两种用于色散型仪器中，后两种 在傅立叶变换红外光谱仪中多见。热检测器热检测器依据的是辐射的热效应。 辐射被一小的黑体吸收后， 黑体温度升高， 测量升高的温度可检测红外吸收。 以热检测器检测红外辐射时， 最主要的是要防 止周围环境的热噪声。一般使用斩光器使光源辐射断续照射样品池。热检测器最常见的是热电偶 （有时又称为高真空热电偶） 。将两片金属铋熔 融到另一不同金属如锑的两端， 就有了两个连接点。 两接触点的电位随温度变化 而变。检测端接点做成黑色置于真空舱内， 有一个窗口对红外光透明。 参比端接 点在同一舱内并不受辐

15、射照射，则两接点间产生温差。热电偶可检测出10-6K 的温度变化。热释电检测器热释电检测器使用具有特殊热电性质的绝缘体， 一般采用热电材料的单晶片 作为检测元件，如硫酸三苷肽（NH2CH2COOH）3H2SO4，简称TGS。在电场中放 一绝缘体会使绝缘体产生极化， 极化度与介电常数成正比。 但移去电场， 诱导的 极化作用也随之消失。 而热释电材料即使移去电场， 其极化也并不立即消失， 极 化强度与温度有关。 当辐射照射时， 温度会发生变化， 从而影响晶体的电荷分布， 这种变化可以被检测。 热电检测器通常做成三明治状。 将热电材料晶体夹在两片 电极间，一个电极是红外透明的，容许辐射照射。辐射照射

16、引起温度变化，从而 晶体电荷分布发生变化， 通过外部连接的电路可以测量。 电流的大小与晶体的表 面积、极化度随温度变化的速率成正比。 当热释电材料是铁电体， 当温度升至某 一特定值时极化会消失，此温度称为居里点。TGS的居里点为47C。热释电检测器的响应速率很快， 可以跟踪干涉仪随时间的变化， 故多用于傅立叶变换红外 光谱仪中。目前使用最广泛的是氘化的 TGS即DTGS，它的居里温度是62C， 热电系数小于 TGS。光电导检测器光电导检测器采用半导体材料薄膜，如 Hg-Cd-Te （碲镉汞）或PbS或InSb （锑化铟） ，将其置于非导电的玻璃表面密闭于真空舱内。 则吸收辐射后非导电 性的价电

17、子跃迁至高能量的导电带，从而降低半导体的电阻，产生信号。Hg-Cd-Te缩写为MCT，该检测器用于中红外区及远红外区。这种检测器比热释 电检测器灵敏（至少比DTGS大10倍），在FTIR及GC-FTIR （气相色谱-傅立叶变换红外光谱联用技术）仪器中获得广泛应用。此外，PbS检测器常用于近红外区室温下的检测。以上两个部件是色散型红外光谱仪和傅立叶红外光谱仪所共有的，对于色散型红外光谱仪还有几个关键部件：如单色仪、光栅、狭缝等；对于傅立叶变换红 外光谱仪，它还有迈克耳孙干涉仪、分束器、透明窗片、数据处理系统等关键部 件。下表是一些分束器的介绍：类型光谱范IVctn 1右英25000-330090

18、001200BaFX 镀 Si9000900KBr(Ge)7800-400CsI(Ge)6000-225固休远红外分束器650-20搽纶薄膜（曲m）70012535001006,5240-7012.5135-40259025501004010常用分束器类型和适用波段范围现在通用型FTIR中常用KBr镀Ge膜的分束器。透明窗片KBr，KRS-5 （由 溴化铊-碘化铊组成，有毒，很少使用）。2. 红外光谱仪的分类 A.色散型红外光谱仪上世纪70年代中期至80年代，色散型红外光谱仪诞生，到目前为止，国内 还有厂家在生产，用户还有很多。该仪器的特点是：采用双光束结构。使用单光束仪器时，大气中的 H2O

19、、CO2在重要的红外区 域内有较强的吸收，因此需要一参比光路来补偿，使这两种物质的吸收补偿到零。 采用双光束光路可以消除它们的影响，测定时不必严格控制室内的湿度及人数。单色器在样品室之后。由于红外光源的低强度，检测器的低灵敏度（使用热 电偶时），故需要对信号进行大幅度放大。而红外光谱仪的光源能量低，即使靠 近样品也不足以使其产生光分解。而单色器在样品室之后可以消除大部分散射光 而不至于到达检测器。斩光器转动频率低，响应速率慢，以消除检测器周围物体的红外辐射。色散型仪器的主要不足：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

20、。此外由于内部移动部件较多，此类仪器最大的弱点是光栅或反光镜的机械轴 长时间连续使用容易磨损，影响波长的精度和重现性。因此色散型红外光谱仪自 身局限性很大，现在已经逐步被傅立叶红外光谱仪取代。下图是色散型红外光谱仪的结构：M34热电偶Mil光栅单-色器滤光片光栅式红外光谱仪的结构上图中，光源发出的光被分成两束，分别作为参比光和样品光通过样品池。各光束交替通过扇形镜 M7利用参比光路的衰减器（又称为光楔或减光器）对 经参比光路和样品光路的光的吸收强度进行对照。因此通过参比和样品后溶剂的影响被消除，得到的谱图就是样品本身的吸收。B.傅立叶变换红外光谱仪（Fourier Transform Infr

21、ared Spectrometer FTIR） 的特点和结构前面介绍的以光栅作为色散元件的红外光谱仪在许多方面已不能完全满足需要。由于采用了狭缝，能量受到限制。尤其在远红外区能量很弱；它的扫描速 度太慢，使得一些动态的研究以及和其他仪器（如色谱）的联用发生困难；对一 些吸收红外辐射很强或者很弱的样品的测定及痕量组分的分析等，也受到一定的限制。随着光电子学尤其是计算机技术的迅速发展，70年代出现了新一代的红外光谱测量技术和仪器一一基于干涉调频分光的 Fourier变换的红外光谱仪。这 种仪器不用狭缝，因而消除了狭缝对通光量的限制，可以同时获得光谱所有频率的全部信息。它具有许多优点：扫描速度快，测

22、量时间短，可在1s内获得红外 光谱，适于对快速反应过程的追踪，也便于和色谱法联用；灵敏度高，检出量可达10-910-12g ；分辨本领高，波数精度可达0.01cm-1;光谱范围广，可研究整个1红外区（1000010cm-）的光谱；测定精度高，重复性可达 0.1%，而杂散光小 于 0.01%。下图是FTIR的结构动镜驼动装置分東器合井厉的光束一（=一0 样晶池计算机 检测器傅立叶变换红外光谱仪的结构光源发出的光被分束器分为两束，一束经反射到达动镜，另一束经透射到达 定镜。两束光分别经定镜和动镜反射再回到分束器，从而产生干涉。动镜作直线运动,因而干涉条纹产生连续的变换。干涉光在分束器会合后通过样品

23、池，然后 被检测器（傅立叶变换红外光谱仪的检测器有 TGS DTGS MCT等）接收，计算 机处理数据并输出。有好多人不明白为什么仪器角傅立叶变换红外光谱仪，不清楚傅立叶变换的含义，下面有必要简单介绍FTIR的数学原理。周期性的运动可在两种域（Domain）中得到表征：一种表征域是表现出周期性 的域，例如，电（磁）场强度随时间（空间）的分布，就是在时（空）域中表征光波的 特征；另一种表征域是运动状态按某一周期性参数（频率、波长、波数等）的分布, 可统称为频域。这两种城中表征同一运动状态.可通过傅里叶变换（FourierTransform，简称FT）相互转变。通常所说的某种光的光谱是指该光包含的

24、不同频率成分的强度按频率的分布，因此光谱就是光在频率域中的表征。 下图是某频率 的两种单色光分别在空间域（时域）和频域的表征。光波的空间域表征光波的频率域表征相干的复色光，在空间x处电场强度的叠加是：O0E（x）二 o f （二）cos 2二;xd 二其中f（；）是光强度按波数的分布函数，很明显E（x）、f （匚）分别是光时域 和频域的表征，上述关系式就是傅立叶变换式。可以通过 FT把光在时域和频域 的表征相互转换：qQf（；）= o E（x）cos2 二；xdx我们用迈克耳孙干涉仪可以得到红外光的时域谱，通过FT就可以得到光的频率（波数）分布。这就是仪器名称的由来。3. 红外光谱仪各项指标的

25、含义A.光谱范围红外的整个谱区的波长范围根据 ASTM （American Society of TestingMaterials，美国材料实验协会）定义为 780 2526nm。而在一般应用中大家往往 把700 2500nm或700 2600nm作为近红外谱区，并通常把它分为 2段，700 1100 nm的短波近红外谱区和1100- 3600nm的长波近红外诺区。短波近红外谱区 更适合做透射分析，故又叫近红外透射区，长波近红外谱区更适合做反射或漫反 射分析，也称之为近红外反射区。仪器的波长范围指该红外光谱仪所能记录的光谱范围，它影响能实现分析测 试的项目，主要取决于仪器的光源种类、分光系统、

26、检测器类型和透光材料。专 用的红外仪器往往只覆盖单一波段，如美国Zeltex的ZXI01型手持式辛烷值分 析仪用7001100nm的短波近红外谱区，AGME公司的土壤快速分析仪用的1650 -2650nm的长波近红外谱区；而通用型的红外仪器往往覆盖整个红外谱区。B.分辨率 红外光谱仪器的分辨率是指仪器对于紧密相邻的峰可分辨的最小波长间隔， 表示仪器实际分开相邻两谱线的能力， 往往用仪器的单色光带宽来表示， 它是仪 器最重要的性能指标之一，也是仪器质量的综合反映。仪器的分辨率主要取决于仪器的分光系统的性能。 对色散型仪器而言， 还与 光源的强度、 检测器的灵敏皮有关， 光源的强度大、 检测器的灵

27、敏度高可减小狭 缝宽度，降低单色光带宽，提高仪器的分辨率。而对用多通道检测器的仪器，仪 器的分辨卒与检测器的像素有关， 单位长度像素越多分辨率越高。 对于滤光片型 近红外光谱仪器， 滤光片的带宽就是仪器的分辨率。 仪器的分辨率主要影响光谱 仪器获得测定样品光谱的质量， 从而影响分析的准确性， 对于一台仪器的分辨率 是否满足要求，这与待测样品的光谱特征有关，有些物质光谱重叠、特征复杂， 要得到满意的分析结果，就要求较高的仪器分辨率。C波长准确度波长准确度是指仪器所显示的波长值和分光系统实际输出单色光的波长值 之间相符的程度。 波长准确度可用波长误差， 即上述两值之差来表示。 保证波长 准确度是红

28、外光谱仪器能够准确测定样品光谱的前提， 是保证分析结果的准确度 前提。红外分析结果一般是通过用已知化学值的标准样品建立的模型来分析待测 样品，如果波长准确度不能保证， 整组数据就会因波长平移而使每个数据出现偏 差，造成分析结果的误差。 波长准确度主要决定于光学系统的结构， 此外还受温 度的影响。 傅里叶变换红外光谱仪器一般内部有波长校正系统， 所以波长准确度 很高；而色散型近红外光谱仪器和滤光片型近红外光谱仪器的波长准确度相对低 些，需用已知波长值且性质比较稳定的标推物质经常进行校正。D. 波长精确度波长精确度又称波长重复性， 是指对同一样品进行多次扫描， 光谱谱峰位置 间的差异程度或重复性，

29、 通常用多次测量某一谱峰所得波长的标准差来表示。 波 长精确度是体现仪器稳定性的个重要指标， 取决于光学系统的结构， 与波长准 确度一样， 也会影响分析结果的准确性。 如果仪器的光学系统全部设计成固定不 动，则仪器的波长的精确度就会很高。E. 光度准确度光度准确度是指仪器对某物质进行透射或漫反射测量时， 测得的光度值与该 物质真实值之差。主要是由检测器、放大器、信号处理电路的非线性引起。它会 直接影响近红外定量分析结果的准确度。F. 信噪比信噪比就是样品吸光度与仪器吸光度噪声的比值。 仪器吸光度噪声是指在一 定的测量条件下， 在确定的波长范围内对样品进行多次测量， 得到光谱吸光度的 标准差。仪

30、器的噪声主要取决于光源的稳定性、 放大器等电子系统的噪声、 检测 器产生的噪声及环境噪声， 如电子系统设计不良、 元件质量低劣、 仪器接地不良、 工作环境潮湿、 外界电磁干扰多会使仪器噪声增大。 信噪比是红外光谱仪器非常 重要的一项指标， 直接影响分析结果的准确度与精确度； 因为红外光谱分析是一 门弱信号提取技术， 在一个很强的背景信号下提取出相对很弱的有用信息， 得到 分析结果，所以信噪比对近红外光谱仪器尤为重要。 对于高档仪器， 一般要求信 噪比达到 105。G. 杂散光强度 杂散光是指分析光以外被检测器接收的光，主要是由于光学器件表面的缺陷、光学系统设计不良或机械零部件表面处理不良与位置

31、不当等引起的， 尤其是 光栅型红外光谱仪器的设计中， 杂散光的控制非常关键， 往往是导致仪器测量出 现非线性的主要原因。杂散光对分析测量的影响在分析高吸光度样品时更为明 显。H. 分析速度红外光谱仪器往往被用于实时、 在线的品质检测和监测， 分析样品的数量往 往比较多，所以分析速度也是值得注意的一项重要指标。 仪器的分析速度主要由 仪器的扫描速度决定。 仪器的扫描速度是指在仪器的波长范围内， 完成一次扫描 得到一个光谱所需要的时间。 不同仪器类型扫描速度相差很大， 如多通道仪器因 同时接收全部的光信息， 速度取决于电子电路对信息的处理时间上， 所以速度很 快，一般为几十毫秒；傅里叶变换红外光谱

32、仪器的扫描速度一般为 1s 左右；而 传统的光栅型红外光谱仪器的扫描速度相对较慢， 一般需几分钟， 而利用大口径 振动凹面光栅，如丹麦福斯公司（FosS）设计的NIR System系列光栅型近红外 光谱仪器，扫描速度达1.8次/ s。AOTF型近红外光谱仪器由于采用声光调制产 生单色光，所以扫描速度也非常快，一般达 5000个波长点 /s。还有一个指标容易被忽略，这就是软件功能及数据处理能力：“软件就是仪器， 仪器技术就是软件技术” ，软件是近外光谱仪器的主要组 成部分。红外光谱仪器的软件一般由两部分组成，一部分是仪器控制平台软件， 它控制仪器的硬件， 进行光谱数据采集， 这部分各个厂家差别不

33、大， 并已有可能 发展形成一个通用仪器操作平台软件； 另一部分是数据处理软件， 红外光谱仪器 的数据处理软件通常由光谱数据预处理、 校正模型建立和未知样品分析三大部分 组成，其核心是校正模型建立部分软件， 它是光谱信息提取的手段， 直接影响到 分析结果的准确性， 一些好的软件， 都有其独到的建立校正模型的算法， 以便尽 可能准确地提供样品信息。三红外光谱仪的应用红外吸收光谱具有高度的特征性， 除光学异构外 （指分子结构完全相同， 物 理化学性质相近， 但旋光性不同的物质。 这是由于分子链上不对称碳原子所带基 团的排列方式不同所形成， 又称立体异构） ，没有两种化合物的红外光谱是完全 相同的。红

34、外光谱中往往具有几组相关峰可以相互佐证而增强了定性和结构分析 的可靠性，随此在官能团定性方面，是紫外、核磁、质谱等结构分析方法所不及 的。红外光谱法可测定链、位置、顺反、晶型等异构体，而质谱法对异构体的鉴 别则无能为力；红外光谱测定的样品范围广，无机、有机、高分子等气、液、固 态样品都可测定。而核磁样品需配在特定的试剂（氘代试剂）中，质谱样品需有 定蒸气压；红外光谱测定的样品用量少（一般只需数毫克）、测定速度快（FTIR 仅需数秒钟），仪器操作简便、重现件好；设备比核磁、质谱便宜得多，并且已 积累了大量标准红外光谱图可供查阅， 所以它在有机物和高聚物的定性与结构分 析中已得到普及应用。红外吸收

35、光谱法也有其局限性， 即有些物质不能产生红外吸收峰。 例如原子 （Ar、Ne、He等），单原子离于（K+、Na+、Ca2+等），同质双原于分子（H2、02、N2等）以及对称分子都无吸收峰：有些物质不能用红外光谱法鉴别，例如 光学异构体， 不同分子量的同一种高聚物往往不能鉴别。 因此一些复杂物质的结 构分析，还必须用控曼光谱、核磁、质谱等方法配合。此外，红外光谱中的一些 吸收峰，尤其是指纹峰往往不能作理论上的解释， 它不像核磁谱峰那样都有其归 属。定量分析的准确度和灵敏度低于可见紫外吸收光谱法。由于红外吸收光谱法具有许多突出的优点， 因此它在与化学有关的许多领域 都有广泛应用。在煤和石油化工产品

36、以及染料、药物、生物制品、食品、环保等 有机化合物的研究方面， 用于产品纯度或基团的鉴定， 异构体的鉴别， 分子结构 的推断，化学反应机理的研究以及定量分析；在合成纤维、橡胶、塑料、涂料和 粘合剂等高聚物研究方面， 用于单体、 聚合物、添加剂的定性、 定量和结构分析。 端基、支化度、共聚物系列分布等链结构的研究，以及结晶度、取向性等聚集态 结构的研究。 还用于高聚物力学性能、 聚合反应和光热老化机理等研究； 在无机 化合物研究方面， 用于粘土、 矿石、矿物等类型的鉴别及其某些加工工艺过程的 研究，用于某些新型无机材料的测试，例如Si3N4中杂质Si02及Si/N比的测定， 光纤中杂质 0H 基

37、的测定， 半导体材料内 02、 C 等杂质元素的测定和 GaAs 外延 层厚度的测定， 高聚物中天机填料的鉴别、 催化剂表面结构、 化学吸附和催化反 应机理的研究以及络合物性质与结构研究等方面。 此外，红外吸收光谱法还用于 分子结构的基础研究， 例如通过测定分子键长、 键角来推断分子的立体构型。 通 过测定简振频率、计算力常数来推测化学键的强弱等等。四红外试样制备 1对试样的要求1）试样应为“纯物质”（ 98%），通常在分析前，样品需要纯化；对于 GC-FTIR 则无此要求。2）试样不含有水（水可产生红外吸收且可侵蚀盐窗）；3）试样浓度或厚度应适当，以使 T 在合适范围。2制样方法液体或溶液试样1）沸点低易挥发的样品：液体池法。2）高沸点的样品：液膜法（夹于两窗片之间）。3）固体样品可溶