材料分析测试-第十一章-红外吸收光谱分析法

第十一章红外吸收光谱分析法第一节红外光谱基本原理第二节红外光谱仪第三节红外光谱的实验技术第四节红外光谱的应用Infraredabsorptionspectroscopy西南科技大学张宝述spectrometry1第一节红外光谱基本原理一、红外光谱的形成和红外区的分类红外吸收光谱图（Infraredabsorptionspectrum)

，简称“红外光谱”，IR1.红外光谱的形成红外光谱是物质对红外辐射产生共振吸收，用仪器记录下来所得到的图谱。22.红外区的分类

不同区所用仪器不同，获得的知识各异。近红外区：主要用来研究O-H、N-H及C-H键的倍频吸收中红外区：最为有用，分子的振动能级跃迁远红外区：分子的纯转动能级跃迁和晶体的晶格振动3二、红外光谱选律二个能级间电偶极矩改变不为零。4三、分子的转动光谱

一个分子可以围绕许多不同的轴转动。例如，一个简单的HCl分子，它可以围绕价键转动，也可以围绕通过分子重心并垂直价键的轴转动。在后者的情况下，分子偶极发生变化，吸收红外光并以高频率速度转动，从而在红外光谱区出现吸收。5非极性双原子分子转动时，因偶极不变化，故不吸收也不发射光，无转动光谱。极性双原子分子，允许转动能量跃迁的选律是

J＝

1，但在吸收光谱中，

J＝-1无意义。

对于刚性双原子分子：1）转动能级的距离是不等的；2）以波数表示时，转动光谱应该是一系列等距离的谱线；3）用转动光谱可以算出分子的转动惯量和键长；4）轻的分子转动惯量小，谱线波长较短，它们的转动光谱在远红外区，重的分子转动光谱则落在微波区。

分子的转动光谱J-转动量子数刚性转子模型6四、分子的振动光谱

振动能级跃迁时，伴随转动能级的跃迁，所以无法测得纯粹的振动光谱，得到的只能是分子的振动-转动光谱（振-转光谱，一般直接称为振动光谱）。以HCl为例。若组成HCl分子的氢原子和氯原子以较小的振幅围绕其平衡位置振动，则可近似地把它看作是一维谐振子。双原子分子振动平衡状态伸缩振动7双原子分子谐振子模型的选律1)非极性的同核双原子分子在振动过程中偶极距不发生变化，

n＝0，无振动光谱。2)极性分子

n＝

1。非谐振子的选律量子力学证明，非谐振子的选律不再局限于

n＝

l，它可以等于任何其它整数值即：

n＝

l，

2，

3……。这就是为什么在红外光谱图上除了可以观察到较强的基频吸收外，还可以观察到弱的倍频和组频等泛音吸收的缘故。

双原子分子振动的选律n——振动量子数8振动光谱的用途（1）当把双原子分子看成是一谐振子时，只要知道力常数k，即可求出吸收位置v(cm-1)。反过来，可由振动光谱求价键的力常数。力常数是衡量价键性质的一个重要参量。

（2）测定同位素的质量。（3）获得具有相同原子对的单键、双键和叁键的吸收位置间的关系。双原子分子伸缩振动频率9如果振动频率用波数表示，则为若以相对原子质量（简称“原子量”）代替原子质量，那么上式可简化为式中，M——折合原子量，

M1和M2分别为两原子的原子量。c——真空中光速，31010cms-1N——阿伏加德罗常数，6.0231023mol-110常见化学键的伸缩力常数（N

cm-1）键力常数以前的单位：mdyn

Å-11dyn=10-5N，1Å=10-8cm11例1计算HCl的伸缩振动频率。（kHCl=5.16N

cm-1）解：实测HCl的红外吸收峰为2885.9cm-1，因此计算值与实验值较接近。12例2计算复杂分子中CH键的伸缩振动频率。（kCH=5.0N

cm-1）解：实际上在烯烃和芳烃中的碳氢键伸缩振动频率

=CH在3030附近；在饱和碳氢化合物中，-CH3的

as在2960cm-1，

s在2860cm-1。-CH2的

as在2930cm-1，

s在2850cm-1。13例3计算羰基的伸缩振动频率。（kC=O=12N

cm-1）解：实际上羰基化合物的

-C=O为：羧基~1760cm-1，酯基~1735cm-1，醛基~1725cm-1，酮基~1715cm-1。14运动自由度：一个自由运动的原子，它运动的自由度是3，因为真正独立的坐标只有3个。简正振动：分子真实的振动是复杂的，但在一定条件下作为很好的近似，分子一切可能的任意复杂的振动方式都可以看成是有限数量的相互独立的和比较简单的振动方式的迭加，这些比较简单的振动称为简正振动。振动自由度：分子的简正振动数目称为振动自由度。由N个原子组成的分子有（3N-6）个简正振动模式[线型分子为（3N-5）个]。运动自由度3N-平动自由度3-转动自由度3（线型2）多原子分子的振动光谱15多原子分子的自由度DegreesoffreedomforpolyatomicmoleculesTypeofdegreesoffreedomLinearNon-linearTranslational33Rotational23Vibrational3N-53N-6Total3N3N16非线性分子H2O的振动自由度3N-6=3×3-6=3水的红外光谱17

线型CO2分子的振动自由度3N-5＝3×3-5＝4极性双原子分子HCl为3×2-5=1（伸缩振动）

1红外非活性，拉曼活性

2、

4二重简并二氧化碳的红外光谱18在振动过程中，分子电偶极距发生改变的振动才能吸收红外光子的能量，产生红外吸收谱带，这种振动称为红外活性振动（infrared-active

vibration），反之称为红外非活性振动（infrared-inactive

vibration），这就是振动光谱的红外跃迁的选择定则（selectionrule）。如CO2的

1不伴随偶极变化，无红外光谱[出现在拉曼光谱中]多原子分子的选择定则（判断振动是否红外活性、是否拉曼活性）与其对称性有关，运用群论方法可以确定各种分子振动红外跃迁的选择定则。红外光谱（振动光谱）的选择定则（选律）19简正振动模式（NormalModesofVibration）伸缩振动：键长发生变化，键角不变。又分为对称伸缩振动和不（反）对称伸缩振动；弯曲振动（又称变形振动）：键长不变，键角发生变化。平面分子（或基团）的弯曲振动又分为面内弯曲振动（在组成原子所构成的平面内振动）和面外弯曲振动（振动垂直于组成原子所构成的平面）。20简正振动的某些特殊叫法呼吸振动：一种完全对称的伸缩振动，通常出现在环化物中，例如苯环的呼吸振动。亚甲基的各种振动形式（“+”表示运动方向垂直纸面向里，“－”表示运动方向垂直纸面向外）scissoringRockingWaggingTwisting（扭动）symmetricasymmetricantisymmetricstretchingvibrationBending(deformation,variableangle)vibration21简并与分裂在多原子分子的简正振动中，有时两个或三个振动模式不同的简正振动具有相同的频率，此时在红外光谱上成为一个吸收峰出现，这种现象称为简并。如CO2的v2和v4，虽然振动形式不同，但振动频率相同，发生简并。简并有二重简并、三重简并等。一般说来，分子（基团）的对称性愈高，简并愈多。某些基团处于某些结构中，因其对称性降低，简并的吸收带分裂开来，这种现象称为分裂。

22多原子分子吸收带的数目多原子分子的简正振动模式虽有3N-6(或3N-5)，但因（1）某些振动模式不伴随偶极矩变化（红外非活性），没有红外吸收；（2）某些振动频率相同，发生简并；（3）仪器的分辨度限制，一些频率很相近的吸收带，以及强度很弱的吸收带，无法在光谱上分开或显示；所以在复杂分子（或晶体）的红外光谱中，观测到的基频吸收带数目常少于根据3N-6（或3N-5）所确定的振动数目。23倍频、组频、振动偶合、费米共振倍频峰（或称泛音峰）：出现在强峰基频约二倍、三倍等处的吸收峰，一般都是弱峰。例如羰基的伸缩振动强吸收在~1715cm-1处，它的倍频出现在3430cm-1附近（和OH伸缩振动吸收区重叠）。有二倍频、三倍频等。组（合）频峰：也是弱峰，它出现在两个或多个基频之和或差附近，例如，基频为Xcm-1和Ycm-1的两个峰，它们的组频峰出现在(X＋Y)cm-1（和频）或(X－Y)cm-1（差频）附近。振动耦合：当相同的两个基团在分子中靠得很近时，其相应的特征吸收峰常发生分裂，形成两个峰，这种现象称振动耦合。费米共振：当倍频峰或组频峰位于某强的基频吸收峰附近时，弱的倍频峰或组频峰的吸收强度常常被大大强化，这种倍频峰或组频峰与基频峰之间的耦合，称费米共振。

24五、分子的振-转光谱

在振动能级跃迁时，总是伴随着转动能级的跃迁发生。因此当用红外光照射分子时，测不到单根的纯振动谱线，而是由多根相隔很近的谱线(转动吸收)所组成的吸收带。利用高分辨的红外光谱来测定低压简单气体分子的红外光谱可以很清楚地看到这种精细结构。对于大多数多原子分子来说，由于分子的转动惯量较大，它们的转动能级间距都比较小，气态测定时将看不到这种转动精细结构，得到的只是不易分辨的谱线包封。如果是以液态或溶液或固态进行测定，则由于分子间的碰撞，分子的转动受到了很大妨碍，那就连转动谱线的包封也消失了。

25甲烷气体的振-转吸收光谱氯化氢气体的振-转吸收光谱非极性分子，出现Q支极性分子，不出现Q支26甲醇蒸气在1000~1100cm-1区的吸收液态甲醇在1000~1100cm-1区的吸收转动谱线包封转动谱线的包封也消失了27六、红外光谱峰位（吸收带位置）的影响因素分子中一个特定的基团（或化学键）只有在和周围环境完全没有力学或电学偶合的情况下，它的键力常数k值才固定不变。一切能引起k值改变的因素都会影响峰位变化。归纳起来主要有两类：与测定状态有关的外因和与分子结构本身有关的内因。外因：同一物质的气体、液体（纯液体、溶液）和固体样品的同一振动模式的红外吸收的峰位不同。气体的压力不同、溶液的浓度不同、测试时的温度不同等也会影响到峰位。内因：组成基团（化学键）的原子质量、离子电价、配位数、原子间距、空间构型、基团所处的化学环境（与之相连的原子的半径、电负性、电价等）等。28对于无机物（矿物）中的基团（化学键）来说：离子电价：阴离子和阳离子的电价升高，使键强相对增大，从而分子(基团）振动频率增高。这里起主要作用的是阳离子，其电价变化为1~6。阳离子电价与伸缩频率(cm-1)的关系29配位数：阳离子配位数增加后，离子间距加大，键强减弱，从而使振动频率降低。四面体及八面体配位的金属-氧伸缩频率范围（cm-1）30原子质量组成原子(包括阳离子和阴离子)的质量大，振动频率低。原子间距

XOn基团内X-O原子间距增大，键强减弱，于是振动频率降低。周围的化学环境等31对于有机化合物来说，主要有：

诱导效应

共轭效应

键应力的影响

氢键的影响

偶合效应

物态变化的影响32诱导效应

在具有一定极性的共价键中，或组成共价键的两个原子上带有高电负性取代基时，会产生静电诱导作用，引起分子中电荷分布的变化，从而改变振动的键力常数，使得峰位移动。使振动的化学键电子密度降低的诱导效应，会使峰位移向低波数方向。共轭效应

这一效应使共轭体系中的电子云密度平均化，双键略伸长，单键略缩短，单键键力常数增大，双键键力常数减小，从而使相应谱带位移向高波数或低波数方向。33键应力的影响例如，脂环上的羰基振动受环张力大小的影响，三元环比四元环上的羰基的峰位波数高。氢键的影响当分子中有O、N、F等原子时能形成氢键，氢键的形成往往使基团的吸收频率降低，谱峰变宽。如含-OH的化合物在低浓度时伸缩振动的峰位在3640cm-1，当浓度提高时，由于形成氢键而缔合，使峰位移到3300cm-1，且峰变宽。偶合效应当两个频率相同或相近的基团相关联时会发生偶合作用，分裂成两个，一个频率比原来的谱带高一点，另一个低一点。如酸酐类化合物，在它的C＝O伸缩振动频率区出现两条谱带。34第二节红外光谱仪一、红外光谱仪分类二、红外光谱仪的发展简史三、色散型红外分光光度计四、干涉型傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）35一、红外光谱仪分类测量和记录红外光谱的仪器称为红外光谱仪（Infraredspectrometer

）。按分光原理，可分为两大类：色散型和干涉型。色散型仪器，按分光元件不同，又分为棱镜式和光栅式红外分光光度计(Infraredspectrophotometer

)；按光束可为分单光束和双光束红外分光光度计。干涉型红外光谱仪称为傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）。Fourier-transforminfraredspectrometer

36二、红外光谱仪的发展简史20世纪50年代，第一代红外光谱仪——棱镜色散型红外分光光度计；20世纪60年代，第二代红外光谱仪——光栅色散型红外分光光度计和计算机化光栅色散型红外分光光度计；20世纪70~80年代，第三代红外光谱仪——完善光栅型红外分光光度计和干涉型付里叶变换红外光谱仪，激光红外分光光度计；20世纪90年代，多功能联机干涉型付里叶变换红外光谱仪。现代红外光谱仪朝着高精度、多功能以及同其它测试方法（如热分析、气相色谱、液相色谱等）联机的方向发展。37三、色散型红外分光光度计双光束色散型红外分光光度计由五部分组成：1）光源

2）单色器

3）检测器

4）电子放大器

5）记录显示装置色散型双光束红外分光光度计方块图38美国PE公司983G红外分光光度计环境与资源学院中心实验室39红外分光光度计主要技术指标：波长范围4000-400cm-1

波数精度≤±4cm-1

（4000-2000cm-1

）

≤±2cm-1

（2000-400cm-1）

分辨能力≤1.5cm-1(1000cm-1)附近

透过率精度±0.2%T(不含噪声电平)

Io线平直度≤±2%T

杂散光≤0.5%T（4000-650cm-1）

≤1%T（650-400cm-1）

天津港东科技发展有限公司

40组成:光学测量系统：测量收集数据计算机数据处理系统：处理数据和控制仪器运行计算机接口及电子线路系统等。BasiccomponentsofanFTIRspectrometer.四、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）Fourier-transforminfraredspectrometer41SchematicofaMichelsoninterferometer.FromStuart,B.,ModernInfraredSpectroscopy,ACOLSeries,Wiley,Chichester,UK,1996.@UniversityofGreenwich,andreproducedbypermissionoftheUniversityofGreenwich.未调制的入射束光源调制后的出射束定镜动镜激光白光参比干涉仪检测器检测器样品分束器42Interferograms（干涉图）obtainedfor(a)monochromaticradiation（单色辐射）and(b)polychromaticradiation（多色辐射）.A.J.andOrville-Thomas,W.J.(Eds),VibrationalSpectroscopy–ModernTrends,Elsevier,Amsterdam,Figure2,p.55(1977).经Fourier-transformation将干涉图转换成我们熟悉的光谱图43色散型与FTIR光谱仪性能比较表与色散型仪器相比，FTIR最突出的特点是：波数范围宽，检测灵敏度高，扫描速度快，可与TA、GC、LC等联机。44美国ThermoNicolet380傅里叶变换红外光谱仪材料学院实验室45学校分析测试中心美国ThermoNicolet5700傅里叶变换红外光谱仪46学校分析测试中心美国PESpectrumOne傅里叶变换红外光谱仪红外显微镜主要技术指标：光谱范围：7800~350cm-1分辨率：优于0.5cm-1

波数精度：优于0.01cm-1信噪比：100000:1RMS47Nicolet6700/8700智能傅立叶红外光谱仪技术参数1.数字化干涉仪，动态调整达130,000次/秒；

2.高达50000:1信噪比（峰峰值，1分钟扫描）

3.光谱范围：27,000-15cm-1；

4.分辨率：0.09cm-1；0.4cm-1；

48第三节红外光谱的实验技术一、样品制备红外光谱可分析气、液、固样品。气体：气体池（槽）液体：各规格的液体池（槽）固体样品：压片法糊状法薄膜法切片法等。49气体池50液体池51压片机压模简易压片装置52分散介质和窗片材料53KBr压片法优点（1）背景吸收很小，且无选择性。（2）样片可以方便地保存，可用于重复研究。（3）很容易将此技术用于微量研究而不过分增加样品处理的难度。缺点：（1）KBr易吸潮，很难消除吸附水（H2O）的影响。（2）300cm-1以后产生强烈的吸收。54KBr压片法的一般操作步骤将样品粉末（约1mg）在玛瑙研钵中磨细，直到无颗粒感为止。取200mg左右的KBr粉末，放入研钵中与样品一起混合研磨，至无颗粒感为止。将磨好的样品装入压模中。将装好样品的压模置于压片机上，加8T左右的压力，保持2分钟左右，减压，取出压模。将压制好的圆样片（直径13mm）装在样品支架里，即可放入仪器上进行测谱。55注意事项KBr的预处理

KBr磨细并通过200目筛子，装入坩埚内置于烘箱中在200

C左右烘约3~4小时，然后用瓶子装好放在干燥器内备用，这样可基本排除吸附水。KBr的用量

KBr的用量不等，直径13毫米的压模一般用量为100~200mg左右，只要压片透明和不破碎即可。定量分析时，则要准确称量。样品用量样品用量要合适，太多，透过率太低，记录的只是宽大的钝峰，无法分出细节；太少，吸收带强度太小，弱峰甚至没有。样品用量与样品的种类有关，如，磷酸盐、碳酸盐及硫酸盐矿物，一般0.5mg即可，岛状及链状硅酸盐矿物约1mg，层状及架状硅酸盐矿物则需1~1.5mg。如果要研究OH-1带，一般几mg，甚至10mg以上，如各种石棉。粒度大小为了减少散射，颗粒直径应小于入射光最短波长，故KBr和样品粒径均应小于2μm。有些样品硬度大，不易磨细，最好加1~2滴无水乙醇，研磨10~15分钟即可。样品与KBr应混合均匀，研磨时用力要适度。压片时所加压力要合适。不要污染样品。样品不能与KBr起反应。制样的好坏直接影响到图谱的质量，如质量不好，需重做。56红外光谱的送样要求送样要明确做红外光谱的目的，要解决什么问题，以及测试的要求和条件。试样的精制和前处理一般对试样中微量不纯物不需要进行精制处理，其主要原因是红外灵敏度较低。如果不纯物含量超出0.1~1%，就需要精制除去杂质。而对混合物的定性分析，亦应尽可能地减少组分数。57二、测试模式测试模式透射式（TransmissionMethods）反射式（ReflectanceMethods）衰减全反射

Attenuatedtotalreflectance(ATR)spectroscopy镜面反射

SpecularReflectanceSpectroscopy漫反射

Diffusereflectance(infrared)technique(DRIFT)微量分析方法（MicrosamplingMethods）红外显微镜：透射、反射、成像（FTIRimaging）等58Schematicofatypicalattenuatedtotalreflectancecell.FromStuart,B.,ModernInfraredSpectroscopy,ACOLSeries,Wiley,Chichester,UK,1996.衰减全反射59Illustrationofspecularreflectance镜面反射60Illustrationofdiffusereflectance.漫反射61高温漫反射附件62联机技术色谱-红外光谱Chromatography–InfraredSpectroscopygaschromatography–infraredspectroscopy(GC–IR)liquidchromatography–infraredspectroscopy(LC-IR)热分析-红外光谱ThermalAnalysis–InfraredpectroscopyThemostcommonapproachistocombineFTIRspectroscopywithathermalmethodsuchasthermogravimetricanalysis(TGA，热重分析)toobtainanevolvedgasanalysis(EGA，逸出气体分析).63其它技术（OtherTechniques）变温光谱Variable-temperaturecells,whicharecontrolledto0.1

Cintherange−180to250

C,maybeusedininfraredspectrometers.发射光谱InfraredemissionspectroscopymaybecarriedoutbyusingaheatedsamplelocatedintheemissionportoftheFTIRspectrometerastheradiationsource.运程光谱Opticalfibresmaybeusedinconjunctionwithinfraredspectrometerstocarryoutremotemeasurements.Thefibrestransferthesignaltoandfromasensingprobeandaremadeofmaterialsthatareflexibleand‘infrared-transparent’.偏振光谱Forsomesamples,dipolemomentchangesmaybeinafixeddirectionduringamolecularvibrationand,assuch,canonlybeinducedwhentheinfraredradiationispolarizedinthatdirection.Polarizedinfraredradiationcanbeproducedbyusingapolarizerconsistingofafinegratingofparallelmetalwires.Thisapproachisknownaslinearinfrareddichroism.64第四节红外光谱的应用一、特征振动频率

二、矿物（晶体）的红外光谱特点

三、红外光谱图

四、红外定性分析

五、红外定量分析

六、其它应用实例

65红外光谱法的特点主要优点：（1）应用面广，提供信息多且具有特征性，故把红外光谱称为“分子指纹”；能直接识别多种基团、络阴离子团；（2）红外光谱不受样品相态的限制，固、液、气态都能直接测定；它既可以研究晶体，又可以研究非晶质体；（3）样品用量少，固体样品一般0.2~2mg即可；（4）省时：色散型仪器，几分钟；干涉型仪器，每秒可扫几十次。（5）同其它现代精密仪器（如电镜、核磁共振谱仪、电子能谱仪等）相比，红外光谱仪构造简单、操作方便、价格便宜。主要缺点：灵敏度较低，不适于弱辐射的研究，对水溶液尚不能直接测定。另外，红外光谱法与其它分析测试方法一样，不是万能的，它不能代替其它分析测试方法（如化学分析、X射线衍射分析、电子显微分析、热分析等），有时它必须与其它方法结合，综合分析，方能得出准确结果。66一、特征振动频率基团（官能团）：分子（或晶体）中的原子团或离子团。

分子的每一个振动频率归属于分子中一定的键或基团。

某一键或基团的振动频率有其特定值，它虽然受周围环境的影响，但不随分子构型作过大的改变，这一频率称为某一键或基团的特征振动频率。而其吸收带称为特征振动吸收带。67有机物中部分基团的特征振动频率教材附录14列出了主要基团的红外特征吸收峰68无机基团（络阴离子团）的特征振动频率69二、矿物（无机晶体）的红外光谱特点矿物的分子振动模式和频率，取决于矿物的化学成分和晶体结构。大多数矿物化学式可以写成Aa、Bb、……Xn，其中，A、B、……与X的键强度是不同的，大致可以分为两种情况：

70（1）络阴离子团或“封闭”的基团：如CO32-、SO42-、PO43-、SiO42-及BO33-等。氢氧化物及含水矿物中，OH-及H2O的作用和特征与“封闭”基团相当。这些基团的振动被称为内振动，其振动模式及谱带数决定于基团本身及晶胞的对称性，频率较高，一般位于1500~600cm-1范围。外振动（或晶格振动）：由结晶格架中基团的平动和转动产生。它们的频率较低，一般位于400cm-1以下。71（2）晶体结构中分不出络阴离子，可以看作是开放的M-X多面体组成，如氧化物、硫化物及卤化物等。振动频率一般小于600cm-1。它们的振动模式，用一般的伸缩及弯曲模式来说明有时还有困难，一般把较高频率的振动指定为M-X伸缩振动。

72三、红外光谱图(Infraredspectrum,IRspectrum)谱图特征：吸收谱带的数目、位置、强度、形状。纵坐标：透过率(transmittance，T%)或吸光度(absorbance，A)表示。横坐标：波长(wavelength，

m)，一般用波数（wavenumber，cm-1）表示。73Transmittancespectrumoflacticacid（乳酸）.FromStuart,B.,BiologicalApplicationsofInfraredSpectroscopy,ACOLSeries,Wiley,Chichester,UK,1997.纵坐标为百分透过率74Absorbancespectrumoflacticacid.FromStuart,B.,BiologicalApplicationsofInfraredSpectroscopy,ACOLSeries,Wiley,Chichester,UK,1997.纵坐标为吸光度75KR38S改性微波膨胀蛭石的FTIR76KR38S改性微波膨胀蛭石的FTIR77KR38S改性微波膨胀蛭石的反射式FTIR78四、红外定性分析红外定性分析原理：（1）基于组成物质的分子都具有各自的特有的红外光谱，且分子的红外光谱受周围分子影响甚小，而混合物的光谱是各自成分光谱的简单算术加和。（2）组成分子的基团或键都具有其特征振动频率，而其特征振动频率又受邻接的原子（或原子团）和分子构型等影响，其特征振动频率将发生位移（有的特征吸收谱带的强度和形状亦可改变）。

利用以上两点，便可确定分子中所含的基团或键及其周围的环境，亦即是确定分子中原子的排布方式，进而可推定其分子结构。79红外定性分析的目的：（1）确定物质的组成：化合物的种类，物相鉴定等。有单一物质的验证或鉴定，混合物的鉴定。根据实测红外光谱所出现的吸收谱带的位置、强度和形状，与标准图谱进行比较从而确定是什么物质。

（2）结构分析：确定吸收带的归属，推断分子（晶体）的结构。根据实测的红外光谱所出现的吸收谱带的位置、强度和形状，利用基团振动频率与分子结构的关系，来确定吸收谱带的归属，确认分子中所含的基团或键，并进而由其特征振动频率的位移、谱带强度和形状的改变，来推定分子结构，这一过程称为红外光谱的谱图解析。

8081作为外科用药炉甘石的原料，过去认为是菱锌矿(ZnCO3)。经对我国几个产地的原料进行红外光谱分析证明，原料中不仅含有菱锌矿，还有水锌矿(Zn5[(OH)3／CO3]2)。有的样品以水锌矿为主。这两种矿物的红外光谱(右图)很容易识别。菱锌矿a及水锌矿b的红外光谱82蒙脱石（M）红外光谱的解析M的IR谱800~950cm-1区域的吸收带明显受次微结构变化的影响。这个区一般有三个吸收带，可归属于RVI－OH键的振动。RVI为八面体阳离子。其中915cm-1吸收带随八面体内Mg2+、Fe3+对Al3+置换量增加，吸收带强度逐渐减弱。把915cm-1吸收带强度与1035cm-1吸收带强度之比作为915cm-1吸收带的相对强度，强度用基线法计算，以吸收带相对强度的自变量X，八面体中Fe3++Mg2++Fe2+量作为因变量Y，用最小二乘法拟合。这两者间为良好的相关性，相关系数γ=－0.904（拟合方程为Y=0.709－2.216X）。890cm-1为吸收肩，主要受八面体内Fe3+对Al3+置换的影响。当置换量增加时吸收带强度增加，而肩的位置向低频移动。吸收带840cm-1主要受八面体内Mg2+对Al3+置换的影响，随八面体Mg2+含量增加，吸收带强度增加。当八面体中Mg2+含量较多时，为中等强度的吸收带，当Mg2+减少，吸收带强度减弱，或为弱带，继而为肩吸收，Mg2+含量减小，此吸收带变得几乎不可辨认。83根据类质同象置换对吸收带的影响，可进一步把915、890、和840cm-1吸收带分别归属于AlVI－OH、FeVI－OH、MgVI－OH键的振动。它们的强度、频率受八面体离子类质同象置换的影响。低于550cm-1的吸收带主要是Si－O－RVI特征吸收带，与类质同象置换也有的一定联系。随八面体Mg2++Fe3++Fe2+量增加，520cm-1吸收带强度减弱，它们之间的关系可由Y=0.934－1.425X表示，γ=－0.929。由此可把该吸收带归属于Si—O—AlVI。470cm-1吸收带随八面体置换量增加，吸收强度呈增加趋势，置换量较多的样品此吸收带为一弱吸收峰，而其余样品为肩吸收。（袁望治、黎文辉、陶大权.次微结构对蒙脱面红外光谱和电子顺磁共振谱的影响，1990非金属矿物资源与矿物材料学术讨论会论文（摘要）汇编1990.7）84上图是分子式为C5H12O液体化合物的红外光谱图。图中3300cm-1宽吸收峰是由缔合的OH伸缩振动产生的吸收峰，因此从红外光谱可立即判断该化合物中含有OH。1052cm-1吸收峰可以确定它是伯醇。1465cm-1、1376cm-1及725cm-1是由C-H的弯曲振动产生的吸收，n≥4。与分子式一起考虑可判定该化合物是正戊醇。《波谱分析法》143页85中西香尔《红外光谱分析100例》86五、红外定量分析目的：确定某物质的含量[体积（质量）百分数%]依据：吸收带强度。混合物中各组分能有一个特征的，不受（或很少受）其它组份干扰的吸收带。原则上气体、液体和固体样品都可应用红外光谱法作定量分析。

1.定量分析原理

Lambert-Beer定律A=abc

式中，A——吸光度

a——吸收系数

b——样品厚度

c——浓度872.吸光度的测定基线画法（据董庆年，1977）一般采用基线法测定吸收带峰尖的吸光度。在吸收带的两肩画一切线KL作为基线，通过峰尖（即分析波数处)画一垂线，它与基线交于M点，与峰尖交于N点。其吸光度为A=lg(T0/T)式中，T0和T分别为M和N点的透过率。基线的画法：（1）如分析的吸收带不受其他带影响，则可按上述与两肩相切的直线(图中1)。（2）如分析吸收带受近旁带的干扰，则可画单肩水平线（图中2）或两肩连线（图中5，6）。（3）基线也可以不是直线。分析带强度小，而近旁干扰带强度大时，后者的外推曲线可作为基线（图中3）。总之，基线应尽量水平，并具有低的吸光度。883.测制标准（工作）曲线及计算相关方程标准曲线的几种类型被测物质服从朗白-比尔定律，无背景干扰或补偿适当时，则为过原点的直线被测物质服从朗白-比尔定律，有背景干扰且补偿不当时，则为不过原点的直线被测物质含量低时服从朗白-比尔定律，含量高时则不然完全不服从朗白-比尔定律894.吸光度的加和性各种组分在某波数处都有吸收时，其总吸光度等于各组分吸光度的算术和。

Av=A1v+A2v+…+Anv=a1vbc1+a2vbc2+…+anvbcnb是已知的。如各物质在某分析波数（v）处的吸收系数也已知时，选择n个分析波数，则可得n个方程，解联立方程可算出各物质的含量。905.分析举例红外光谱法测黄土中方解石、长石和石英含量（刘高魁等，1983年）步骤：（1）标准样品的配制和光谱的记录（2）分析吸收带的选择（3）工作曲线及相关方程（4）实际样品的分析91（1）标准样品的配制和光谱的记录将方解石、长石和石英分别研磨至2

，分别称样和混合，然后再研磨20分钟，在红外灯下烘干，配制成比例不同的一系列标准样品。称取烘干样品2mg，加KBr60mg，混合研磨15分钟后，置于红外灯下烘烤备用。压片用简易压模（直径12mm），压力15吨，时间2分钟。在Perkin-Elmer621型红外分光光度计上按规定条件记录光谱。92（2）分析吸收带的选择根据各吸收带强度与含量的关系，选取方解石878cm-1带、石英695cm-1带及长石650cm-1带为分析吸收带。不同比例的方解石、长石和石英标准样品的红外光谱10:30:6050:40:1040:20:4030:20:5020:60:2093（3）工作曲线及相关方程吸收带强度的测量