近红外光谱技术原理谢克英27课件

主讲：谢克英

近红外光谱技术原理

—1—概述一基本原理二IR与分子结构的关系三

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红外光谱概述一1.红外光谱区域的划分2.红外分光光度法定义3.红外光谱与有机化合物结构

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近红外光谱技术原理红外光谱区域的划分

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近红外光谱技术原理红外光谱区域的划分200nm 400nm 780nm 1000mm近紫外可见红外0.78mm2.5mm50mm1000mm中红外区远红外区近红外区

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近红外光谱技术原理红外光谱区域的划分红外波段的划分波段波长(

m)波数(cm-1)对应能级近红外0.75-

2.513000-

4000弱电子跃迁中红外2.5-

504000-

200分子振动远红外50-

1000200-

10分子转动

常用2.5-

254000-

400分子振动、转动

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近红外光谱技术原理红外分光光度法定义红外分光光度法：利用物质的分子对红外辐射的吸收，并由其振动或转动引起分子偶极矩的变化，产生分子的振动能级和转动能级从基态到激发态的跃迁，所产生的吸收光谱。又称分子振动-转动光谱。傅里叶红外光谱仪

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近红外光谱技术原理红外光谱与有机化合物结构红外光谱图：纵坐标为吸收强度，横坐标为波长λ（

m）和波数1/λ

（cm-1）应用：有机化合物的结构解析。定性：基团的特征吸收频率；定量：特征峰的强度。可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。

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红外光谱基本原理二1.红外光谱产生条件2.红外光谱产生的基本原理3.分子中基团的基本振动形式4.红外吸收频率类型

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近红外光谱技术原理红外光谱产生条件1.辐射能量与振动跃迁所需的能量相等

2.产生偶极矩的变化

A:对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2等B:非对称分子：有偶极矩，红外活性。如HCL、H2O等Δµ

≠0偶极子在交变电场

中的作用示意图

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近红外光谱技术原理红外光谱产生的基本原理分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱红外辐射振-转能级跃迁红外光谱官能团分子结构

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近红外光谱技术原理红外光谱产生的基本原理1、分子振动和振动光谱（1）红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生（2）分子的振动能级差远大于转动能级差（3）分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁谐振子振动示意图谐振子振动示意图

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近红外光谱技术原理红外光谱产生的基本原理2.振动光谱双原子分子的振动类似于连接两个小球的弹簧双原子分子A-B近似看作谐振子两原子间的伸缩振动近似看作简谐振动谐振子振动示意图

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近红外光谱技术原理分子中基团的基本振动形式1．两类基本振动形式伸缩振动亚甲基：变形振动亚甲基:

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近红外光谱技术原理分子中基团的基本振动形式甲基伸缩振动：甲基变形振动:

对称不对称δs(CH3)1380㎝-1

δas(CH3)1460㎝-1对称不对称υs(CH3)

υas(CH3)2870㎝-1

2960㎝-12.甲基的振动形式

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近红外光谱技术原理红外吸收频率类型1.基频

0→1振动能级的跃迁v

0→1

，跃迁几率最大，吸收峰的强度最强。一般特征峰都是基频吸收。2.倍频（又称泛频）

0→2、3、4….振动能级的跃迁v

0→2、v

0→3

、v

0→4

，所产生的吸收峰。振动的非谐性，则能级间隔非等距，故倍频不是基频波数的整数倍，而是略小些。

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近红外光谱技术原理红外吸收频率类型3.振动的组频：

两种振动能级跃迁之和

v

1n1→n2+v

2n1→n2

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IR与分子结构的关系三1.红外吸收峰强度2.红外吸收峰强度的影响因素3.特征区和指纹区4.红外光谱区域的划分

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近红外光谱技术原理红外吸收峰强度

红外光谱吸收峰强度划分摩尔吸光系数峰强度ε~200非常强(vs)75<ε<200强(s)25<ε<75中强(m)5<ε<25弱(w)0<ε<5极弱(vw)

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近红外光谱技术原理红外吸收峰强度的影响因素1.振动能级的跃迁几率基频＞倍频，因此基频的吸收峰强度比倍频强。2.振动能级跃迁时，偶极矩的变化吸收峰强度：反对称伸缩振动>对称伸缩振动>变形振动

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近红外光谱技术原理特征区和指纹区官能团区

4000~1300cm-1X-H伸缩振动区

4000~2500cm-1三键和积累双键区

2500~1900cm-1双键伸缩振动区

1900~1300cm-1指纹区1300~400cm-1C-X(X：O、N、F、P、S)、P-O、Si-O伸缩振动区

1300~900cm-1-CH2平面摇摆、苯环取代、-C-H面外变形振动区

900~400cm-1

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近红外光谱技术原理红外光谱区域的划分

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近红外光谱技术原理红外光谱区域的划分

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近红外光谱技术原理红外光谱区域的划分

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近红外光谱技术原理红外光谱区域的划分

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近红外光谱技术原理红外光谱区域的划分

乙醇在四氯化碳中不同浓度的IR图0.01M0.1M0.25M1.0M3515cm-13640cm-13350cm-12950cm-1