红外吸收光谱分析Y.ppt

1、主要内容是41基本原理42红外分光仪43红外分光分析法44红外分光法的特征和应用，另一方面，红外分光产生的分子的振动能大于旋转能，一旦发生振动能级的迁移，必然伴随着旋转能级的迁移，因此无法测量纯振动光谱，分子的红外吸收光谱是分子吸收光谱。 41基本原理，二，产生红外吸收的条件，一.辐射光子具有的能量等于产生振动迁移所需的迁移能量，二.辐射和物质之间具有耦合作用(能量传递条件)的对称分子：没有偶极矩，辐射不产生共振，没有红外活性。 例如N2、O2、Cl2等。 非对称分子：有偶极矩，有红外活性。 三、红外光区的划分和应用，红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约为0.75 1000m，习惯于根

2、据仪器技术和应用将红外光分成近红外光区(0.75 2.5m )、中红外光区(2.5 25m )三个区的中红外光谱仪最成熟通常，中红外光谱法也简称为红外光谱法。范围、近红外、中红外、远红外、波长范围(/m )、频率范围(/cm-1 )、发生机理、测定类型、分析类型、试样类型，在频率连续变化红外光照射到试样上的情况下，如果记录红外光的透过率与频率或波长的关系曲线，则能够得到红外吸收光谱四、吸收带强度、红外吸收图像、42红外分光器目前主要有分散型红外分光器、Fourier (傅里叶)变换红外分光器和非分散型分光器两种红外分光器。 分散型红外分光器的构成部件与紫外可见分光光度修正相似，但部件的结构、使

3、用的材料、性能不同。 红外分光器的样品放在光源和单色仪之间；紫外可见分光光度校正放在单色仪的后面。 一、分散型红外分光器、分散型红外分光器主要用于定性分析。SD-500型光栅单色仪、WDS-3型组合型多功能光栅分光器、分散型红外分光光度校正、分散型红外分光光度校正的组成，1 .光源1 )红外分光器中使用的光源通常为惰性固体，通过该电加热放射高强度的连续红外放射。 2 )工作温度约为1700，该高温下通过电来发射红外线。 但是，由于室温下为非导体，所以在动作前必须预热。 2 .吸收单元用玻璃、石英等材料不能透过红外光，所以红外吸收单元用能透过红外光的NaCl、KBr、CsI、KRS-5(TlI

4、58%、TlBr42% )等材料制作窗片，注意防湿。 固体试料经常与纯KBr混合压片，然后直接测定。 单色仪的单色仪由分散元件、准直器和狭缝构成。 分散元件中常用的复制闪耀光栅。 闪耀光栅有二次光谱的干扰，所以有必要组合使用滤波器和棱镜来分离光栅和二次光谱。 4 .检测器常用的红外线检测器有高真空热电偶、热电检测器和碲镉汞检测器。 1 )高真空热电偶利用由不同导体构成电路时的温差电气现象，将温差转换为电位差。 2 )热电检测器将硫酸三糖苷肽的单晶片用作检测元件。 硫酸三糖肽(TGS )是一种强电介质，在一定温度以下，可发生较大的极化反应，其极化强度与温度有关，温度上升，极化强度下降。 将TGS

5、板的表面真空交给铬(半透明)，背面镀金形成两电极。红外线放射光照射到薄片上，引起温度上升，TGS极化率变化，表面电荷减少，相当于“放出”一部分电荷，被放大，变换为电压或者电流方式进行测定。 3 )碲镉汞检测器(MCT检测器)是通过混合宽频带的半导体碲化镉和半金属化合物碲化汞而形成的，其组成为Hg1-xCdx Te，x0.2，通过改变x值，能够得到测定频带不同灵敏度的各种MCT检测器。 5 .读取记录系统、二、傅立叶变换红外分光器Fourier变换红外分光器没有分散元件，主要由光源(硅碳棒、高压水银灯)、迈克尔逊干涉校正、检测器、计算机和记录校正构成。 核心部分是迈克尔逊干涉修正，把来自光源的信

6、号以干涉图的形式传送给计算机进行Fourier变换数学处理，最后把干涉图画在光谱图上。 与色散型红外光度修正的主要区别是干涉修正和电子修正计算机两种。 IRPrestige-21型傅立叶变换红外分光器，干涉图包含光源的全频率和与其频率对应的强度信息，因此，如果将具有红外吸收的样本放置在干涉校正的光路中，则样本能够吸收特征频率的能量，所得干涉图的强度曲线与之对应包括各频率的强度信息的干涉图利用数学Fourier变换技术来校正各频率的光强，并获得吸收强度、透射率和频率发生变化的正常光谱图。 1 . Fourier变换红外光谱仪的工作原理，仪器中的迈克尔逊干涉校正的作用是将来自光源的光分成两束光束，

7、然后以不同的光路差重新组合，产生干涉现象。 如果两个光的光路差为/2的偶数倍，则落入检测器的相干光相互重叠而产生明线，其相干光强度具有极大值，相反，在为/2的奇数倍的情况下，相干光相互抵消，产生暗线，具有极小的值。 由于多色光的干涉图等于所有单色光干涉图的相加，因此中心极大，可得到向两侧急速衰减的对称干涉图。 (1)非常快的扫描速度的Fourier转换器是在全扫描时间内同时测量全频率的信息，并且一般地，该转换器可以是大约1s。 因此，它可以用来测量不稳定物质的红外光谱。 分散型红外分光器在任何瞬间都只能观测到狭窄的频率范围，一次全扫描通常需要8、15、30s等。 (2)具有高分辨率的普通福勒变

8、换红外分光器的分辨率达到0.10.005 cm-1，一般棱镜型的机器分辨率在1000 cm-1中有3 cm-1，光栅型红外分光器的分辨率也只有0.2cm-1。 (3)灵敏度高的Fourier变换红外分光器不使用狭缝和单色器，由于反射镜面大，所以能量损失小，到达检测器的能量大，可以检测10-8g级的样品。 另外，光谱范围宽(100010 cm-1 )； 测量精度高，重现性为0.1%； 杂散光干涉小的样品不受红外焦点热效应的影响，特别适用于与气相色谱的在线化和化学反应机理的研究等。 2 . Fourier变换红外光谱仪的特征：不同结构化合物的红外光谱具有与其结构特征相对应的特征。 由于红外光谱带的

9、数量、位置、形状和吸收强度随化合物结构和位置的不同而不同，因此可以利用红外光谱与有机化合物官能团或其结构的关系对有机化合物进行定性分析。 (1)如果两个光谱的各吸收峰的位置和形状完全相同，峰的相对强度相同，则样品被认为是该标准物。 (2)如果2片光谱不同或峰位不一致，则表示两者不是同一化合物或样品中有杂质。 43红外光谱分析方法，一，定性分析，1，已知物的鉴定，1 )试样的光谱和标准的光谱对照：2 )用校正计算机光谱检索和类似度判别。 3 )注意试样的物质状态、结晶状态、溶剂、测定条件以及使用的机器类型与标准光谱相同。2、测量未知物的结构、测量未知物的结构是红外光谱定性分析的重要用途。 如果未

10、知的不是新化合物，可以使用标准光谱检查标准光谱的光谱索引，找到与样品光谱吸收带相同的标准光谱。 2 )进行光谱分析，判断试料的可能结构，从化学分类索引中找出标准光谱进行对照验证。 3 .若干标准光谱图1 )萨特勒(Sadtler )标准红外光谱图2)Aldrich红外光谱图库3)Sigma Fourier红外光谱图库在红外光谱上的波段较多、选择馀地较大、单个二、定量分析、红外光谱定量分析通过特征吸收带强度的测定求出成分含量。 其理论依据是朗伯比耳定律。 该方法不限于样品状态，可以定量测量气体、液体、固体样品。 因此，红外光谱的定量分析得到了广泛应用。 但是，定量灵敏度低，不适合微量成分的测定。

11、 2 )基线法将带两翼透过率的最大点作为光谱吸收的切线，设该光谱线的基线，分析波数中的垂线和基线的交点，将距最高吸收顶点的距离作为峰高，吸光度A=lg(I0/I )。 1 .选择吸收带的原则1 )被检物质的特征吸收带。 例如在分析酸、酯、醛、酮时，必须选择与C=O基的振动有关的特征吸收带。 2 )选择的吸收带的吸收强度与被测定物质的浓度有直线关系。 3 )选择的吸收带需要较大的吸收系数，周围尽量不干扰其他吸收带的存在。 1 )一点法该方法不考虑背景吸收，由光谱直接分析光谱的纵坐标的透过率，由式lg1/T=A修正吸光度。 实际上，这种背景很少可以忽略，所以基线法被广泛使用。 测定一系列标准样品的

12、吸光度，制作标准曲线，通过测定样品的吸光度，从标准曲线中找出对应的浓度。 该方法适合测定溶液样品，测定时标准样品和样品使用相同的液体池，测定条件也完全相同，选择适当的内标物，其吸收峰与样品的吸收峰不重叠。 将一定量的内标物混入样品中，测定样品的吸收值a样品和内标物的吸收值。 R=A样品/A样品=K C样品/C样品通常是纯粹的被测定物质和内标物质以一定的比例混合测定，计算得到的k值，可以求出试样中的被测定物的含量。 1 )标准曲线法，2 )内标法，3，定量分析方法，可以用标准曲线法，内标法，解联立方程式等方法进行定量分析。 在采用薄膜涂膜、液膜或KBr压片等试样制备时，难以控制试样的厚度(即透射

13、光路)，此时最好采用内标法。 也可以将纯被测物质和内标物质以不同的比例混合得到一系列不同的c样品/C标准的标准样品，测定后制作c样品/C标准r的工作曲线，求出样品中的被测物的含量。 三、试样的处理和配制，1、气体玻璃气槽：1 )两端贴有红外透光性的NaCl或KBr窗片。 2 )将储气罐抽真空后注入试料。 2、液体：1 )液膜法难挥发性液体(bp80C )，吸收强的液体可以制备稀溶液直接滴入两片盐片之间形成液膜，3 )薄膜法主要是在高分子化合物的测定中直接加热熔融后，涂布或压制成膜。 或者溶解在低沸点容易挥发的溶剂中，涂布在盐片中，等待溶剂挥发后的成膜测定，1 )糊法(液体残奥翅法)是将干燥的试样细化，与流动残奥翅和全氟烃混合，制成糊状，夹在盐片中进行测定。 3 .固体：2 ) kbr压片法13mg的样品和300mg的纯KBr研磨，放入模具中，在(510)x107Pa的压力下用冲压机冲压在透明板上即可。 试料和KBr都干燥，磨至粒度不足2m，为了不受散射光的影响，沸点低、挥发性大的试料，注入封闭液体池的液层厚度一般为0.011mm。2 )溶液法液池：44红外光谱法的特点和应用，1.IR光谱分析的特点，可用于不稳定物质的测定，1 .快速、2 .灵敏度高，可检测10-8g级样品。 除光学异构体、某高分子量的高分子化合物、分子量仅有微小差异的化合物以外，结构不同的两种化合物不一定具有