1、紅外基本原理1.定義定義紅外光譜又稱分子振動紅外光譜又稱分子振動-轉動光譜，屬轉動光譜，屬分子吸收光譜分子吸收光譜。樣品受到頻率連續變化的紅外光照射時，分子吸樣品受到頻率連續變化的紅外光照射時，分子吸收其中一些頻率的輻射，分子振動或轉動引起收其中一些頻率的輻射，分子振動或轉動引起偶偶極矩的凈變化極矩的凈變化，使振，使振-轉能級從基態躍遷到激發轉能級從基態躍遷到激發態，相應于這些區域的透射光強減弱，記錄百分態，相應于這些區域的透射光強減弱，記錄百分透過率透過率T%對波數或波長的曲線，即紅外光譜。對波數或波長的曲線，即紅外光譜。分子中基團的振動和轉動能級躍遷產生的吸收光譜。分子中基團的振動和轉動能

2、級躍遷產生的吸收光譜。紅外光譜也稱分子的振、轉動光譜。紅外光譜也稱分子的振、轉動光譜。分子振動吸收光譜分子振動吸收光譜分子轉動吸收光譜分子轉動吸收光譜)()(轉動振動轉動振動轉動振動分子/hchEEE 25250 0.05ev,0.0051.2525 1ev,0.05 轉動轉動振動振動EE作用：作用：有機化合物的結構解析的重要工具，根據有機化合物紅有機化合物的結構解析的重要工具，根據有機化合物紅外特征吸收頻率，確定化合物結構中基團；也可依據特外特征吸收頻率，確定化合物結構中基團；也可依據特征峰的強度變化進行定量分析。征峰的強度變化進行定量分析。 近紅外光譜區：近紅外光譜區：v低能電子能級躍遷低

3、能電子能級躍遷v含氫原子團：含氫原子團：-OH、 -NH、-CH伸縮振動的伸縮振動的倍頻吸收峰倍頻吸收峰v稀土及過渡金屬離子稀土及過渡金屬離子配位化學的研究對象配位化學的研究對象v適用于水、醇、高分適用于水、醇、高分子化合物、含氫原子子化合物、含氫原子團化合物的定量分析團化合物的定量分析 紅外吸收光譜法：紅外吸收光譜法：分子的振動、轉動分子的振動、轉動基頻吸收光譜區基頻吸收光譜區 應用最為廣泛的應用最為廣泛的紅外光譜區紅外光譜區遠紅外光譜區：遠紅外光譜區：v 氣體分子的轉動能級躍遷氣體分子的轉動能級躍遷v 液體與固體中重原子的伸液體與固體中重原子的伸縮振動縮振動v 晶體的晶格振動晶體的晶格振動

4、v 某些變角振動、骨架振動某些變角振動、骨架振動-異構體的研究異構體的研究v 金屬有機化合物、氫鍵、金屬有機化合物、氫鍵、吸附現象研究吸附現象研究該光區能量弱該光區能量弱,較少用于分析較少用于分析 2. 紅外光譜的區的劃分（紅外光譜的區的劃分（0.751000 m）3. 3. 產生紅外吸收的條件產生紅外吸收的條件 分子吸收輻射產生振轉躍遷必須滿足兩個條件：分子吸收輻射產生振轉躍遷必須滿足兩個條件：條件一：條件一：輻射光子的能量應與振動躍遷所需能量相等。輻射光子的能量應與振動躍遷所需能量相等。 根據量子力學原理，分子振動能量根據量子力學原理，分子振動能量E振振 是量子化的，是量子化的， 即即 E

5、振振=（V+1/2）h 為分子振動頻率，為分子振動頻率，V V為振動量子數，其值取為振動量子數，其值取 0 0，1 1，2 2， 分子中不同振動能級差為分子中不同振動能級差為 E振振= Vh 也就是說，吸收光子的能量（也就是說，吸收光子的能量（h a ）要與該能量差）要與該能量差相等，即相等，即 a= V 時，才可能發生振轉躍遷。時，才可能發生振轉躍遷。例如當例如當分子從基態（分子從基態（V=0）躍遷到第一激發態（）躍遷到第一激發態（V=1），此），此時時 V=1，即，即 a= 條件二：條件二：輻射與物質之間必須有耦合作用輻射與物質之間必須有耦合作用（一）伸縮振動伸縮振動 對稱伸縮振動和反稱伸

6、縮振動對稱伸縮振動和反稱伸縮振動 型分子2AX型分子3AX型分子2AX型分子3AX128502cmsCH129252cmasCH128703cmsCH129603cmasCH（二）彎曲振動（變形振動，變角振動二）彎曲振動（變形振動，變角振動）： 1面內彎曲振動面內彎曲振動：1）剪式振動剪式振動： 2）面內搖擺面內搖擺：型分子2AX型分子2AX12014652cmCH4)(720212nCHcmnCH2面外彎曲面外彎曲：1 1）面外搖擺）面外搖擺： 2）蜷曲蜷曲：一個：一個X X原子在面上，一個原子在面上，一個X X原子在面下的原子在面下的 振動振動 型分子2AX型分子2AX113002cmCH

7、112502cmCH3變形振動： 1）對稱的變形振動對稱的變形振動s s：三個：三個AXAX鍵與軸線的夾角同時鍵與軸線的夾角同時 變大變大 2）不對稱的變形振動不對稱的變形振動asas：三個：三個AXAX鍵與軸線的夾角不鍵與軸線的夾角不 同時變大或減小同時變大或減小型分子3AX型分子3AX113753cmsCH114503cmasCH紅外光譜儀紅外光譜儀 紅外光譜儀紅外光譜儀 目前有兩類紅外光譜儀目前有兩類紅外光譜儀:色散型和干涉型色散型和干涉型3.64.6 2. 吸收池吸收池 紅外吸收池使用可透過紅外的材料制成窗片；不同的樣品狀紅外吸收池使用可透過紅外的材料制成窗片；不同的樣品狀態（固、液、

8、氣態）使用不同的樣品池，固態樣品可與晶體混態（固、液、氣態）使用不同的樣品池，固態樣品可與晶體混合壓片制成。合壓片制成。材材 料料 透透光光范圍范圍/ m 注注 意意 事事 項項 NaCl 0.2-25 易易潮潮解解、濕度濕度低低于于 40% KBr 0.25-40 易易潮潮解解、濕度濕度低低于于 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） m, 4000400 cm-1橡膠墊橡膠墊窗片窗片前后框架前后框架汞劑化鉛間隔片汞劑化鉛間隔片樣樣品品進、進、出出口口前

9、后框架前后框架窗片窗片橡膠墊橡膠墊汞劑化鉛間隔片汞劑化鉛間隔片窗片窗片3. 單色器單色器 由色散元件、準直鏡和狹縫構成。其中可用幾個光柵來增加由色散元件、準直鏡和狹縫構成。其中可用幾個光柵來增加波數范圍，狹縫寬度應可調。波數范圍，狹縫寬度應可調。 狹縫越窄，分辨率越高，但光源到達檢測器的能量輸出減少，狹縫越窄，分辨率越高，但光源到達檢測器的能量輸出減少，這在紅外光譜分析中尤為突出。為減少長波部分能量損失，改這在紅外光譜分析中尤為突出。為減少長波部分能量損失，改善檢測器響應，通常采取善檢測器響應，通常采取程序增減狹縫寬度程序增減狹縫寬度的辦法，即隨輻射的辦法，即隨輻射能量降低，狹縫寬度自動增加，

10、保持到達檢測器的輻射能量的能量降低，狹縫寬度自動增加，保持到達檢測器的輻射能量的恒定。恒定。4 4檢測器檢測器 (1) 高真空熱電偶高真空熱電偶 用兩種不同溫差電動勢的金屬制成熱容用兩種不同溫差電動勢的金屬制成熱容量很小的結點，裝在涂黑的接收面上量很小的結點，裝在涂黑的接收面上(0.20.42mm) ；接受面吸收紅外輻射后引起結點的溫度上接受面吸收紅外輻射后引起結點的溫度上升，溫差電動勢同溫度的上升成正比，對電動升，溫差電動勢同溫度的上升成正比，對電動勢的測量就相當于對輻射強度的測量；勢的測量就相當于對輻射強度的測量；為了提高靈敏度，熱電偶密封在酚為了提高靈敏度，熱電偶密封在酚10-5mm H

11、g的真空容器內；的真空容器內；熱電偶的時間常數大，熱電偶的時間常數大，0.05sec，不適合于快速掃描的過程。，不適合于快速掃描的過程。+-熱輻射熱輻射電極電極前前置置放放大大器器反面鍍金反面鍍金正面鍍鉻正面鍍鉻半透明半透明中間中間單晶單晶紅外檢測器紅外檢測器 原理原理 構成構成 特點特點 熱電偶熱電偶 溫 差 熱 電溫 差 熱 電效應效應 涂黑金箔（接受面）連接金屬（熱接涂黑金箔（接受面）連接金屬（熱接點）與導線（冷接端）形成溫差。點）與導線（冷接端）形成溫差。 光光譜譜響響應應寬寬且且一一致致性性好好、靈敏靈敏度度高高、受受熱熱噪噪音音影響影響大大 測熱輻射計測熱輻射計 電橋平衡電橋平衡

12、涂黑金箔（接受面）作為惠斯頓電橋涂黑金箔（接受面）作為惠斯頓電橋的一臂，當接受面溫度改變，電阻改的一臂，當接受面溫度改變，電阻改變，電橋輸出信號。變，電橋輸出信號。 穩定穩定、中中等等靈敏度靈敏度、較較寬寬線線性性范圍范圍、受受熱熱噪噪音音影響影響大大 熱釋電檢測熱釋電檢測器器（TGS） 半 導 體半 導 體 熱熱電效應電效應 硫酸三甘酞（硫酸三甘酞（TGS）單晶片受熱，溫）單晶片受熱，溫度上升，其表面電荷減少，度上升，其表面電荷減少，即即 TGS釋放了部分電荷，該電荷經放大并記釋放了部分電荷，該電荷經放大并記錄。錄。 響應極快，可進行高速響應極快，可進行高速掃描（中紅外區只需掃描（中紅外區只需1s） 。適于） 。適于 FT-IR。 碲鎘汞檢測碲鎘汞檢測器器（MCT） 光電導；光電導； 光伏光伏效應效應 混合物混合物 Hg1-xCdxTe 對光的響應對光的響應 靈敏度高、響應快、可靈敏度高、響應快、可進行高速掃描。進行高速掃描。 幾種紅外檢測器幾種紅外檢測器二、傅里葉變換紅外吸收光譜儀簡介單色光單色光單色光單色光二色光二色光多色光多色光三、非色散型紅外吸收光譜儀對試樣的要求對試樣的要求1）試樣應為）試