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1、红外基础概念第1页，此课件共21页哦红外光谱与FTIR基本概念红外基本概念红外基本概念 红外光谱本质属性红外光谱本质属性 红外活性红外活性 基本公式基本公式 谱区的划分谱区的划分 红外光谱出峰规律红外光谱出峰规律理解理解FTIR FTIR仪器原理仪器原理 基本概念的理解基本概念的理解 红外光谱的获得红外光谱的获得 FTIR工作流程工作流程第2页，此课件共21页哦分子运动类别 分子运动的能量由平动能、转动能、振动能和电分子运动的能量由平动能、转动能、振动能和电子能四部分组成。分子运动服从量子力学规律。分子运子能四部分组成。分子运动服从量子力学规律。分子运动的能量动的能量 E E 可以表示为：可以
2、表示为：E=EE=E平平 E E转转转转 E E E E振振振振 E E电电 分子的平移运动可以连续变化，不是量子化的。分子的平移运动可以连续变化，不是量子化的。分子的分子的转动、振动和电子运动都是量子化的转动、振动和电子运动都是量子化的转动、振动和电子运动都是量子化的转动、振动和电子运动都是量子化的。第3页，此课件共21页哦红外光谱是分子振动转动光谱分子所有运动都会产生红外光谱？分子所有运动都会产生红外光谱？红外光是热辐射红外光是热辐射.分子的振动和转动能量在红外谱区。分子的振动和转动能量在红外谱区。第4页，此课件共21页哦分子振动运动分类 基团的振动模式分为两大类，即伸缩振动和弯基团的振动
3、模式分为两大类，即伸缩振动和弯曲振动。曲振动。第5页，此课件共21页哦分子运动与红外谱图对应关系第6页，此课件共21页哦红外活性一切分子的振动和转动均有对应的红外光谱？一切分子的振动和转动均有对应的红外光谱？双原子分子？单原子分子？金属？双原子分子？单原子分子？金属？O=C=OO=C=O（理论理论3*3-5=43*3-5=4）偶极矩发生变化的振动偶极矩发生变化的振动红外活性红外活性红外活性红外活性同理，对多原子分子而言，并非所有的振动都有红外吸收同理，对多原子分子而言，并非所有的振动都有红外吸收分子对称运动没有红外吸收分子对称运动没有红外吸收第7页，此课件共21页哦基本公式(cm(cm-1-1
4、)10104 4/(m)/(m)T=I/IT=I/I0 0 （I I0 0 入射光强度入射光强度 I I透射光强度）透射光强度）A=log(IA=log(I0 0/I)=-logT=/I)=-logT=CL （吸光系数吸光系数 C C 样品浓度样品浓度 L L 吸收池厚度）吸收池厚度）（朗伯（朗伯-比尔定律比尔定律 红外光谱定量基红外光谱定量基红外光谱定量基红外光谱定量基础础础础）第8页，此课件共21页哦红外光谱的表示A=-logT=A=-logT=K KCLCLT=I/IT=I/I0 0坐坐标标的的物物理理意意义义第9页，此课件共21页哦谱区的划分波段波段光谱范围光谱范围属性属性应用范围应用
5、范围近红外区近红外区13,3304000cm-1(0.752.5m)倍频吸收区倍频吸收区含羟基，胺基化合含羟基，胺基化合物及络合物分析物及络合物分析中红外区中红外区4000400cm-1(2.525m)(40001300cm-1)(1300400cm-1)官能团吸收区官能团吸收区指纹吸收区指纹吸收区官能团鉴别，定性，官能团鉴别，定性，定量分析定量分析化合物精细结构鉴化合物精细结构鉴别，定量分析别，定量分析远红外区远红外区65010 cm-1(251000m)分子转动吸收区分子转动吸收区无机物，金属有机无机物，金属有机化合物，催化剂，化合物，催化剂，吸附剂吸附剂第10页，此课件共21页哦基团频率
6、 不同分子中相同基团的某种振动模式，如果振不同分子中相同基团的某种振动模式，如果振动动频率基本相同频率基本相同，总是出现在某一，总是出现在某一范围较窄范围较窄范围较窄范围较窄的频率区间，的频率区间，有相当有相当强的红外吸收强的红外吸收强的红外吸收强的红外吸收强度，且与其它振动频率强度，且与其它振动频率分得开分得开分得开分得开，这种振动频率称为基团频率。这种振动频率称为基团频率。基团频率受分子中其余部分影响较小，具有基团频率受分子中其余部分影响较小，具有 特征特征性性，可用于鉴定该基团的存在。，可用于鉴定该基团的存在。大多数特征基团频率出现在大多数特征基团频率出现在400040001330133
7、0cmcm-1-1之间。之间。第11页，此课件共21页哦指纹频率 1330 1330400400cmcm-1-1区间称为指纹区。区间称为指纹区。指纹区出现的频率有基团频率和指纹频率。指纹区出现的频率有基团频率和指纹频率。指纹频率不是某个基团的振动频率，而是指纹频率不是某个基团的振动频率，而是整个分子或分子的整个分子或分子的整个分子或分子的整个分子或分子的一部分振动产生一部分振动产生一部分振动产生一部分振动产生的。分子结构的微小变化会引起指纹频率的变化。的。分子结构的微小变化会引起指纹频率的变化。指纹频率没有特征性，但指纹频率没有特征性，但对特定分子是特征的对特定分子是特征的对特定分子是特征的对
8、特定分子是特征的。不能企图将全部指纹频率进行指认不能企图将全部指纹频率进行指认不能企图将全部指纹频率进行指认不能企图将全部指纹频率进行指认。第12页，此课件共21页哦常见基团特征频率第13页，此课件共21页哦红外出峰规律四区划分40002200cm-1 端端端端H HH H结构结构结构结构2500 2000cm-1 叁键、连双键叁键、连双键叁键、连双键叁键、连双键1600 1600 400cm400cm-1-1 单键单键单键单键1800 1500cm-1 双键双键双键双键第14页，此课件共21页哦红外光谱解析步骤应先算出分子的应先算出分子的不饱和度不饱和度不饱和度不饱和度。确定分子所含基团及化
9、学键的类型，判断化合物的种类。确定分子所含基团及化学键的类型，判断化合物的种类。40001333cm-1范围为范围为官能团官能团官能团官能团区，可以区，可以判断化合物的种判断化合物的种类类。根据样品来源信息，种类等情况，结合谱库检索和标准根据样品来源信息，种类等情况，结合谱库检索和标准样品谱图的对比特别是进行指纹区的比较，样品谱图的对比特别是进行指纹区的比较，确定样品的归确定样品的归确定样品的归确定样品的归属属属属。1333650cm-1范围为指纹区，反映整个分子结构范围为指纹区，反映整个分子结构的特点。的特点。三个要素三个要素三个要素三个要素：峰位、形状、相对比例：峰位、形状、相对比例第15
10、页，此课件共21页哦理解FT变换1.FTIR光路图光路图2.重要概念重要概念(FT变换变换,干涉图干涉图,单通道光谱单通道光谱)3.红外光谱的获得红外光谱的获得4.FTIR工作流程工作流程第16页，此课件共21页哦FTIR光路图 从从光光源源（如如：SiC 棒棒）发发出出的的红红外外光光照照射射到到干干涉涉仪仪。经经过过干干涉以后光通过样品腔，然后聚焦在检测器。涉以后光通过样品腔，然后聚焦在检测器。TENSOR 27光谱仪的光路图光谱仪的光路图第17页，此课件共21页哦几个基本概念的理解干涉图：干涉图是所有波长的干涉干涉图：干涉图是所有波长的干涉条纹的连续求和。条纹的连续求和。表征光强随光程差
11、表征光强随光程差表征光强随光程差表征光强随光程差的变化。的变化。的变化。的变化。FT变换：变换：数学运算方法数学运算方法数学运算方法数学运算方法。通过傅里叶数。通过傅里叶数学变换（学变换（FT）把干涉图转变成单通道把干涉图转变成单通道光谱图。光谱图。单通道光谱：单通道光谱：各频率对应的光强各频率对应的光强各频率对应的光强各频率对应的光强，是是光源输出，分束器特性，检测器响光源输出，分束器特性，检测器响应等的所有仪器部件的综合结果应等的所有仪器部件的综合结果（也反映了空气中水气和（也反映了空气中水气和CO2的吸的吸收）。收）。检测器信号离散傅里叶变换（离散傅里叶变换（DFT）公式：公式：S(k.
12、)=I(n x)exp(i2k n/N)第18页，此课件共21页哦红外光谱的获得FT变变换换T()=S()/R()第19页，此课件共21页哦FTIR工作流程IR光源光源干涉仪干涉仪样品样品检测器检测器光频率和光频率和吸收红外光吸收红外光干涉光干涉光干涉图干涉图FT变换变换单通单通道图道图强度变化强度变化透过图透过图T()=S()/R()第20页，此课件共21页哦FTIR检测范围的变换FTIR检检检检测测测测范范范范围围围围的的的的变变变变换换换换是是是是通通通通过过过过不不不不同同同同光光光光源源源源、分分分分束束束束器器器器和和和和检检检检测测测测器器器器的的的的组组组组合实现的。合实现的。合实现的。合实现的。FTIR光源光源分束器分束器检测检测器器MIRGlobarKBrCsI ZnSeDTGSMCTNIRTungstenCaF Quartz NIRInGaAs DiodeGe-DiodePbSFIRHg-arcMylar 25 MicronMylar 50 Micron Mylar 125 MicronDTGS/PESilicon Bolometer第21页，此课件共21页哦