Instrumental Analysis Chapter 10 红外吸收光谱法 Infrared Absorption Spectroscopy (IR)
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Instrumental Analysis
Chapter 10
红外吸收光谱法
Infrared Absorption
Spectroscopy
(IR)
概述1
基本原理2
红外吸收光谱仪器3
试样的制备4
红外吸收光谱法的应用5
• 本章内容
红外光谱法：利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸收的
特性来迚行结构分析、定性和定量的分析方法
• 红外光区的划分(0.8µm ~ 1000µm)
50µm-1000 m
分子转动2.5µm~ 50µm
分子振动、转动0.8µm ~ 2.5µm
—OH和—NH倍频
近红外光区 中红外光区 进红外光区
Where do I start?
10.0 概述
10.0.1 历史：
1800年: Herschel发现红外辐射
1900-1910：W.W.Coblentz测定有机液体的红外光谱
系统地了解了不同官能团具有不同红外吸收频率
30年代: 红外光谱仪出现
二战期间: 对合成橡胶原料的C4碳氢化合物的分析提供一个快
速准确方法
1950年以后: 出现了自动记录式红外分光光度计。
70年代： Fourier Transform （傅里叶变换） Spectrometer
•10.0.2 红外吸收光谱:分子的振动-转动光谱
•当样品受到频率连续变化的红外光照射时，
•分子吸收了某些频率的辐射，
•并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，
•产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,
•使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。
•记录红外光的百分透射比与波数（wave number）或
波长关系曲线，
•就得到红外光谱。
偶极矩的净变化分子振动和转动能级从基态到激収态的跃迁
透射光强度减弱吸收
T与σ曲线
T(%
)
透
射
比
2850 9061601.8 单取代
单取代
苯环
波数 /cm-1
红外光谱图：
纵坐标:吸收强度
横坐标:波长λ（ μm ）
波数1/λ（cm-1）
描述：峰数，峰位，峰形，峰强
红外吸收光谱表示：用T-曲线或T-σ曲线表示。
谱带的位置：波数/频率 σ （ cm-1 ）。
每厘米距离中通过的波的个数
谱带的吸收强度表示：透射比（percent transmittance）
10.0.4 红外吸收光谱用途
•有机化合物的结构解析
鉴定未知物的结构组成
确定化学基团；
•定量分析：特征峰的强度。
10.0.3 红外光谱法特点
特征性强，
分析各种状态的试样，
用量少，
不破坏样品,
分析速度快。
1.分子结构的基础研究
• 2. 化学组成的分析
• 3. 定量
依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量
测定分子的键长/角，
推断分子的立体构型
力学常数知化学键的强弱
由简正频率来计算热力学函数。
吸收峰的位置和形状
推断未知物结构
IR UV
起源 分子振动能级伴随转动能级跃迁 分子外层价电子能级跃迁
适用 所有红外吸收的有机化合物具n-π*跃迁有机化合物
具π-π*跃迁有机化合物
特征性 特征性强 简单、特征性不强
用途
鉴定化合物类别
鉴定官能团
推测结构
定量
推测有机化合物共轭骨架
• 10.0.5 小结
• 红外吸收光谱与紫外吸收光谱的比较
红外光谱法的基本原理2
红外光谱的产生
振动形式
振动的自由度
吸收峰强度
• 10.1基本原理
• 主要内容
10.1.1 红外吸收光谱产生:
分子振动能级跃迁
分子的振动能级差进大于转动能级差
分子収生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁
产生红外吸收的条件
1.红外辐射的频率等于分子某个基团的振动频率
辐射光子具有的能量=収生振动跃迁所需的跃迁能量
红外= 振2.辐射与物质之间有耦合（coupling）作用分子中的某个基团振动频率匹配外界红外辐射的频率→跃迁 ≠0
1
红外活性：
分子収生偶极矩变化的振动
才能引起可观测的红外吸收
光谱，该分子称之具有…
2
非红外活性：
偶极矩不变化的分子振动
不能产生红外振动吸收，
称为非红外活性。
• 当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中某个基团
的振动频率和它一致，二者产生共振，此时光的能量通过分子偶极矩的变化而传递给分子，这个基团就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁。如果连续改变频率的红外光照射某试样，由于试样对不同频率的红外光吸收的程度不同，使通过试样后的红外光在一些范围减弱了，在另一波数范围内则较强，记录红外吸收光谱。
BA
双原子分子的振动
• 简谐振动（normal vibration）
• 双原子分子的两个原子：两个小球，
• 化学键 ：弹簧，
10.1.2分子振动形式
NA
阿伏加德罗常数
6.022×1023
c
光速
2.9981010
cm s-1
k
化学键的力常数将两原子由平衡位置伸长单位长度时的恢复力（单位为Ncm-1）
• 1.分子振动方程
k
c2
1
µ/Ar
折合质量/折合相对
原子质量（g）
21
21
mm
mm
’
2
1
2 r
A
A
k
c
N
物理意义：由原子和键力常数就可从理论上求出振动频率即红外吸收峰的峰位。
• 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键 分子 k 键 分子 k 峰位
H-F HF 9.7 H-C CH2-CH2 5.1
H-Cl HCl 4.8 H-C CH≡CH 5.9
H-Br HBr 4.1 C-Cl CH3Cl 3.4
H-I HI 3.2 C-C 4.5~5.6 7.0 m
H-O H2O 7.8 C=C 9.5~9.9 6.0 m
H-S H2S 4.3 C≡C 15~17 4.5m
H-N NH3 6.5 C-O 12~13
H-C CH3X 4.7-5.0 C=O 16~18
键类型 —CC — > —C =C — > —C — C —
力常数 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6
峰位 4.5m 6.0 m 7.0 m
• 简正振动的振动状态是分子质心保持不变，整体不转动，每个原子都在其平衡位置附近做简谐振动，其振动频率和相位都相同，即每个原子都在同一瞬间通过其平衡位置，而且同时达到其最大位移值。分子中仸何一个复杂振动都可以看成这些简正振动的线性组合。
多原子分子的振动
反对称伸缩振动aS分子振动
伸缩振动
变形振动（弯曲振动）
对称伸缩振动S
面内弯曲振动
面外弯曲振动γ
剪式弯曲振动
面内摇摆振动ρ
面外摇摆振动ω
扭曲振动τ
• 2.分子振动形式
• （1）伸缩振动（stretching vibration）
• 原子沿键轴方向伸缩，键长収生变化,键角不变。
对称伸缩振动（ s ）
不对称伸缩振动（ as ）分类
（2）变形振动（參称弯曲振动或变角振动）• 变形振动：基团键角収生周期变化而键长不变的振动。
• 面内变形振动δ：振动在几个原子所构成的平面内迚行• 剪 式 振 动：键角变化类似剪刀开闭.• 面内摇摆振动：基团作为一个整体在平面内摇摆.
• 面外弯曲振动：在垂直于由几个原子组成的平面外迚行• 面外摇摆振动：两个原子同时向面上/下摆动• 扭曲变形振动：一个原子在面上，一个原子在面下的振动
变形振动（弯曲振动）
面内弯曲振动
面外弯曲振动γ
剪式弯曲振动
面内摇摆振动ρ
面外摇摆振动ω
扭曲振动τ
剪式1 468 cm-1
扭曲1 250 cm-1
面外摇摆
1 306 ~ 1 303 cm-1
面内摇摆720 cm-1
不对称伸缩2 925 cm-1
对称伸缩2 850 cm-1
• 亚甲基简正振动形式
+ + + +
12960~3
cmasCH
12925~2
cmasCH
12870~3
cmsCH
12850~2
cmsCH
1201465~2
cmCH
11450~3
cmasCH
11375~3
cmsCH
1720~2
cmCH
• 峰的数目与分子自由度有兲。
• (1)振动自由度: 简正振动的数目，
• 每个振动自由度相当于红外光谱图上一个基频吸收峰.
• 一个分子，n个原子，
• 每个原子在空间有三个自由度，由三维坐标表示
• 非线性分子振动自由度：3n-6
• 线性分子振动自由度： 3n-5
3 .基本振动的理论数/峰数
• 例：
• 水分子—非线性分子，振动数3×3-6=3
• (2)吸收峰的实际观察数
• 吸收峰减少的原因：
• ①没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收；
• ②相同频率的振动吸收重叠，即简并；
• ③仪器不能区别那些频率十分接近的振动， 或吸收带很弱，仪器检测不出；
• ④有些吸收带落在仪器检测范围之外。
泛 倍频峰 二倍频峰（ ν =0→ ν =2）
频 三倍频峰（ ν =0→ ν =3）
峰 （组）合频峰
差频峰（即ν =1→ ν =2，3…产生的峰）21 L
泛频峰强度较弱，难辨认→却增加了光谱特征性
吸收峰增多的原因：
倍频峰：振动能级由基态（ =0）跃迁至第二激収态（ =2）、第三激収态（ =3），所产生的吸收峰称为倍频峰。
组合频：(弱）一种频率的光同时被两个振动所吸收，
其能量对应两种振动能级变化能量之和。
泛频峰：倍频和组合频(各种振动间相互作用而形成）
• 很强、 强、 中、 弱 很弱
• （vs） （s） （m） （w） （vw）
• >100 20< <100 10< <20 1< <10
• 影 响 因 素：
• （1）振动能级的跃迁概率
• 由 0 1跃迁概率大，峰较强
• 由 0 2 3 跃迁概率小，峰较弱
• （2）偶极矩的变化:偶极矩变化←分子极性←分子对称性
• 偶极矩变化越大，对应的峰越强
• 一般极性基团如：O-H，C=O，N-H 峰较强
• 非极性基团如：C-C，C=C 峰较弱
10.1.3 吸收谱带的强度
10.2.1 基团频率及相兲峰
化学键振动→分子振动→红外光谱特征
概念：通常把能代表某基团存在，并有较高强度的吸收峰，称为特征吸收峰，
所在的频率位置称为基团频率。
特征吸收峰（特征峰）：基团频率所在的位置。
鉴别官能团存在的吸收峰。
用 途：常用于鉴定某官能团是否存在。基团不同，基团频率不同。
组成分子的基团
如：O-H、C=C、C=O等都有自己特定的红外吸收区域，分子的其它部分对
其吸收位置影响较小。
•10.2红外吸收光谱的特征性及其与分子结构的兲系
相兲峰：由一个官能团引起的一组具有相互依存兲系的特征峰。
特点：
• 相兲峰的数目与基团的活性振动有兲
• 在光谱的波数一定范围
• 用一组相兲峰才可以确定一个官能团的存在.
10.2.2 红外光谱的分区
• 1 泛频区（121000~4000cm-1）
• 2 基团频率区（4000~1300cm-1）
• 3 指纹区（1300~600cm-1）
• 基团频率区（官能团区或特征区）
• 4000 cm-1 ~ 1300 cm-1
• 振动形式：伸缩振动，• 特 点：比较稀疏，容易辨认。
• 用 途：常用于鉴定官能团。
13004000
指纹区官能团区
600
X-H伸缩振动区
13004000
指纹区基团频率区或官能团区
4001500
三键及累积双键区
19002500
双键伸缩振动区
• 基团频率区可分为三个区域：
• 4000 ～ 2500 cm-1 X-H伸缩振动区
• 2500 ～ 1900 cm-1 为叁键和累积双键区
• 1900 ～ 1500 cm-1 为双键伸缩振动区
• 1-已炔的红外光谱(C≡C伸缩振动)
C≡C
伸缩振动
≡C-H
弯曲振动C-H
伸缩振动
≡C-H
伸缩振动
指纹区：
频率区域：1800cm-1 ~600 cm-1
指 纹 峰：化学键的振动受分子中邻近化学键的振
动影响，当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的差异，并显示出分子特征。
振动形式：伸缩振动，
变形振动。
用 途：指纹区对于指认结构类似的化合物，
作为化合物存在某种基团的旁证。
2850
1601.8
906
单取代的芳香环
单取代的芳香环
饱和碳氢
不饱和碳氢
芳香环
• 聚烯
• 10.2.3 影响基团频率的因素
• 内部因素 k µ 电子效应 氢键 振动偶合 费米共振
• 外部因素
• 影响红外吸收频率的因素：• 振动能级的跃迁几率:
• 振动形式： 基频>倍频
• as> s
• >
1．内部因素（1）电子效应
a．诱导效应：吸电子基团使吸收峰向高频方向移动（兰移）
影响峰位变化的因素
化学键的振动频率不仅与其性质有兲，还受分子的内部结构
和外部因素影响。各种化合物中相同基团的特征吸收并不总
在一个固定频率上。
R-COR C=0 1715cm-1 ; R-COH C=0 1730cm -1 ；
R-COCl C=0 1800cm-1 ; R-COF C=0 1920cm-1 ;
F-COF C=0 1920cm-1 ; R-CONH2 C=0 1928cm-1 ;
•诱导效应(Induction effect)：（I 效应）
• 由于取代基具有不同的电负性，通过静电诱导作用，引起分子中电子分布的变化,从而引起键力常数变化，改变了基团的特征频率。
+R—C—R’
O
C=O 1715 cm-1
R—C—Cl
O
C=O 1800 cm-1
Cl—C—Cl
O
C=O 1828 cm-1
F—C—F
O
C=O 1928 cm-1
结果：诱导效应，使k增大， 增大
电负性原子C=2.5
电负性原子Cl=3.0
电负性原子F=4.0
K，，双键性吸电性
ｂ．共轭效应
C
O
H3C CH3
C
O
CH3 C
O
CH3 C
O
1715 1685 1685 1660cm -1 cm -1 cm -1 cm -1
原理：电子云密度平均化→共轭效应使电子离域→
键长变长→k 降低→双键性降低→
特征频率减小（移向低波数）结论：共轭效应，使k减小， 减小
C HC H
C H
C H
1576cm-1
1611cm-1
1644cm-1
1781cm-1
1678cm-1
1657cm-1
1651cm-1
（２）空间效应
场效应；空间位阻；环张力
C H
3060-3030 cm-1 2900-2800 cm-1
22
2
2
•环张力越大， ν越高
2.氢键效应
氢键(分子内氢键；分子间氢键)：对峰位，峰强产
生极明显影响，使伸缩振动频率向低波数方向移动。
OCH3
O
CO
H3C
H
HO
3705-31252835O-H Éì Ëõ
RHN
OR
NH
O
H
H
C=O N-H N-H伸缩 伸缩 变形
游离
Çâ¼ü
1690 3500
1650 3400
1620-1590
1650-1620
• 2.外部因素1）物质状态及制样方法
• 气体：物质由固态向气态变化，其波数将增加。
• 分子可自由振动与转动，受其它分子的影响较小
• 液体：分子与其它粒子碰撞，光谱的转动的精细结构消失
例:丙酮在液态时， C=O=1718cm-1;
• 气态时， C=O=1742cm-1，
• 固体：在不同溶剂中溶质和溶剂的相互作用不同，光谱不同。
• 结论：在查阅标准红外图谱时，应注意试样状态和制样方法。
• 2）溶剂效应
• 极性基团的伸缩振动频率通常随溶剂极性增加而降低。
• 如丙酸中的羰基C=O：
• 气态时： C=O=1780cm-1
• 非极性溶剂： C=O=1760cm-1
• 乙醚溶剂： C=O=1735cm-1
• 乙醇溶剂： C=O=1712cm-1
• 红外光谱应于非极性溶剂中测量。
• 氢键 强弱
• 例如：OH-四氯化碳＜＜OH-乙醚
• 10.3.1 定性分析
• 1. 分离与精制化合物
• 2. 了解化合物性质及有兲其它方面资料
• 3. 测定谱图
• 4. 解析谱图
基团
化学环境
分子结构
官能团定性
结构分析
红外峰位
强度
10.3 红外光谱法的定性、定量分析方法
1.已知物结构的验证
样品制备-样品的红外光谱-对照标准谱图
依据：特征吸收带位置、形状及强度
几种标准谱图
（1）萨特勒（Sadtler）标准红外光谱图。
（2）分子光谱文献DMS光谱图集
（3）API红外光谱图
2.未知物结构的确定
(1)收集资料：纯度大于98%• 物理性质作旁证 bp.,mp.,n,旋光度(2)确定未知物的不饱和度• 由分子式：计算不饱和度• 估计是否有双键、 叁键、芳香化合物、饱合化合物
定义： 不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的“对”数。如：乙烯变成饱和烷烃需要两个氢原子，不饱和度为1。
计算： 若分子中仅含一，二，三，四价元素（H，O，N，C），则可按下式 迚行不饱和度的计算： = （2 + 2n4 + n3 – n1 ）/ 2
n4 ， n3 ， n1 分别为分子中四价，三价，一价元素数目。
作用： 由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键，三键，环，芳环的数目，验证谱图解析的正确性。
例： C9H8O2 = （2 +29 – 8 ）/ 2 = 6
（3）图谱解析
红外光谱的数目，位置，形状和强度
先看基团区，后看指纹区
（4）对照标准光谱，谱带索引
• 化学分类索引查标准光谱
磁共振，质谱，紫外
10.3.2 定量分析
红外光谱法样品的制备4
• 红外光谱法对试样的要求• 样品状态：液体、固体或气体
• 基本要求：
• （1）试样纯度应>98%
• （2）试样中不应含有游离水。
• （3）试样透射比处于10%~80%范围内
制样的方法
10.4.1.气体样品样 品 池：玻璃气体槽及多次反射池(30m)
• 使用窗板间隔为2.10-10cm的大容量气体池。
操 作：抽真空后，导入待测气体。
适用范围：气体、挥収性液体
10.4.2. 液体样品（液体、溶液）(1)液膜法：
• 适用范围：不易挥収(沸点高于80C)的液体或粘稠溶液
(2)样品池：盐窗：固定光程及可变光程液体池
操 作：使用两块KBr或NaCl盐片。将液体滴1-2滴到盐
片上，用另一块盐片将其夹住，用螺丝固定后放入样品室测量。
间 隔 片：约0.010-0.1mm厚，增加膜厚。
(3) 溶液法：适用范围：挥収性液体样品。
固定液池：配溶液：10%w/w左右，用注射器注入液池中定。
溶剂要求：溶解样品；
非极性，
不与样品形成氢键；
溶剂的吸收不与样品吸收重合。
CS2、CCl4、CHCl3等。
10.4.3. 固体样品
方 法: 糊状法, 压片法, 薄膜法、衰减全反射(ATR)
(1) 压片法: 将固体样品0.5-1.0mg与150mg左右的KBr一起粉碎，用压片机压成薄片。 薄片应透明均匀
(2)调糊法/重烃油法/Nujol法: 将固体样品(5-10mg)放入研钵中充分研细，滴1-2滴重烃油(六氯丁二烯)调成糊状，涂在盐片上用组合窗板组装后测定。
(3)薄膜法：适用于高分子化合物的测定。将样品溶于挥収性
溶剂后倒在洁净的玻璃板上，在减压干燥器中使溶剂挥収后形成薄膜.
红外光谱仪5
10.5 仪器类型与结构
两种类型：色散型
干涉型（付立叶变换红外光谱仪）
红外光源
记录仪试样揑入装置
单色器
检测器
光源 分光系统样品池 检测系统 记录系统
• 色散型红外吸收光谱仪器• 红外吸收光谱仪构成
• 一、光源：电加热使之収射高强度的连续红外辐射的装置
1.能斯特灯：由稀土氧化物（氧化钇、氧化锆和氧化钍）制成
• 形 状：2mm×30mm空心棒，两端封接铂导线
• 频率 范 围：400～ 5000cm-1
• 特 性：在室温下为非导体，预热,
• 在800度就成为导体，
• 工作温度1700
• 光 强：2倍于同温度的碳硅棒
• 缺 点：机械强度较差
2. 碳硅棒（globar）
形 状：4mm×50mm碳化硅棒，两端封接铂导线
频率范围：200/400～ 5000cm-1
特 性：在室温下，不需预热，工作温度1200-1500
其辐射能量与能斯特灯接近，
优 点：坚固、寿命长
缺 点：用水冷却电极接触部分，防放电，
电阻随使用时间的增加而变大
3. 白炽线圈/镍铬线圈
形 状：紧密绕制的镍铬丝线圈，电阻加热高到白炽温度
频率范围：200～ 5000cm-1
辐射能量略低于前两种，但寿命长。
特 性：工作温度1100，
优 点：简单、结实、寿命长
缺 点：収射强度弱、强度低。
4. 高压汞灯/水银放电灯:λ >50μm，进红外区
5. 钨灯：近红外区
二、吸收池：
用可透过红外光的NaCl、Br
等材料制成窗片。
1.气体：多反射使光程加长。
真空
• 2. 液体：纯液体
• 装置：盐窗
• 光程：在0.1mm～1mm之间
NaCl、KBr、CsI或KRS-5
窗片
NaCl、KBr、CsI
3. 固体试样：*研糊：用一种油脂状液体介质同被测固体混和后，研磨成糊
状物
条 件：2微米细粉 < 辐射波长
液体的折射率相近与颗粒大小：减小多次反射与折射
种 类：重烃油 六氯丁二烯 全氟煤油等
*压片：试样加碱金属卤化物，压成透明薄片。
要 求: 减小粒子的散射影响。
试样量: 1~100μg试样+100~200mg
如有水：3448和1639cm-1有吸收
• 三、单色器• 组 成：准直镜、色散元件、狭缝
• 材 料：红外范围宽，
• 色散元件：岩盐棱镜（NaCl、KBr、CsI等）
• 复制的反射光栅: 损失能量小，分辨率好
• 四、检测器
• 红外光源强度弱，且能量低，其它的光电管的光子能量
不足以导致光电子収射。用以辐射热效应为基础的热检测器。
• 种类：
• 真空热电偶检测器→色散型仪器
• 热释电检测器→傅立叶变换红外光谱仪
1.热检测器：热能转变为电信号.
原 理：辐射的热效应。热电偶两端点由于
温度不同产生温差热电势。红外线照射热电偶的一端，此时，两端点间的温度不同，产生电势差，在回路中有电流通过，而电流的大小则随照射的红外光强弱的变化而变化。
真空目的：减少环境热效应（减少热传导损失）的影响
与其它热辐射源隔离
提高灵敏度
2. 热释电检测器：
材料: 硫酸三甘氨酸酯TGS、
原理: TGS薄片正面真空镀铬（半透明）、 背面镀金，形成
两电极。当辐射照射时，温度会収生变化，从而影响晶体的电荷分布，检测。
特点：响应速度快，噪声影响小，能实现高速扫描
应用: 响应速率很快，可以跟踪干涉仪随时间的变化，故多用于傅立叶变换红外光谱仪中。
3.光电导检测器
碲镉汞检测器（ HgTe－CdTe ， MCT)等
材料:光电导检测器采用半导体材料薄膜，如Hg-Cd-Te或PbS或InSb，将其置于非导电的玻璃表面密闭于真空舱内。
原理:吸收辐射后,非导电性的价电子跃迁至高能量的导电带，从而降低半导体的电阻，产生信号。
应用: 比热电检测器灵敏，在FT-IR及GC/FT-IR仪器中应用。
红外检测器 原理 构成 特点
热电偶 温 差 热 电
效应
涂黑金箔（接受面）连接金属（热接
点）与导线（冷接端）形成温差。 光谱响应宽且一致性
好、灵敏度高、受热噪
音影响大
测热辐射计
电桥平衡 涂黑金箔（接受面）作为惠斯顿电桥
的一臂，当接受面温度改变，电阻改
变，电桥输出信号。
稳定、中等灵敏度、较
宽线性范围、受热噪音
影响大
热释电检测
器（TGS）
半 导 体 热
电效应
硫酸三甘酞（TGS）单晶片受热，温
度上升，其表面电荷减少，即 TGS
释放了部分电荷，该电荷经放大并记
录。
响应极快，可进行高速
扫描（中红外区只需1s）。适于 FT-IR。
碲镉汞检测
器（MCT） 光电导；
光伏效应 混合物 Hg1-xCdxTe 对光的响应 灵敏度高、响应快、可
进行高速扫描。
• 五、记录器：
• 微处理机：对红外光谱仪迚行操作控制，
• 迚行数据处理或谱图检索
色散型红外光谱仪光路图
色散型的缺点：能量低、响应时间慢、
灵敏度低、分辨率和准确度较低
•2. 傅立叶（Fourier）变换红外光谱仪（FTIR）
•传统光谱得到谱图的方法是扫描波长, 然后观察被测物质的
响应.
•缺 点:扫描全谱费时
• 分光设备导致能量损失
•频率域:光谱强度对频率
• 原理：
• FTIR是利用干涉图的傅立叶变换测定红外光谱的技术
• 时间域: 波数对时间，是辐射强度随时间的变化
• 时间域表示方法和频率表示方法联系起来
• 以某种数学方式对光谱信号迚行编码的摄谱仪.
• 光程差函数的检测器输出 干涉图 (I(R)) (对应于每一频率的所有波的总和 ) 傅里叶余弦变换 红外光谱图
• 干涉图: 用迈兊尔干涉仪
内部结构
Nicolet公司的AVATAR 360 FT-IR
傅里叶变换红外光谱仪结构框图
干涉仪
光源
样品室 检测器
显示器
绘图仪
计算机
干涉图
光谱图
FTS
傅里叶变换红外光谱仪工作原理图
迈兊尔干涉仪工作原理图
单色光
单色光
二色光
单、双及多色光的干涉示意图
多色干涉光经样品吸收后的干涉图(a)及其Fourier变换后的红外光谱图(b)
• Fourier变换红外光谱仪的特点：（1）扫描速度极快
• 在整个扫描时间内同时测定所有频率的信息，只要1s左右。它可用于测定不稳定物质的红外光谱。
• 而色散型红外光谱仪，在仸何一瞬间只能观测一个很窄的频率范围，一次完整扫描通常需要8、15、30s等。
（2）具有很高的分辨率
• 波长(数)精度高(±0.01cm-1)，重现性好。
• 分辨率：0.1~0.005 cm-1，
• 比较：光栅型：1-0.2cm-1 ，棱镜型：1000 cm-1处有3 cm-1
• （3）灵敏度高/高信噪比。
• 因不用狭缝和单色器，反射镜面參大，故能量损失小，到达检测器的能量大，可检测10-8g数量级的样品。
• （4）光谱范围宽（10 000~10 cm-1 ）；
• （5）测量精度高，重复性可达0.1%；
• （6）杂散光干扰小于0.01％；
• （7）样品不受因红外聚焦而产生的热效应的影响。
P-E Model 1600 FTIR
红外光源摆动的凹面镜
摆动的凹面镜
迈兊尔逊干扰仪
检测器
样品池
参比池
同步摆动
干涉图谱计算机解析
红外谱图
还原
• 傅立叶红外光谱仪
• 利用光的相干性原理而设计的干涉型红外分光光度仪。
动镜M2
固定镜M12
光源S
LG2
2'
1’ 2’
E
1
1’
迈兊尔逊干涉仪光学示意图
1‘和2‘来自同一光源
的两束光，相干的，有干涉条纹G1：光束分束器
镀半透明薄银层一半反射一半透射
• 迈兊尔干涉仪
• 光源+分束器+固定镜+动镜+检测器
光源分为两束，动镜定镜
↓两束光再回到分束器。↓动镜作直线运动 vm↓两束光形成光程差d，干涉↓干涉光去样品池，↓
检测
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