第五章 红 外 吸 收 光 谱 法
Infrared Absorption Spectrometry
5.1 基本原理分子的 振动 —转动光谱 。 研究在振动中伴有 偶极距 变化的化合物 （ 无偶极距变化的为拉曼光谱 ） 。
偶极距,两个电荷中,一个电荷的电量与这两个电荷间的距离的乘积 。 分子中的正负电荷排列不对称,就会引起电性不对称 。 使分子的一部分有较显著的阳性,另一部分有较显著的阴性 。 通常用偶极距描述分子极性的大小 。
5.1 基本原理
5.1.1 双原子分子的振动
（ 简谐振动近似处理 ）
谐振子振动和非谐振子振动
5.1.2 多原子分子的振动 （ 简正振动 ）
伸缩振动?s,原子沿着价键方向来回运动，
键长变，键角不变。
面内变形振动变形振动 键长不变，键角变面外变形振动剪式振动?s
平面摇摆振动?
非平面摇摆?+ +
扭曲振动? - +
5.1 基本原理
5.1.3 基本振动的理论数理论上,一个振动自由度产生一个基频吸收带 。
实际上,红外谱峰数小于理论值 。
原因：
A.无偶极距变化的无红外吸收
B.相同频率的吸收重叠即简并
C.仪器的检测能力和范围限制
5.1 基本原理
5.1.4 基团频率和特征吸收峰组成分子的各种基团,有特定的红外吸收频率和吸收峰 。
官能团区,4000-1300 cm-1 伸缩振动指纹区,1300-600 cm-1单键伸缩,变形振动未知物结构不饱和度的计算,
= 1 + N4 + (N3 – N1) / 2
即：环＋双键数
N1,N3,N4分别为一、三、四价原子数
5.2 基本原理光源 狭缝 样品池 单色仪 检测器 读出
5.2.1 光源类型 制作材料 工作温度 特 点
N ern st
灯
Z r,T h,Y
氧化 物
1700
o
C
高波数区 （ > 10 00 cm
- 1
） 有更 强 的 发 射 ； 稳定性好；
机械强度差； 但 价格较高 。
硅碳棒
S iC
1200 - 1500
o
C
低波数区 光 强 较 大 ； 波 数范围 更 广 ；
坚固、发光面积大 。
5.2 基本原理
5.2.2 单色器光栅
5.2.3 检测器：高真空热电偶测热辐射计高莱池气胀式检测器光电导检测器（ FT）
5.2 基本原理以光栅为分光元件的红外光谱仪不足之处,
1） 需采用狭缝,光能量受到限制；
2） 扫描速度慢,不适于动态分析及和其它仪器的联用；
3） 不适于过强或过弱的吸收信号的分析 。
5.3 傅立叶变换红外光谱仪干涉器,迈克尔逊干涉仪由光源发出的两束光，经过不同路程后再聚到一点上，发生 干涉 。当两束光的光程差为
/2的偶数倍时，相干光相互叠加，产生 明线,
其相干光强有最大值。
相反，当两束光的光程差为?/2的奇数倍时，
相干光相互抵消，产生 暗线,相干光强有最小值。
干涉强度对光程差 S或时间 T的函数图称干涉图。
5.3 傅立叶变换红外光谱仪干涉图得到的时间域（光程差）的信息，
可以反映频率域的问题。
实际上干涉仪并没有把光按频率分开，而只是将各种频率的光信号经 干涉作用 调制为 干涉图函数,再由计算机进行富里叶逆变换计算出原来的光谱。
5.3 傅立叶变换红外光谱仪迈克尔逊干涉仪的工作原理,
动镜在动，使所有波长的光都有相加强和相消弱的机会。 动镜的一次来回，就得到所有频率的一次信息，这同光栅的一次扫描全过程得到的信息是一样的。 由于样品吸收了其中某些频率的能量，使得干涉图的强度发生变化。
通过富里叶数学变换而不是通过逐点测量而得到连续光谱。
5.3 傅立叶变换红外光谱仪红外光源 摆动的凹面镜 摆动的凹面镜迈克尔逊 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
M1
BS
I II
M2
D 仪器组成
5.4 定性分析在官能团区搜寻官能团的特征伸缩振动，根据,指纹区,的吸收情况，进一步确认 。
5.5 实验技术
A.样品的制备气体 气槽 液体 液膜（选择溶剂）
固体 压片（ KBr）
B,注意防潮在红外灯下准备样品
5.6 应用举例
A.石油烃的指纹鉴定
B.有害气体的红外线分析仪测定碳氧化物、硫化物等
3145
C-H
14602225
C=H
1603
1512
C-H
760 640
单取代
C7H5N
5.6 应用举例
3350
-OH
2960
C-H
1452
CH 1380偕二甲基 1065
一级醇?C-O
C4H10O
Infrared Absorption Spectrometry
5.1 基本原理分子的 振动 —转动光谱 。 研究在振动中伴有 偶极距 变化的化合物 （ 无偶极距变化的为拉曼光谱 ） 。
偶极距,两个电荷中,一个电荷的电量与这两个电荷间的距离的乘积 。 分子中的正负电荷排列不对称,就会引起电性不对称 。 使分子的一部分有较显著的阳性,另一部分有较显著的阴性 。 通常用偶极距描述分子极性的大小 。
5.1 基本原理
5.1.1 双原子分子的振动
（ 简谐振动近似处理 ）
谐振子振动和非谐振子振动
5.1.2 多原子分子的振动 （ 简正振动 ）
伸缩振动?s,原子沿着价键方向来回运动，
键长变，键角不变。
面内变形振动变形振动 键长不变，键角变面外变形振动剪式振动?s
平面摇摆振动?
非平面摇摆?+ +
扭曲振动? - +
5.1 基本原理
5.1.3 基本振动的理论数理论上,一个振动自由度产生一个基频吸收带 。
实际上,红外谱峰数小于理论值 。
原因：
A.无偶极距变化的无红外吸收
B.相同频率的吸收重叠即简并
C.仪器的检测能力和范围限制
5.1 基本原理
5.1.4 基团频率和特征吸收峰组成分子的各种基团,有特定的红外吸收频率和吸收峰 。
官能团区,4000-1300 cm-1 伸缩振动指纹区,1300-600 cm-1单键伸缩,变形振动未知物结构不饱和度的计算,
= 1 + N4 + (N3 – N1) / 2
即：环＋双键数
N1,N3,N4分别为一、三、四价原子数
5.2 基本原理光源 狭缝 样品池 单色仪 检测器 读出
5.2.1 光源类型 制作材料 工作温度 特 点
N ern st
灯
Z r,T h,Y
氧化 物
1700
o
C
高波数区 （ > 10 00 cm
- 1
） 有更 强 的 发 射 ； 稳定性好；
机械强度差； 但 价格较高 。
硅碳棒
S iC
1200 - 1500
o
C
低波数区 光 强 较 大 ； 波 数范围 更 广 ；
坚固、发光面积大 。
5.2 基本原理
5.2.2 单色器光栅
5.2.3 检测器：高真空热电偶测热辐射计高莱池气胀式检测器光电导检测器（ FT）
5.2 基本原理以光栅为分光元件的红外光谱仪不足之处,
1） 需采用狭缝,光能量受到限制；
2） 扫描速度慢,不适于动态分析及和其它仪器的联用；
3） 不适于过强或过弱的吸收信号的分析 。
5.3 傅立叶变换红外光谱仪干涉器,迈克尔逊干涉仪由光源发出的两束光，经过不同路程后再聚到一点上，发生 干涉 。当两束光的光程差为
/2的偶数倍时，相干光相互叠加，产生 明线,
其相干光强有最大值。
相反，当两束光的光程差为?/2的奇数倍时，
相干光相互抵消，产生 暗线,相干光强有最小值。
干涉强度对光程差 S或时间 T的函数图称干涉图。
5.3 傅立叶变换红外光谱仪干涉图得到的时间域（光程差）的信息，
可以反映频率域的问题。
实际上干涉仪并没有把光按频率分开，而只是将各种频率的光信号经 干涉作用 调制为 干涉图函数,再由计算机进行富里叶逆变换计算出原来的光谱。
5.3 傅立叶变换红外光谱仪迈克尔逊干涉仪的工作原理,
动镜在动，使所有波长的光都有相加强和相消弱的机会。 动镜的一次来回，就得到所有频率的一次信息，这同光栅的一次扫描全过程得到的信息是一样的。 由于样品吸收了其中某些频率的能量，使得干涉图的强度发生变化。
通过富里叶数学变换而不是通过逐点测量而得到连续光谱。
5.3 傅立叶变换红外光谱仪红外光源 摆动的凹面镜 摆动的凹面镜迈克尔逊 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
M1
BS
I II
M2
D 仪器组成
5.4 定性分析在官能团区搜寻官能团的特征伸缩振动，根据,指纹区,的吸收情况，进一步确认 。
5.5 实验技术
A.样品的制备气体 气槽 液体 液膜（选择溶剂）
固体 压片（ KBr）
B,注意防潮在红外灯下准备样品
5.6 应用举例
A.石油烃的指纹鉴定
B.有害气体的红外线分析仪测定碳氧化物、硫化物等
3145
C-H
14602225
C=H
1603
1512
C-H
760 640
单取代
C7H5N
5.6 应用举例
3350
-OH
2960
C-H
1452
CH 1380偕二甲基 1065
一级醇?C-O
C4H10O
