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第十章红外吸收光谱分析(IR)§10－1红外吸收光谱分析概述红外吸收光谱法又称分子振动转动光谱。它是利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸收特性来进行结构分析、定性和定量分析的一种分析方法。一、红外光区的划分在可见光区和微波光区之间，波长范围约为0.78～1000μm。近红外光区0.78-2.5μmOH、NH及CH键的倍频合频吸收区中红外光区2.5-25μm分子中基团振动、分子转动远红外光区25-300μm分子转动、晶格振动红外光谱一般是指中红外光谱。二、红外光谱的表示方法当一束具有连续波长的红外光通过物质时，其中某些波长的光就要被物质吸收。当物质分子中某个基团的振动频率和红外光的频率一样时，二者发生共振，分子吸收能量，由原来的基态振动能级跃迁到能量较高的振动能级，将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来，就得到红外光谱图。红外光谱的表示方法：红外光谱以T~或T~来表示，下图为苯酚的红外光谱。T(%))//(10/41~mcm注意换算公式：苯衍生物的红外光谱图1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低；2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；3）分子结构更为精细的表征：通过IR谱的波数位置、波峰数目及强度确定分子基团、分子结构；4）定量分析；5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；6）分析速度快。7）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。三、红外光谱的特点§10－2红外吸收光谱产生的条件红外光谱是由于分子振动能级的跃迁产生的（同时伴随转动能级跃迁）。1.辐射应具有刚好能满足物质跃迁时所需的能量。E辐射＝ΔE振动2.分子在振动、转动过程中必须有偶极矩的净变化，Δμ‡0（红外吸收主要限于正负电荷中心不重叠的，不对称的极性分子。）§10－8红外光谱的应用1.定性分析1.定性分析（1）已知物的签定将试样谱图与标准谱图对照或与相关文献上的谱图对照（2）未知物结构分析如化合物不是新物质，可将其红外谱图与标准谱图对（查对）如果化合物为新物质，则须进行光谱解析，其步骤为：1）该化合物的信息收集：试样来源、熔点、沸点、折光率、旋光率等；2）不饱和度的计算：通过元素分析得到该化合物的分子式，并求出其不饱和度过.2nnn1134=0时，分子是饱和的，分子为链状烷烃或其不含双键的衍生物；=1时，分子可能有一个双键或脂环；=3时，分子可能有两个双键或脂环；=4时，分子可能有一个苯环。一些杂原子如S、O不参加计算。3）查找基团频率，推测分子可能的基团；4）查找红外指纹区，进一步验证基团的相关峰；5）能过其它定性方法进一步确证：UV-Vis、MS、NMR、Raman等。§10－8红外光谱的应用2.定量分析：根据物质组分的吸收强度来进行分析。依据是朗伯－比尔定律。目前有两类红外光谱仪：色散型和傅立叶变换型（FourierTransfer,FT）一、色散型：与双光束UV-Vis仪器类似，但部件材料和顺序不同。调节T%或称基线调平器置于吸收池之后可避免杂散光的干扰§10－10红外光谱仪1.光源常用的红外光源有Nernst灯和硅碳棒。类型制作材料工作温度特点Nernst灯Zr,Th,Y氧化物1700oC高波数区（1000cm-1）有更强的发射；稳定性好；机械强度差；但价格较高。硅碳棒SiC1200-1500oC低波数区光强较大；波数范围更广；坚固、发光面积大。2.吸收池红外吸收池使用可透过红外的材料制成窗片；不同的样品状态（固、液、气态）使用不同的样品池，固态样品可与晶体混合压片制成。材料透光范围/m注意事项NaCl0.2-25易潮解、湿度低于40%KBr0.25-40易潮解、湿度低于35%CaF20.13-12不溶于水，用于水溶液CsBr0.2-55易潮解TlBr+TlI0.55-40微溶于水（有毒）3.单色器由色散元件、准直镜和狭缝构成。其中可用几个光栅来增加波数范围，狭缝宽度应可调。狭缝越窄，分辨率越高，但光源到达检测器的能量输出减少，这在红外光谱分析中尤为突出。为减少长波部分能量损失，改善检测器响应，通常采取程序增减狭缝宽度的办法，即随辐射能量降低，狭缝宽度自动增加，保持到达检测器的辐射能量的恒定。4.检测器及记录仪红外光能量低，因此常用热电偶、测热辐射计、热释电检测器和碲镉汞检测器等。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。几种红外检测器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联用；3）不适于过强或过弱的吸收信号的分析。二、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。仪器组成为：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M1BSIIIM2D单色光单色光二色光多色光单、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)