红外反射光谱原理实验技术及应用
高级物理化学实验讲义实验项目名称：红外反射光谱原理、实验技术及应用编写人：苏文悦编写日期：2011-7-7一、实验目的（宋体四号字）1、了解并掌握FTIR-ATR、FTIR-DRS和FTIR-RAS等红外光谱表面分析技术的原理、实验技术及应用2、比较分析FTIR-ATR、FTIR-DRS和FTIR-RAS等红外光谱技术各自适用的样品、同一样品不同红外光谱的谱带位置及形状。
二、实验原理衰减全反射（ATR）、漫反射（DRS）和反射吸收（RAS）都是傅里叶变换红外反射光谱，是FTIR常用的表面分析技术。
图1 入射角（θ）及折射率（n1,n2）对光在界面上行为的影响θc为临界角，sinθc=n2/n11全反射光谱原理、实验技术及应用全反射：光由光密（即光在此介质中的折射率大的）媒质射到光疏（即光在此介质中折射率小的）媒质的界面时，全部被反射回原媒质内的现象。
很多材料如交联聚合物、纤维、纺织品和涂层等，用一般透射法测量其红外光谱往往很困难，但使用FTIR及ATR技术却可以很方便地测绘其红外光谱。
（1）入射角与临界角在通常情况下，光透射样品时是从光疏介质的空气射向光密介质样品的，当垂直入射（入射角θ为0°）时，则全部透过界面；当θ≠0°时，如果两者的折射率相差不大，则光是以原方向透射的，但如折射率差别较大，则会产生折射现象。
当n2与n1有足够的差值(0.5以上)，且入射光从光密介质(n1)射向光疏介质(n 2 )，入射角θ 大于一定数值时，光线会产生全反射现象。
这个“一定数值”的角度称为临界角，也即当折射角φ 等于90°时的入射角θ称为临界角θc ，如图1，其中临界角θc 和折射率n 1和n 2有如下关系： sin θ=n 2/n 1显然，临界角的数值取决于样品折射率与全反射晶体的折射率之比，对同一种全反射晶体，不同材质的样品会有不同的临界角值，表1所列数值可看出这一关系。
表1在ATR 和MIR 方法中必须选用远大于临界角的入射角，即sin θ>n 2/n 1,以确保全反射的产生和所获光谱的质量，本实验运用单次衰减全反射ATR 附件，反射晶体是锗，入射角固定为45°，远大于临界角。
（2）衰减全反射衰减全反射(Attenuated Total Reflectance)缩写为ATR 。
当入射角大于临界角时，入射光在透入光疏介质(样品)一定深度后，会折回射入全反射晶体中。
进入样品的光，在样品有吸收的频率范围内光线会被样品吸收而强度衰减，在样品无吸收的频率范围内光线被全部反射。
因此对整个频率范围而言，由于样品的选择性吸收，使ATR 中的入射光能被部分衰减，除穿透深度dp 外，其衰减的程度与样品的吸收系数有关，还与多次内反射中的光接触样品的次数有关。
这种衰减程度在全反射光谱上就是它的吸收强度。
全反射光谱的强度及分布 ATR 光谱的强度取决于穿透深度dp 、反射次数和样品与棱镜的紧密贴合情况以及样品本身吸收的大小。
内反射次数则是设计装置时的一个参数，入射角Ө越小，对同样尺寸的全反射晶体，全反射的次数就越多，谱峰越增强。
在全反射过程中光线穿透入样品的深度dp 的表示公式如下：其中，dp ：是光透入样品的垂直深度，称穿透深度λl ：是光在内反射晶体材料中的波长，与入射光波长λ成正比λ1=λ/n 1 Ө：为入射角，n 21=n 2/n 1 ：是样品与全反射晶体的折射率之比2122121)(sin 2n dp -=θπλ由上式可知光线穿透入样品的深度dp 由入射角Ө，折射率比n 21和入射光波长λ决定。
对已选定ATR 附件（全反射晶体和Ө已选定）和样品而言，也就是在Ө 、n 21已选定的情况下，穿透深度dp 与入射光波长λ成正比，即dP ∝λ当仪器扫描样品时，不同波长的光就有不同值的穿透深度。
短波长的光(λ值小)，穿透深度dp 值就小，吸收就弱；而长波长的光(λ值大)，dp 值就大，吸收就强。
因此，全反射光谱的峰形和频率与透过光谱一致，但峰的强度分布与透过光谱有明显的差异，即高波数段峰的强度减弱，低波数处峰强度与透过光谱相似。
ATR 光谱吸收强度分布与透射光谱的区别，可通过OMNIC Process 菜单的Other Correction 选项中的“ATRCorrection ” 进行校正。
（3）ATR 附件的使用①ATR 要考虑的因素 为了获得一张合格的ATR 光谱，在实验时要考虑几个因素。
首先要求样品与棱镜晶体之间要有良好的光学接触。
为提高灵敏度，可以增加反射次数；ATR 晶体的种类。
常用的ATR 晶体的入射角有30，45，60等几种。
本实验运用单次衰减全反射ATR 附件（如图），反射晶体是锗，入射角固定为45°，远大于临界角②ATR 的应用 衰减全反射法由于操作简单，灵敏度高等优点，已在聚合物表面研究中得到广泛应用。
此外由于水的衰减系数很小，因而可用ATR 测量表面含水的样品，这是在各种红外光谱技术中最为独特的优点。
因为水在其它红外分析方法中都有十分强烈的吸收。
ATR 的缺点是在于要求样品与晶体有良好的光学贴合。
2、漫反射光谱原理、实验技术及应用对固体粉末样品，一般采用KBr 压片进行透射红外谱的测定。
但有些样品在制样过程中会出现晶体结构，表面性质的变化，还可能同K ，Br 发生离子交换；此外，有些高分子样品如橡胶、纤维等也难以在KBr 中分散均匀；有时虽可用溶液法来测量红外光谱，但难以找到合适的溶剂，而且溶液法也无法得出表面结构。
衰减全反射可用进行粉末样品的表面结构研究，但难以达到样品与晶体的良好的光学贴合。
红外漫反射(Dfffuse Reflectance)是近年来发展用于直接测定粉末样品的一种测谱方法。
单次反射ATR 附件 Ge 晶体，入射角45°pH ：1-14(1)原理和装置当光入射到疏松的固态样品表面时，除有一部分被样品表面立即反射出来(称为镜反射光)之外，其余的入射光在样品表面产生漫射，或在样品微粒之间辗转反射逐渐衰减，或为穿入内层后再折回的散射。
这些接触样品微粒表面后被漫射或散射出来的光具有吸收-衰减特性；这就是漫反射产生光谱的基本原因。
漫反射附件的作用就是最大限度地把这些漫、散射出来的光能收聚起来送入检测器，使得到具有良好信噪比的光谱信号。
(2)制样与测谱①参比光谱 漫反射光谱的强度不能直接测定，需要以一个在该区域内没有吸收峰的物质作为基准物，通常在红外区选用的是碱金属卤化物，如溴化钾或氢化钾粉末样品。
KBr 粉末需研磨到小于10μm 粒度，并经干燥处理。
粉末加在样品杯中，然后用平直的刀口把粉末面刮平，放入漫反射附件中。
②样品光谱 固体样品在研磨后可直接测量其漫反射光谱。
但纯样品的漫反射光谱的吸收通常太强，使谱峰无法识别(特别在低波数区域，由于光穿入较深，吸收更显饱和)。
如用溴化钾或氯化钾粉末稀释，有机样品浓度通常为10％左右，无机样品浓度通常为2-5％左右,即可得到清晰的图谱。
③漫反射制样的要求与压片法相似 固体粒度要求在10 μm 以下，如果粒度大，镜反射机会就多，漫散射光能就少，故吸收峰强度下降，峰形畸变。
所以样品磨碎的粒度仍是固体样品漫反射制样的重要操作环节。
④微量样品的漫反射制样 可以使用挥发性溶剂溶解微量样品后，滴加在平铺在样品杯中的溴化钾粉末上。
但应注意溶剂用量要少，以使样品尽可能留聚在溴化钾粉末的浅表层上。
测谱前应将溶剂除尽并刮平表面。
⑤漫反射光谱强度和峰形与粒子的大小有一定的关系。
在高波数与颗粒较小时，出现较强的反射，有机物样品粒径的不同还可能导致峰宽、强度的变化。
中红外漫反射附件及其光路图 样品插板，溴化钾粉末，碳化硅砂纸，硬的、软的粉末 有机或无机样品 漆片⑥漫反射光谱除受粒度影响外，还受颜色影响。
深色样品因强烈吸收入射光，故漫散射光能较少，致使谱图吸收峰模糊不清质量下降。
(3)定量关系由于漫反射法测得的光谱峰高(反射率R)或相应的“吸收度” Log(1/R)并不与浓度(c)呈线性关系。
如果将漫反射法测得的反射率R 转化为F (R ∞ ）（即 Kubelka-Munk 函数），就能得到峰高或面积与浓度C 呈线性关系的F (R ∞ ）光谱。
式中 F （R ∞ ）为Kubelka-Mlink 函数；R ∞：表示样品厚度大于光入射深度时的漫反射率；a ：为样品吸收系数；s ：为样品散射系数(与粒度有关)。
在一定的实验条件下a ，S 均为常数，如此，F （R ∞ ）与浓度c 之间就有线性关系。
从上述计算式还可以看出：Kubelka-Munk 光谱是一个与吸收系数相关的谱，谱形与吸收光谱相同。
（4）测定方法及应用测定样品的DRS 时，先收集溴化钾粉末的单光束漫反射光谱，再把样品与溴化钾相混，或把样品放置在溴化钾粉末之上，收集其单光束反射光谱，然后两者相除，再经Kubelka-Munk 方程转换便可得到样品浓度与光谱强度有线性关系的漫反射光谱。
DRS 光谱法适用于难溶、难熔的表面不规整、不透明样品的红外光谱研究，且对样品无需进行制备即可收集光谱。
可以将样品与KBr 粉末相混，也可将样品放置于样品池中的KBr 粉末之上3、反射吸收光谱（RAS ）原理、实验技术及应用红外光照射到涂有样品的金属片时，大部分光线被反射出来，称之为外反射或镜面反射。
收集并检测反射光的信号，从中减去金属本身的吸收，就可以得到涂在金属表面的样品的信号。
若光线的入射角在70-88°之间，则可测得被增强的光谱信号，这就是红外反射吸收光谱法（Reflection-Absorption Spectroscopy, RAS ）。
RAS 是表征金属表面吸附物、涂料结构以及研究金属表面化学反应的重要方法。
（1）光波在反射表面相干的直观分析s ac R R F R 303.22)1(2)(=-=∞∞∞当入射角在70-88°范围时，红外光在金属表面的入射光与反射光相位差接近于90°，此时反射光与入射光相干，叠加成一椭圆驻波，在垂直于金属表面方向，电场矢量显著增强。
因此如果金属表面涂层的分子是有序排列的，则垂直于表面的偶极矩的红外吸收将呈现明显的增强效应；而平行于表面的偶极矩的吸收则相对地被消弱了。
因此，RAS技术可以用来研究金属表面涂层分子的取向。
（2）反射吸收光谱法的装置及实验技术装置：一次反射装置，同漫反射附件；制样：浸渍挥发涂覆法（3）FTIR-RAS光谱特征及应用①FTIR-RAS的光谱特征透射谱中的谱带都能在RAS谱中找到相应的谱带，二者基本相似，只是RAS 谱中高波数部分的吸收峰相对于透射谱而言要强烈一些（与ATR内反射法相反）。
另外，由于光学畸变效应，导致某些谱带稍有位移。
红外光谱(最全-最详细明了)
1. 收集谱图数据
通过红外光谱仪获取样品的光 谱数据。
3. 峰识别与标记
识别谱图中的特征峰，并对其 进行标记。
5. 结果输出
得出样品成分的红外光谱解析 结果。
谱图解析技巧
1. 峰归属参考
查阅相关资料，了解常见官能团或分子结构 的红外光谱峰归属。
3. 多谱图比对
将待测样品谱图与标准样品谱图进行比对， 提高解析准确性。
红外光谱与其他谱学的联用技术
红外光谱与拉曼光谱联用
拉曼光谱可以提供分子振动信息，与红外光 谱结合，可更全面地解析分子结构和化学组 成。
红外光谱与核磁共振谱联用
核磁共振谱可以提供分子内部结构的详细信息，与 红外光谱结合，有助于深入理解分子结构和化学键 。
红外光谱与质谱联用
质谱可以提供分子质量和结构信息，与红外 光谱结合，有助于对复杂化合物进行鉴定和 分析。
红外光谱在大数据与人工智能领域的应用
红外光谱数据的处理与分析
利用大数据技术对大量红外光谱数据进行处理、分析和挖掘，提取有用的化学和物理信息 。
人工智能在红外光谱中的应用
利用人工智能技术对红外光谱数据进行模式识别和预测，提高红外光谱的解析能力和应用 范围。
红外光谱数据库的建立与完善
建立和完善红外光谱数据库，为科研和工业界提供方便、快捷的红外光谱查询和服务。
分子振动与转动能级
1 2
分子振动
分子中的原子或分子的振动，产生振动能级间的 跃迁。
转动能级
分子整体的转动，产生转动能级间的跃迁。
3
振动与转动能级间的耦合
某些特定的振动模式会导致分子的转动能级发生 跃迁。
红外光谱的吸收峰与跃迁类型
吸收峰
由于分子振动或转动能级间的跃迁，导致光谱上出现暗线或 暗带。
红外吸收光谱(IR)的基本原理及应用
红外吸收光谱（IR）的基本原理及应用一、红外吸收光谱的历史太阳光透过三棱镜时，能够分解成红、橙、黄、绿、蓝、紫的光谱带；1800年，发现在红光的外面，温度会升高。
这样就发现了具有热效应的红外线。
红外线和可见光一样，具有反射、色散、衍射、干涉、偏振等性质；它的传播速度和可见光一样，只是波长不同，是电磁波总谱中的一部分。
（图一）、波长范围在0.7微米到大约1000微米左右。
红外区又可以进一步划分为近红外区＜0.7到2微米，基频红外区（也称指纹区，2至25微米）和远红外区（25微米至1000微米）三个部分。
1881年以后，人们发现了物质对不同波长的红外线具有不同程度的吸收，二十世纪初，测量了各种无机物和有机物对红外辐射的吸收情况，并提出了物质吸收的辐射波长与化学结构的关系，逐渐积累了大量的资料；与此同时，分子的振动――转动光谱的研究逐步深入，确立了物质分子对红外光吸收的基本理论，为红外光谱学奠定了基础。
1940年以后，红外光谱成为化学和物理研究的重要工具。
今年来，干涉仪、计算机和激光光源和红外光谱相结合，诞生了计算机－红外分光光度计、傅立叶红外光谱仪和激光红外光谱仪，开创了崭新的红外光谱领域，促进了红外理论的发展和红外光谱的应用。
二、红外吸收的本质物质处于不停的运动状态之中，分子经光照射后，就吸收了光能，运动状态从基态跃迁到高能态的激发态。
分子的运动能量是量子化的，它不能占有任意的能量，被分子吸收的光子，其能量等于分子动能的两种能量级之差，否则不能被吸收。
分子所吸收的能量可由下式表示：E＝hυ＝hc/λ式中，E为光子的能量，h为普朗克常数，υ为光子的频率，c为光速，λ为波长。
由此可见，光子的能量与频率成正比，与波长成反比。
分子吸收光子以后，依光子能量的大小，可以引起转动、振动和电子能阶的跃迁，红外光谱就是由于分子的振动和转动引起的，又称振－转光谱。
把分子看成由弹簧和小球组成的结构。
小球代表原子或原子团，弹簧代表原子间的化学键。
红外光谱_百度百科
致基团频率位移的内部因素，迄今已知的有分子中取代基的电性效应：如诱导效应、共轭效应、中 介效应、偶极场效应等；机械效应：如质量效应、张力引起的键角效应、振动之间的耦合效应等。 这些问题虽然已有不少研究报道，并有较为系统的论述，但是，若想按照某种效应的结果来定量地 预测有关基团频率位移的方向和大小，却往往难以做到，因为这些效应大都不是单一出现的。这 样，在进行不同分子间的比较时就很困难。
傅里叶变换光谱仪的主要优点是：
傅里叶变换红外光谱仪
①多通道测量使信噪比提高；
②没有入射和出射狭缝限制，因而光通量高，提高了仪器的灵敏度；
③以氦、氖激光波长为标准，波数值的精确度可达0.01厘米；
④增加动镜移动距离就可使分辨本领提高；
近红外光谱仪
指纹区的情况不同，该区峰多而复杂，没有强的特征性，主要是由一些单键C-O、C-N和C-X(卤 素原子)等的伸缩振动及C-H、O-H等含氢基团的弯曲振动以及C-C骨架振动产生。当分子结构稍有不 同时，该区的吸收就有细微的差异。这种情况就像每个人都有不同的指纹一样，因而称为指纹区。 指纹区对于区别结构类似的化合物很有帮助。
原位衰减全反射表面增强红外光谱实验技术-概述说明以及解释
原位衰减全反射表面增强红外光谱实验技术-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述原位衰减全反射表面增强红外光谱实验技术是一种重要的分析方法，广泛应用于材料科学、生物医学、环境科学等领域。
它通过将样品置于光波从反射材料到样品再到检测器的光路中，利用材料的全反射特性，将光波限制在较窄的范围内，从而增强红外光谱的信号强度。
这项技术将红外光谱分析的灵敏度和分辨率提高到一个新的水平，为科学研究和实际应用提供了更有力的工具。
在原位衰减全反射表面增强红外光谱实验技术中，样品被放置在一个具有高折射率的反射材料上，例如硅或锗。
当入射光线从高折射率的反射材料射入样品后，发生全反射的现象。
这样，红外光谱仅与样品接触的表面区域相互作用，使得红外谱图中的吸收峰更加明显。
同时，通过改变入射角度和光束的极化方向，我们可以更好地了解样品的物理和化学性质，涵盖更广泛的信息。
原位衰减全反射表面增强红外光谱实验技术具有许多优势。
首先，它不需要样品经过任何处理或制备过程，避免了可能引入的额外误差。
其次，由于红外光谱仅与样品表面相互作用，所需的样品量相对较少，节约了材料的使用成本。
此外，由于该技术具有较高的灵敏度和分辨率，可以检测到较低浓度和小量的样品。
因此，原位衰减全反射表面增强红外光谱实验技术成为了研究微观结构和相互作用的重要工具。
本文将详细介绍原位衰减全反射表面增强红外光谱实验技术的原理和原理解析，探讨其在各个领域中的应用和优势。
通过总结和评价该技术的研究进展，我们将为未来的发展方向提供展望，以期进一步推动这一领域的研究和应用。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下：本文将分为三大部分进行阐述，分别是引言、正文和结论。
具体结构如下所述：1. 引言部分：在引言部分中，首先将对原位衰减全反射表面增强红外光谱实验技术进行概述，介绍该技术的基本原理和应用背景。
然后，将说明文章的结构内容和各部分的目的。
2. 正文部分：正文部分将分为两个小节对原位衰减全反射表面增强红外光谱实验技术进行详细阐述。
红外反射光谱的原理和应用
红外反射光谱的原理和应用1. 概述红外反射光谱是一种常用的非破坏性表征材料特性的技术，通过测量材料在红外波段的反射能力，可以获得材料的结构、成分、表面特性等信息。
本文将介绍红外反射光谱的原理以及其在各个领域的应用。
2. 原理红外反射光谱的原理基于材料对红外辐射的吸收和反射。
当红外辐射照射到材料表面时，一部分能量被材料吸收，一部分能量被材料反射。
吸收和反射的能量在不同波数下表现出不同的特征，通过分析这些特征可以了解材料的性质。
3. 红外反射光谱的方法红外反射光谱的方法主要包括FT-IR反射光谱法和ATR（全反射法）。
3.1 FT-IR反射光谱法FT-IR反射光谱法是一种基于菲涅耳反射定律的方法，通过测量被测物料表面的反射光强来获取红外光谱图。
在实验中，通过将样品与金刚石压片接触，利用光学原理和光学组件将反射光转换成可观测的信号，进而进行数据分析。
3.2 ATR反射光谱法ATR反射光谱法是一种全反射原理的方法，通过将样品与一块具有高折射率晶体（例如锗或气体）的特殊棱镜接触，在样品与棱镜的接触界面上产生一定的入射角，并利用全反射现象来测量样品的红外光谱。
4. 红外反射光谱的应用红外反射光谱在各个领域都具有广泛的应用，以下列举了其中的几个应用领域。
4.1 材料科学红外反射光谱可用于分析和鉴定材料的成分、结构和表面状态。
在材料科学领域中，可以通过红外反射光谱来研究材料的晶体结构、氧化还原状态以及表面的化学反应等。
4.2 生物医学红外反射光谱在生物医学领域中被广泛应用于研究生物分子的结构和功能。
通过红外反射光谱技术，可以对生物蛋白质、核酸和药物等进行分析，从而加深对生物体的理解。
4.3 环境监测红外反射光谱可以应用于环境监测领域，通过对大气中气体的红外反射光谱进行分析，可以检测到悬浮颗粒物、有机物、大气污染物等。
4.4 食品安全红外反射光谱可以用于检测食品中的添加剂、污染物和成分分析。
通过对食品样品的红外光谱进行测量和分析，可以实现食品质量和安全性的监测。
红外光谱实验报告
红外光谱实验报告1.基本原理1.1概述红外光谱法⼜称“红外分光光度分析法”。
简称“IR”，是分⼦吸收光谱的⼀种。
它利⽤物质对红外光区的电磁辐射的选择性吸收来进⾏结构分析及对各种吸收红外光的化合物的定性和定量分析的⼀法。
被测物质的分⼦在红外线照射下，只吸收与其分⼦振动、转动频率相⼀致的红外光谱。
对红外光谱进⾏剖析，可对物质进⾏定性分析。
化合物分⼦中存在着许多原⼦团，各原⼦团被激发后，都会产⽣特征振动，其振动频率也必然反映在红外吸收光谱上。
据此可鉴定化合物中各种原⼦团，也可进⾏定量分析。
1.2⽅法原理1.2.1红外光谱产⽣条件每种分⼦都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分⼦进⾏结构分析和鉴定。
红外吸收光谱是由分⼦不停地作振动和转动运动⽽产⽣的，分⼦振动是指分⼦中各原⼦在平衡位置附近作相对运动，多原⼦分⼦可组成多种振动图形。
当分⼦中各原⼦以同⼀频率、同⼀相位在平衡位置附近作简谐振动时，这种振动⽅式称简正振动（例如伸缩振动和变⾓振动）。
分⼦振动的能量与红外射线的光量⼦能量正好对应，因此当分⼦的振动状态改变时，就可以发射红外光谱，也可以因红外辐射激发分⼦⽽振动⽽产⽣红外吸收光谱。
分⼦的振动和转动的能量不是连续⽽是量⼦化的。
但由于在分⼦的振动跃迁过程中也常常伴随转动跃迁，使振动光谱呈带状。
所以分⼦的红外光谱属带状光谱。
分⼦越⼤，红外谱带也越多总之，要产⽣红外光谱需要具备以下两个条件：a.辐射应绝缘且能满⾜物质产⽣振动跃迁所需要的能量；b.辐射与物质见⼜相互耦合作⽤，分⼦啊在振动过程中必须有瞬间偶极矩的改变。
1.2.2应⽤范围红外光谱对样品的适⽤性相当⼴泛，固态、液态或⽓态样品都能⽤该⽅法进⾏分析，⽆机、有机、⾼分⼦化合物也都可检测。
红外光谱分析可⽤于研究分⼦的结构和化学键，也可以作为表征和鉴别化学物种的⽅法。
红外光谱具有⾼度特征性，可以采⽤与标准化合物的红外光谱对⽐的⽅法来做分析鉴定。
利⽤化学键的特征波数来鉴别化合物的类型，并可⽤于定量测定。
红外光谱法——精选推荐
第三章红外光谱法3.1 引言红外光谱属于分子光谱，分子光谱是四大谱学之一。
红外光谱和核磁共振光谱，质谱，紫外光谱一样，是鉴别化合物和确定物质分子结构的常用手段之一。
红外光谱分析技术的优点之一是应用范围非常广泛，可以说，对于任何样品，只要样品的量足够多，都可以得到一张红外光谱。
对固体，液体或气体样品，对单一组分的纯净物和多组分的混合物都可以用红外光谱法测定。
对于不同的样品要采用不同的红外制样技术。
对于同一样品，也可以采用不同的制样技术。
采用不同的制样技术测试同一样品时，可能会得到不同的光谱。
因此，要根据测试目的和测试要求采用合适的制样方法，这样才能得到准确可靠的测试数据。
对单一组分或混合物中各组分也可以进行定量分析，尤其是对于一些较难分离并在紫外，可见光区找不到明显特征峰的样品也可以方便，迅速地完成定量分析。
3.2 方法原理红外吸收光谱分析方法主要是依据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息进行测定。
3．2．1 双原子分子的红外吸收频率分子振动可以看作是分子中的原子以平衡点为中心，以很小的振幅做周期性的振动。
这种分子振动的模型可以用经典的方法来模拟，化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧，m1和m2分别代表两个小球的质量，即两个原子的质量，弹簧的长度就是分子化学键的长度。
上式中，ν是频率，Hz；к是化学键的力常数，g/s2; μ是原子的折合质量。
发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。
表某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）键类型—C≡C —> —C =C —> —C — C —力常数15 ~ 17 9.5 ~ 9.9 4.5 ~ 5.6峰位 4.5μm 6.0 μm 7.0 μm化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。
一般说来，单键的к=4×105~6×105 g/s2; 双键的к＝8×105~12×105 g/s2；三键的к=12×105~20×105 g/s2。
红外光谱的实验技术
目前主要有两类红外光谱仪： 色散型红外光谱仪 Fourier（傅立叶）变换红外光谱仪
1
色散型红外光谱原理图
光源
样品
分光器
检测器
光谱图
干涉仪
光源
样品
分光器
傅里叶变换型红外光谱原理图
检测器 干涉图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
光谱图
计算机
2
样品池 - 窗片材料
因玻璃、石英等材料不能透过红外光， 红外吸收池要用可透过红外光的NaCl、KBr、 CsI、KRS-5（TlI 58%，TlBr42%）等材料制 成窗片。用NaCl、KBr、CsI等材料制成的窗 片需注意防潮。固体试样常与纯KBr混匀压 片，然后直接进行测定。
8
试样的处理和制备
（2）石蜡糊法 将干燥处理后的试样研细，与液体石蜡或全氟代烃混
合，调成糊状，夹在盐片中测定。 （3）薄膜法
主要用于高分子化合物的测定。可将它们直接加热熔 融后涂制或压制成膜。也可将试样溶解在低沸点的易挥 发溶剂中，涂在盐片上，待溶剂挥发后成膜测定。
当样品量特别少或样品面积特别小时，采用光束聚光 器，并配有微量液体池、微量固体池和微量气体池，采 用全反射系统或用带有卤化碱透镜的反射系统进行测量。
6
试样的处理和制备
液体和溶液试样
（1）液体池法 沸点较低，挥发性较大的试样，可注入封闭液体池中，
液层厚度一般为0.01~1mm。 （2）液膜法
沸点较高的试样，直接直接滴在两片盐片之间，形成 液膜。
对于一些吸收很强的液体，当用调整厚度的方法仍然 得不到满意的谱图时，可用适当的溶剂配成稀溶液进行
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试样的处理和制备
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试样的处理和制备
实验三红外吸收光谱法
红外光谱的产生与特征
红外光谱是由于分子振动和转动能级跃迁而产生的。当特 定波长的红外光与分子相互作用时，分子吸收光能并发生 振动和转动能级跃迁，导致透射光强度减弱，形成红外吸 收光谱。
红外光谱具有特征性，不同化学键或基团在特定波数范围 内有吸收峰，可用于推断分子结构和化学组成。
基团频率与分子结构的关系
误差分析与实验讨论
误差分析是实验结果可靠性的重要保障，需要 对实验过程中可能出现的误差进行详细分析。
误差来源可能包括仪器误差、样品不均匀、环 境因素等，需要采取相应措施减小误差对实验 结果的影响。
实验讨论部分需要对实验结果进行深入分析和 讨论，总结实验的优缺点，提出改进意见和建 议，为后续实验提供参考和借鉴。
样品处理
根据实验需求，对样品进 行适当处理，如干燥、研 磨、溶解等，以便于后续 操作。
样品制备
将处理后的样品制备成适 合测试的形态，如溶液、 薄膜等，以满足测试要求。
仪器准备与校准
仪器检查
确保仪器各部件完好，无 损坏，能够正常工作。
校准
根据仪器使用说明，对仪 器进行校准，确保测试结 果的准确性。
参数设置
基团频率是指特定化学键或基团在红 外光谱中出现的波数范围。基团频率 与分子结构密切相关，不同基团具有 不同的振动频率和吸收峰位置。
通过分析基团频率和峰形特征，可以 推断出分子中的化学键类型、键长、 键角等信息，从而了解分子的结构特 征和性质。
03
实验步骤
样品制备
01
02
03
样品选择
选择具有代表性的样品， 确保样品纯净度高、无杂 质。
根据实验需求，设置合适 的测试参数，如扫描范围 Nhomakorabea 分辨率等。
红外反射光谱原理实验技术及应用
高级物理化学实验讲义实验项目名称：红外反射光谱原理、实验技术及应用编写人：苏文悦编写日期：2011-7-7一、实验目的（宋体四号字）1、了解并掌握FTIR-ATR、FTIR-DRS和FTIR-RAS等红外光谱表面分析技术的原理、实验技术及应用2、比较分析FTIR-ATR、FTIR-DRS和FTIR-RAS等红外光谱技术各自适用的样品、同一样品不同红外光谱的谱带位置及形状。
二、实验原理衰减全反射（ATR）、漫反射（DRS）和反射吸收（RAS）都是傅里叶变换红外反射光谱，是FTIR常用的表面分析技术。
1全反射光谱原理、实验技术及应用全反射：光由光密（即光在此介质中的折射率大的）媒质射到光疏（即光在此介质中折射率小的）媒质的界面时，全部被反射回原媒质内的现象。
很多材料如交联聚合物、纤维、纺织品和涂层等，用一般透射法测量其红外光谱往往很困难，但使用FTIR及ATR技术却可以很方便地测绘其红外光谱。
（1）入射角与临界角在通常情况下，光透射样品时是从光疏介质的空气射向光密介质样品的，当垂直入射（入射角θ为0°）时，则全部透过界面；当θ≠0°时，如果两者的折射率相差不大，则光是以原方向透射的，但如折射率差别较大，则会产生折射现象。
当n2与n1有足够的差值(0.5以上)，且入射光从光密介质(n1)射向光疏介图1 入射角（θ）及折射率（n1,n2）对光在界面上行为的影响θc为临界角，sinθc=n2/n1质(n2)，入射角θ大于一定数值时，光线会产生全反射现象。
这个“一定数值”的角度称为临界角，也即当折射角φ等于90°时的入射角θ称为临界角θc，如图1，其中临界角θc和折射率n1和n2有如下关系： sinθ=n2/n1显然，临界角的数值取决于样品折射率与全反射晶体的折射率之比，对同一种全反射晶体，不同材质的样品会有不同的临界角值，表1所列数值可看出这一关系。
表1在ATR和MIR方法中必须选用远大于临界角的入射角，即sinθ>n2/n1,以确保全反射的产生和所获光谱的质量，本实验运用单次衰减全反射ATR附件，反射晶体是锗，入射角固定为45°，远大于临界角。