傅立叶红外光谱介绍
傅里叶红外光谱原理和用途
傅里叶红外光谱原理和用途傅里叶红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，FTIR）是一种非常常用的光谱学技术，其基本原理是通过测量分子的振动能量和频率来分析样品的结构和化学组成。
傅里叶变换技术是FTIR的核心，它使得信号的时域转换为频域，从而获得样品分子内部振动的频率和强度信息。
傅里叶变换是一种数学方法，用于将信号在时间域和频域之间进行转换，常用于光谱学中。
原始信号可以表示为一系列正弦波的叠加，根据傅里叶变换的原理，将它们转换为频谱分析的形式。
傅里叶变换允许将原始信号从时域中转换到频域中，并在频域中进行分析和处理。
在傅里叶红外光谱技术中，将光信号通过样品后，红外辐射震动会激发样品中的分子振动，样品中的化学键被激发而振动，频率和振动模式会因样品分子和它的化学组成而不同。
此时，FTIR仪器接收这些红外辐射信号，然后进行傅里叶变换，将信号从时域转换到频域。
FTIR所测量的光谱图中，红外光谱的吸收带宽度、位置和强度都反映了样品分子的振动频率和振动模式，从而推断出样品的化学组成和结构。
傅里叶红外光谱技术可以用于很多领域，包括化学、物理、生物、医学、化学工程、材料科学和地球科学等。
傅里叶红外光谱技术广泛使用的主要原因在于：1. 傅里叶红外光谱技术可以测量分子固有振动，分析物质的成分结构，因此能够被应用于许多领域的标准分析和 qc/qm 研究。
2. 微量化学分析中的优越性。
由于数百万个分子一起振动所产生的信号水平，采取傅里叶变换后，可以避免噪声干扰，获得高分辨率的信号，因此可以进行微量分析。
下面介绍傅里叶红外光谱技术的几种主要应用领域：1. 材料科学领域傅里叶红外光谱技术可以用来研究材料的粘结结构、物理结构和化学组成，包括塑料、橡胶、沥青、涂料、胶粘剂等。
傅里叶红外光谱技术广泛应用于材料的品质控制、工程应用、以及材料性质的研究和表征。
傅里叶红外光谱技术能够研究单个分子的结构，也能够分析化学反应中发生的化学键的变化。
布鲁克傅里叶红外光谱
布鲁克傅里叶红外光谱
布鲁克傅里叶红外光谱
一、什么是布鲁克傅里叶红外光谱？
布鲁克傅里叶红外光谱是一种分析物质结构的常用方法。
其原理是利用物质分子的振动、弯曲、转动等运动所带来的红外辐射进行分析。
布鲁克傅里叶红外光谱可以用于分析有机物、无机物、高分子材料等各种类型的样品。
二、布鲁克傅里叶红外光谱的仪器和采集方法
1. 布鲁克傅里叶红外光谱的仪器由光源、样品室、光学系统、探测器等组成，其中最重要的是光学系统。
2. 采集红外光谱的样品可以是固体、液体、气体等，不同的样品需要采用不同的采集方法。
3. 原始的红外光谱图中会出现许多峰，峰的数量和位置与样品的分子结构有关。
要分析这些峰的信息，需要进行数据处理和解析。
三、布鲁克傅里叶红外光谱在化学分析中的应用
1. 有机化合物的鉴定和定量
2. 无机物质的分析
3. 天然产物的结构鉴定
4. 高分子材料的结构分析
5. 药物的质量控制
四、布鲁克傅里叶红外光谱的优点和局限性
1. 优点
布鲁克傅里叶红外光谱不需要对样品进行破坏性处理，可以分析极小的样品量；
可以对样品进行定性、定量分析；
可以对不同种类的样品进行分析。
2. 局限性
对于结构相似的样品，往往无法区分；
无法区分左右旋异构体；
需要使用标准品进行校准。
傅里叶红外光谱的原理
傅里叶红外光谱的原理
傅里叶红外光谱是一种利用傅里叶变换原理进行分析的光谱技术。
它的原理基于分子在吸收红外辐射时会发生振动和转动，这些振动和转动的频率与分子的结构和化学键有关。
当分子受到红外光的激发时，它会吸收特定的红外光谱，产生特征性的吸收峰。
傅里叶变换红外光谱仪利用这些吸收峰的频率和强度信息来推断样品中的化学成分和结构。
具体来说，傅里叶红外光谱仪会向样品辐射一系列连续的红外光，样品会吸收特定频率的红外光，而其他频率的光则会被透射或反射。
仪器会测量透射或反射光的强度，并将其转换为频率和强度的谱图。
然后利用傅里叶变换将这些信号转换为频谱图，从而得到样品在红外光谱范围内的吸收特性。
通过分析傅里叶红外光谱图，可以确定样品中存在的化学键类型和功能团，从而用于化学物质的鉴定和定量分析。
这种技术在化学、生物医药、环境监测等领域有着广泛的应用。
傅里叶红外光谱(FTIR)
红外光谱的原理及应用(一)红外吸收光谱的定义及产生分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。
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或波长关系曲线，就得到红外光谱（二）基本原理1产生红外吸收的条件(1)分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化。
对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。
如：N2、O2、Cl2 等。
非对称分子：有偶极矩，红外活性。
(2)只有当照射分子的红外辐射的频率与分子某种振动方式的频率相同时，分子吸收能量后，从基态振动能级跃迁到较高能量的振动能级，从而在图谱上出现相应的吸收带。
2分子的振动类型伸缩振动：键长变动，包括对称与非对称伸缩振动弯曲振动：键角变动，包括剪式振动、平面摇摆、非平面摇摆、扭曲振动3几个术语基频峰：由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；倍频峰：由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰；组频：如果分子吸收一个红外光子，同时激发了基频分别为v1和v2的两种跃迁，此时所产生的吸收频率应该等于上述两种跃迁的吸收频率之和，故称组频。
特征峰：凡是能用于鉴定官能团存在的吸收峰，相应频率成为特征频率。
相关峰：相互可以依存而又相互可以佐证的吸收峰称为相关峰4影响基团吸收频率的因素（1 外部条件对吸收峰位置的影响：物态效应、溶剂效应（2分子结构对基团吸收谱带的影响：诱导效应：通常吸电子基团使邻近基团吸收波数升高，给电子基团使波数降低。
共轭效应：基团与吸电子基团共轭，使基团键力常数增加，因此基团吸收频率升高，基团与给电子基团共轭，使基团键力常数减小，因此基团吸收频率降低。
傅里叶红外光谱仪介绍
傅里叶红外光谱仪介绍傅里叶红外光谱仪（Fourier Transform Infrared Spectrometer，FTIR）是一种利用红外光谱技术进行物质分析的仪器。
它能够对有机化合物、高分子化合物、生物分子等进行检测和鉴定，广泛应用于化学、生物、医药、食品、环境等领域。
由于物质分子中存在不同的振动、转动和伸缩等运动，吸收入射光的特征频率不同，这种特征频率被称为红外吸收谱图。
FTIR光谱仪利用傅里叶变换技术，将样品吸收的红外光信号转换为频谱，从而获得物质的红外光谱图。
FTIR光谱仪的主要组成部分包括光源、样品室、光学系统、干涉计和检测器等。
光源通常使用高亮度的近红外线或者红外线灯，可提供连续的光谱。
样品室是进行光学分析的部分，样品容器有各种形状和材质。
通常采用透明的BaF2、KBr、或者NaCl等晶体或者纯金属等制作成的样品盘。
光学系统是对样品辐射的光通过单色器，再经过一道分束器后到达光学计。
光学系统要求具有较高的分辨率、稳定性和几何光学性能。
干涉计是FTIR光谱仪的核心部件，它将光线分为两段并使其重合，形成干涉。
这种干涉产生了一个干涉图，我们称之为干涉光谱，它包含物质折射率的信息。
检测器是对红外辐射进行检测的部分，它可以分为热电偶和半导体检测器两种。
半导体检测器具有响应速度快、动态响应范围宽等特点，近年来得到了广泛应用。
FTIR光谱仪在物质分析中具有许多优点。
它可以对样品进行非破坏性的检测，不会对样品造成任何损伤。
取样方便并且分析速度快，可以在几秒钟内完成一个分析。
FTIR光谱仪的精度高，准确性好，可以检测极低浓度的物质。
FTIR光谱仪是一种非常有效的化学分析仪器，可以检测和鉴定多种化合物。
它在生产和质量检测、科学研究和环境保护方面都有重要应用。
FTIR光谱分析在化学领域中有着广泛的应用。
在有机合成领域中，FTIR光谱可以用于鉴定新合成的化合物和纯度的确定。
它可以确定化合物中的功能基团、杂质和杂质的含量。
傅里叶红外光谱介绍
傅里叶红外光谱介绍傅里叶红外光谱介绍1. 前言傅里叶红外光谱（Fourier Transform Infrared spectroscopy，FTIR）是一种广泛应用于材料科学、生物医学、化学工程等领域的分析技术。
本文就将为您介绍关于FTIR的一些基本概念和原理。
2. 傅里叶变换FTIR中的傅里叶变换（Fourier Transform，FT）是对时间信号进行频域的分析，从而将时域信号转换为其频域特征。
变换后可快速得到信号的频谱信息，也可观测到不同物质所独特的振动模式，以进一步作为化学分析的工具。
3. 红外光谱FTIR的基础理论在于红外光谱。
所有物质的分子都会在特定的红外波长下振动，对应着不同的化学结构和化学键。
FTIR可以利用不同化学键的振动进行分析，进而推导出不同物质的成分和组成。
4. 光谱仪FTIR的红外光谱仪测量题材离不开其核心技术：光谱仪。
通常FTIR 光谱仪都会采用一个宽谱带的红外光源（如玻璃红外灯），切分这个光源所发出的不同波长的红外光到光学组件上。
样品放置在光路中，吸收特定波段光源后，通过光程差的设计，进而得到光学信号。
5. 应用领域FTIR光谱广泛应用于多种领域，如下所列：- 材料科学：用于分析材料成分和质量控制- 生物医学：可检测蛋白质、核酸、药物分子等- 化学工程：如反应动力学、物质结构与化学成分分析等- 建筑人工结石：可检测患者身体内结石物质- 食品科学：可检测食品中的营养成分通过上述应用领域的案例，我们发现FTIR可应用于多种领域中，且其分析结果精准，使用灵活。
这也说明FTIR是一种实用的分析技术。
6. 结语随着科技的不断发展，FTIR的应用领域还将不断扩大。
信号处理、光谱学、机器学习等新领域的崛起，将为FTIR的应用提供更多的发展空间和前景，也让更多新的问题呼之欲出。
傅立叶红外光谱的功能
傅立叶红外光谱的功能傅立叶红外光谱（FTIR）原理及应用：一、原理•红外线和可见光一样都是电磁波，而红外线是波长介于可见光和微波之间的一段电磁波。
红外光又可依据波长范围分成近红外、中红外和远红外三个波区，其中中红外区(2.5~25um;4000~400 cm-1)能很好地反映分子内部所进行的各种物理过程以及分子结构方面的特征，对解决分子结构和化学组成中的各种问题最为有效，因而中红外区是红外光谱中应用最广的区域，一般所说的红外光谱大都是指这一范围。
•红外光谱属于吸收光谱，是由于化合物分子振动时吸收特定波长的红外光而产生的，化学键振动所吸收的红外光的波长取决于化学键动力常数和连接在两端的原子折合质量，也就是取决于分子的结构特征。
这就是红外光谱测定化合物结构的理论依据。
•傅里叶红外光谱（FT-IR）仪由光源、迈克尔逊干涉仪、样品池、检测器和计算机组成由光源发出的光经过干涉仪转变成干涉光，干涉光中包含了光源发出的所有波长光的信息。
当上述干涉光通过样品时某一些波长的光被样品吸收，成为含有样品信息的干涉光，由计算机采集得到样品干涉图，经过计算机快速傅里叶变换后得到吸光度或透光率随频率或波长变化的红外光谱图。
•FT-IR的特点:(1)扫描速度快，扫描时间内同时测定所有频率的信息。
(2)具有很高的分辨率。
(3)灵敏度高。
不用狭缝和单色器，更高的能量通过。
(4）高精度优点。
二、应用•红外光谱作为“分子的指纹”广泛用于分子结构和物质化学组成的研究。
根据分子对红外光吸收后得到谱带频率的位置、强度、形状以及吸收谱带和温度、聚集状态等的关系便可以确定分子的空间构型，求出化学键的力常数、键长和键角。
从光谱分析的角度看主要是利用特征吸收谱带的频率推断分子中存在某一基团或键，由特征吸收谱带频率的变化推测临近的基团或键，进而确定分子的化学结构，当然也可由特征吸收谱带强度的改变对混合物及化合物进行定量分析。
傅立叶变换红外光谱仪目前比较集中的应用领域有以下几个方面：(1)在医药化工行业上的应用，(2)在高分子材料研究上的应用，(3)在石油化工行业上应用，(4)在矿物学领域的应用，(5)在材料生产领域上的应用，(6) 在生物医学研究方面的应用， (7) 在半导体材料领域上的应用， (8)有在刑侦鉴定上的应用，(9)在气体分析方面的应用，(10)在大气环境监测上的应用。
“傅里叶”红外光谱仪结构简介
“傅里叶”红外光谱仪结构简介傅里叶变换红外光谱仪（简称FTIR光谱仪），简称傅里叶红外光谱仪。
它不同于色散红外光谱的原理。
它是根据干涉后红外光的傅里叶变换原理研制的红外光谱仪。
主要由红外光源、光阑、干涉仪（分束器、动镜、定镜）、样品室、探测器、各种红外镜、激光器、控制电路板、电源等组成。
可对样品进行定性和定量分析，广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定、刑侦鉴定等领域。
它克服了色散光谱仪分辨率低、光能输出小、光谱范围窄、测量时间长等缺点。
它不仅可以测量各种气体、固体和液体样品的吸收光谱和反射光谱，还可用于短时化学反应测量。
目前，红外光谱仪广泛应用于电子、化工、医药等领域。
傅里叶变换红外光谱仪主要由红外光源、分束器、干涉仪、样品池、探测器、计算机数据处理系统和记录系统组成。
它是干涉式红外光谱仪的典型代表。
与色散红外仪器的工作原理不同，它没有单色仪和狭缝，通过迈克尔逊干涉仪获得入射光的干涉图，然后通过傅里叶数学变换将时域函数干涉图转换为频域函数图。
介绍傅里叶红外光谱仪的组成和结构：1光源：傅里叶变换红外光谱仪配备多个光源，用于测量不同范围的光谱。
通常使用钨丝灯或碘钨灯（近红外）、碳化硅棒（中红外）、高压汞灯和氧化钍灯（远红外）。
2分束器：分束器是迈克尔逊干涉仪的关键部件。
它的作用是将入射光束分为反射和透射两部分，然后将它们合成。
如果可移动反射镜导致两个光束之间存在一定的光程差，则合成光束可能会导致相位长度或破坏性干涉。
分束器的要求是入射光束在波数V处透射和反射一半，调制光束的振幅***。
分束器是根据不同波段的使用，在不同的介质材料上添加相应的表面涂层而形成的。
3检测器：傅里叶变换红外光谱仪中使用的检测器与色散红外光谱仪中使用的检测器没有本质区别。
常用的探测器有硫酸甘油三酯钛（TGs）、铌酸锶钡、碲化汞镉、锑化铟等。
4数据处理系统：傅里叶变换红外光谱仪数据处理系统的核心是计算机，其功能是控制仪器的运行，采集和处理数据。
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50多不同的振动
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正己烷
100
80
60
Transmission [%]
40
C-H stretch
C-H deformation
4000
3500
3000
2500
2000
wavenumber cm-1
„指纹区“
1500
1000
20
傅立叶红外光谱介绍
如何得到一张图
傅立叶变换红外光谱仪
傅立叶红外光谱介绍
傅利叶变换红外光谱仪原理 动镜
x
定镜
L
光源
L + x x=0
分束器
傅立叶红外光谱介绍
例 1: x =0, 相长干涉
1. Beam part (定镜)
2. Beam part (动镜)
结果
fixed mirror M1
x L + x
x=0
L
source
Beam splitter
Detector
傅立叶红外光谱介绍
例 2: x =1/2, 相消性干涉
1. Beam part (定镜)
2. Beam part (动镜)
结果
fixed mirror M1
x
L + x 0 x=1/2
L
source
Beam splitter
Detector
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example 3: x = , constructive Interference
单色光源的调制信号
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Entstehung des Interferogramms
9条单一频率的光源
Frequence
Resulting detector signal
总和:
Mirror motion
Mirror motion
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干涉图的来源
红外光源
Frequency
Detector intensity
X, moving mirror
Fourier-Transformation
Single channel intensity 0.10 0.20 0.30 0.40
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 wavenumber cm-1
检测器信号
X, moving mirror
傅立叶红外光谱介绍
透射光谱
1.) In the empty sample compartment an Interferogram is detected. The result of the FOURIER transformation is R(ν).
傅立叶红外光谱介绍
Single channel intensity 0.10 0.20 0.30 0.40
透射光谱
The transmission spectrum T(ν) is calculated as the ratio of the sample and reference single channel spectra:
Detector intensity
X, moving mirror
Fourier-Transformation
Single channel intensity 0.10 0.20 0.30 0.40
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 wavenumber cm-1
fixed mirror M1
1. Beam part (fixed)
2. Beam part (movable)
L x
L + x
source
Resulting signal
0 x=3/2
Beam splitter
Detector
傅立叶红外光谱介绍 光源
Frequence
单色光源
监测器信号
Mirror motion
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Absorbance <-> Transmission - Why?
1.0
100
0.8
80
60
Transmittance [%]
40
Transmission
T(ν) = S(ν)/R(ν)
6000
5000
4000
3000
Wavenumber cm-1
2000
1000
Absorbance Units
T(ν) = S(ν)/R(ν).
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 wavenumber cm-1
ratio
80 100
60
Transmission [%]
20 40
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 wavenumber cm-1
fixed mirror M1
1. Beam part (fixed)
2. Beam part (movable)
L x
L + x
source
Resulting signal
0 x=
Beam splitter
Detector
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example 4: x =3/2, destructive Interference
傅立叶红外光谱介绍
透射光谱
2.) A second interferogram is detected with the sample placed in the sample compartment. The result of the FOURIER transformation is S(ν). S(ν) shows similarities to the reference spectrum R(v), but has lower intensities at the regions the sample absorbs radiation.
傅立叶红外光谱介绍
振动的种类? 例如: 水
伸缩振动
变形振动
对称伸缩振动
不对称伸缩振动
傅立叶红外光谱介绍
Transmission [%] 60 65 70 75 80 85 90 95 100
水的红外图
3500
3000
2500 wavenumber cm-1
2000
1500
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正己烷
0.0
0.2
0.4
0.6
பைடு நூலகம்
Absorbance
Lambert-Beer‘s law: AB = -log (S(ν)/R(ν)) AB = • c • b
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傅立叶红外光谱介绍
电磁波
Energy [eV]
Wavenumber [cm-1]
Wavelength [m]
Visible
Gamma Ray
X-Ray
UV
Infrared
Micro Wave
Short Wave
Radio Waves
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光与分子的作用
分子激发产生振动