近红外光谱波长范围紫外可见
远红外光谱、中红外光谱和近红外光谱
远红外光谱、中红外光谱和近红外光谱红外光谱是一种重要的分析技术，可用于确定分子的结构、化学成分和特性。
根据波长范围的不同，可以将红外光谱分为远红外光谱、中红外光谱和近红外光谱。
本文将分别介绍这三种光谱的原理、应用和优缺点。
一、远红外光谱远红外光谱的波长范围通常为400-10 cm-1，对应的波数为2500-1000 cm-1。
远红外光谱是红外光谱中波长最长、能量最低的一种，其能量范围适用于固体、高分子、矿物和金属等化合物的分析。
远红外光谱的应用广泛，包括但不限于以下领域：1. 软物质研究：远红外光谱可以用于研究软物质，如生物大分子（如蛋白质、纤维素等）和聚合物（如聚乙烯、聚丙烯等）的分子结构和动力学特性。
2. 矿物学研究：远红外光谱可以用于分析矿物的组分和结构，以及区分不同类型的矿物。
3. 化学研究：远红外光谱可以用于分析高分子和无机化合物，如纤维素、蛋白质、石墨、硅酸盐和金属氧化物等。
远红外光谱的优点包括分析广泛，分辨率高，可以用于研究分子结构和化学键的振动情况。
其缺点在于需要使用高级仪器和昂贵的样品制备，而且对于液体和气体等透明样品不够灵敏。
二、中红外光谱中红外光谱的波长范围通常为4000-400 cm-1，对应的波数为2.5-25 μm。
中红外光谱是较为常用的红外光谱，适用于研究有机化合物和小分子无机化合物的分析。
中红外光谱的应用领域较广泛，包括但不限于以下领域：1. 化学研究：中红外光谱可以用于分析各种化合物，如羟基、胺基、吡啶、醛基、酮基等有机官能团的振动情况，并在制药、医疗和能源等领域中发挥重要作用。
2. 表面分析：中红外光谱可以用于表面分析，例如检测薄膜、溶液和涂层的化学组成及结构，以及研究催化剂表面的反应。
3. 无机材料分析：中红外光谱可以用于分析各种无机材料，如石墨烯、氧化物和硅酸盐等。
中红外光谱的优点在于分辨率高，可灵敏地检测有机和无机化合物的分子结构。
其缺点是受到水分子的影响，因此需要采用专业的分析装置，且不能分析液体和气体等透明样品。
光谱范围划分
光谱范围划分可见光指能引起视觉的电磁波。
可见光的波长范围在0.77～0.39微米之间。
波长不同的电磁波，引起人眼的颜色感觉不同。
0.77～0.622微米，感觉为红色；0.622～0.597微米，橙色；0.597～0.577微米，黄色；0.577～0.492微米，绿色；0.492～0.455微米，蓝靛色；0.455～0.39微米，紫色。
可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围；一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在400到700纳米之间，但还有一些人能够感知到波长大约在380到780纳米之间的电磁波。
正常视力的人眼对波长约为555纳米的电磁波最为敏感，这种电磁波处于光学频谱的绿光区域人眼可以看见的光的范围受大气层影响。
大气层对于大部分的电磁波辐射来讲都是不透明的，只有可见光波段和其他少数如无线电通讯波段等例外。
不少其他生物能看见的光波范围跟人类不一样，例如包括蜜蜂在内的一些昆虫能看见紫外线波段，对于寻找花蜜有很大帮助。
红外光谱红外光谱（infrared spectra），以波长或波数为横坐标以强度或其他随波长变化的性质为纵坐标所得到的反映红外射线与物质相互作用的谱图。
按红外射线的波长范围，可粗略地分为近红外光谱（波段为0.8～2.5微米）、中红外光谱（2.5～25微米）和远红外光谱（25～1000微米）。
对物质自发发射或受激发射的红外射线进行分光，可得到红外发射光谱，物质的红外发射光谱主要决定于物质的温度和化学组成；对被物质所吸收的红外射线进行分光，可得到红外吸收光谱。
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，它是一种分子光谱。
分子的红外吸收光谱属于带状光谱。
原子也有红外发射和吸收光谱，但都是线状光谱。
量子场论或量子电动力学可以正确地描述和解释红外射线（一种电磁辐射）与物质的相互作用。
若采用半经典的理论处理方法，即对组成物质的分子和原子作为量子力学体系来处理，辐射场作为一种经典物理中的电磁波并忽略其光子的特征，则分子红外光谱是由分子不停地作振动和转动而产生的。
仪器分析3—红外吸收光谱法
傅立叶变换红外光谱仪
样品池
红外光源
摆动的 凹面镜
迈克尔逊 干扰仪
参比池
摆动的 凹面镜
检测器 干涉图谱 计算机 解析 还原
M1 II
同步摆动
I M2
红外谱图
BS
D
仪器组成
第五节 红外光谱法应用
红外光谱法由于操作简单，分析速度 快，样品用量少，不破坏样品，特征性 强等优点，在有机定性分析中应用广泛。 利用红外光谱可对化合物进行鉴定或结 构测定。 但由于吸收较复杂，在定量分析方面 应用受到一定限制。
第四章 红外吸收光谱分析法（IR）
Infrared Absorption Spectrometry
第一节
红外光谱基本知识
1、红外线波长范围： 光学光谱区域：10nm ～1000μm； 其中：10nm ～400nm为紫外光区 400nm ～760nm为可见光区， 760nm ～ 1000μm为红外光区。 为表示方便，红外光不用nm（纳米） 而用微米（ μm）表示其波长。
由原理图可见，红外分光光度计也主要 由光源、样品吸收池、单色器、检测器、 记录仪等部件构成。 1、光源:能斯特灯或硅碳棒
红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体，用 电加热使之发射高强度的连续红外辐射。 常用的是Nernst灯或硅碳棒。 Nernst灯是用氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结而成的 中空棒和实心棒。工作温度约为1700℃，在此高温下导 电并发射红外线。但在室温下是非导体，因此，在工作 之前要预热。它的特点是发射强度高，使用寿命长，稳 定性较好。 硅碳棒是由碳化硅烧结而成，工作温度在1200-1500℃ 左右。
ε>100 非常强峰(vs) 20<ε<100 强 峰(s) 10<ε<20 中强峰(m) 1<ε<10 弱 峰(w)
红外光谱
AX 2型分子
s δ CH2 ～ 1465+20 cm -1
面外摇摆ω：两个X原子同时向面下或面上的振动
AX 2型分子
ω CH2 ～ 1300 cm -1
注意：
不是所有的振动都能引起红外吸收，只有偶极 矩(μ)发生变化的，才能有红外吸收。
H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外 吸收。
2）共轭效应（C）
－共轭使不饱和键振动频率移向低波数区
共轭效应使电子离域, 双键性 , K ,吸收波数 .
问题2 : 下列化合物的C=O 吸收波数为什么有
高低之分？
H3C H3C
O2N
C H O
C H O
N
C H O
A 1708 cm-1
B 1690 cm-1
C 1660 cm-1
p－共轭:
CH2
1775 cm-1 1850 cm-1
CH2 CH2
1650 cm-1
1657 cm-1
1678 cm-1
1781 cm-1
1639 cm-1
1623 cm-1
1566 cm-1
1541 cm-1
4.氢键效应
分子内氢键：
分子内氢键使伸缩频率向低波数移动，谱带变宽
注意：分子内氢键，不受浓度影响
：折合质量
k：力常数，与键长、键能有关：键能↑（大），键 长 ↓(短)，k↑。
从基态跃迁到第一激发态，产生的谱带称为基频 峰（fundamental bands），特点是峰较强。
从基态跃迁到第二激发态，产生的谱带称为倍频
峰（overtone bands），特点是峰较弱。 真实分子的化学键并非理想谐振子，其倍频峰频
紫外,可见,近红外分光光度计检定规程（JJG178
一.光的基本常识无线电披是电磁波光、X射线、Y射线也都是电磁波它们的区别仅在于频率或被民有很大差别。
光波的频率比无线电波的频率要高很多光波的波长比无线电波的波长短很多而X射线和y tr线的频率则更高波长则更短.为了对各种电磁波有个全面的了解人们按照被民或频率的顺序把这些电磁波排列起来这就是电磁波谱。
下面是电磁波i曾: 交流电: 波民可达数千公里如果需要还可以制造出波长更长的。
总之理论上无上限〉由于辐射强度随频率的减小而急剧下降因此波民为几百千米005米〉的低频电磁波强度很弱通常不为人们注意. 无钱电披z 长波波长在几公里至儿十公里-100KHz 中波〈被约在3公里至约50米100KHz-6阳z 短波〈被长约在50米至约10米: 6附Iz-30MHz 徽波波长范围约10米至l毫米??30MHz-30GHz 无线电广播和通信使用中波和短波.电视、雷达、孚机使用微波。
红外线: 30GHz40THz 波长约O. 75微米至1毫米。
l毫米1000微米?? 6微米以上卫称远红外 1. 5微米以下卫称近红外. 近年来一方面由于超短波无线电技术的发展无线电波的范围不断朝波长更短的方向发展另一方面由于红外技术的发展红外线的范围不断朝被长更长的方向扩展目日前超短波和红外线的分界已不存在其范围有一定的王叠可见光: 40THz-80THz 波长约800至400纳米通常是780至380纠米人眼可见的光。
l微米1000 纳米。
可见光又细致划分为- 红750-630纳米:橙630-600纳米黄600-570纳米:绿570-490纳米青490-460 纳米蓝460-430纳米:紫430-380纳米紫外线: 80THz--3200THz 可见紫色光以外的一段电磁辐射波长约在10至400纳米施固.又可细致划分为: 真空紫外10--200纳米:短波紫外线200-290纳米中波紫外29←-320纳米伏波紫外320-400纳米. 这些被产生的原因和光波类似常常在放电时发出.由于它的能量和一般化学反应所牵涉的能量大小相当因此紫外光的化学效应最强X射线: 披长约在0.01埃至10纳米. l纳米10埃?? 伦琴射线ex射线〉是电原子的内层电子由一个能态跳至另一个能态时或电子在原子核电场内减速时所发出的随着X射线技术的发展它的被民范围也不断朝着两个方向扩展。
紫外可见近红外汇总
3.蛋白质定量 测量 280nm吸光度
4.细菌细胞密度 测定600nm处吸光度
5.甲醛测量
测定410nm处吸光度、
6.免疫蛋白的测定 测定340nm处吸光度
光谱仪的基本原理是建立在光与物质相互作用的基础 上,当光子和某一物质中吸收辐射的物质分子相碰撞时, 就发生吸收,测量其吸光度值的大小可反映某种物质存 在的量的多少。光的吸收程度与浓度有一定的比例关 系,这就是著名的朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律。
紫外可见近红外光谱仪的定量分析基础是朗伯-比尔 (Lambert-Beer)定律。即物质在一定浓度 的吸光度与 它的吸收介质的厚度呈正比，其数学表示式如下：
织物 积分球附件
紫外辐射通过织物的透过性或者阻挡性能 AATCC 1832004
测试范围：评定制作防紫外线辐射纺织品的织物阻碍或 者透过紫外线辐射的能力。
波长范围：280-400nm
积分球附件
紫外可见分光光度计上的应用
1.核算浓度
测量 260nm 吸光度
2.核算纯度
测量260nm/280nm吸光度
波长重复性：
透过率精度： 杂散光： 光谱带宽：
内容
190nm-2800nm
±0.5nm（UV/VIS） ±4nm（NIR） ±0.3nm（UV/VIS）；±2nm （NIR） 0.3%T；
≤0.1%T(220nm)
紫 外 可 见 ： 0.2nm 、 0.5nm 、 1.0nm 、1.5nm、2.0nm、4.0nm 近红0.4-16.0nm（自动、手动）
射比特性要求 测定方法：
波长范围：280nm-780nm
化妆品 透射测量
白色油紫外吸光度测定法GB11081-89 测定范围：化妆、医用及食品及白色油 测定方法： 样品用二甲基亚砜萃取，测定范围260-350nm ，石英
红外光谱
(3)1900 1200 cm-1 双键伸缩振动区 (4)1200 670 cm-1 X—Y伸缩， X—H变形振动区
分子结构与吸收峰
1． X—H伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ）
—O—H 3650 3200 cm-1 确定 醇、酚、酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强 吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。
1660 cm -1
空间效应
空间效应：场效应；空间位阻；环张力
C H
3060-3030 cm-1 2900-2800 cm-1
1576cm-1 1611cm -1 1644cm - 1
C H2 C H2 C H2 C H2
1781cm -1 1678cm -1 1657cm -1 1651cm
-1
2.振动方程式（Hooke定律）
振
1 2 k
m1 .m2 m1 m2
式中：k — 化学键的力常数，单位为N.cm-1 μ — 折合质量，单位为 g
力常数k：与键长、键能有关：键能↑（大），键长 ↓(短)，k↑。
化学 键 C― C C＝ C C≡ C 键长 （nm） 0.154 0.134 0.116 键能 （KJ mol-1） 347.3 610.9 836.8 力常数 k（N.cm-1） 4.5 9.6 15.6 波数范围 （cm-1） 700～1200 1620～1680 2100～2600
O-C-O键伸缩振动 (1250-1050 cm-1)
基团吸收带数据
伸 缩 振 动
基团吸收 带数据
特 征 吸 收 带 （ 伸 缩 振 动 ） 指 纹 吸 收 带
含 氢 化 学 键
伸 缩 振 动 变 形 振 动
紫外可见近红外在化工领域的应用
紫外可见近红外在化工领域的应用一、紫外可见近红外的基本原理紫外可见近红外是指波长范围在200至1100纳米之间的光谱范围，它包括紫外光、可见光和近红外光。
这一光谱范围对于化工领域具有重要意义，因为它能够提供许多化学物质的光学信息。
二、紫外可见近红外在催化剂研究中的应用1.催化剂的活性测试紫外可见近红外光谱技术可以用于催化剂的活性测试。
通过测量催化剂在紫外可见近红外光谱范围内的吸收、散射或发射光谱，可以评估催化剂的活性和稳定性。
2.催化剂的表征和监测紫外可见近红外光谱技术还可以用于催化剂的表征和监测。
通过测量催化剂在紫外可见近红外光谱范围内的光谱特征，可以了解催化剂的结构、组分和表面性质，从而为催化剂的设计和优化提供重要信息。
三、紫外可见近红外在化学反应动力学研究中的应用1.反应物和产物的监测紫外可见近红外光谱技术可以用于监测化学反应过程中的反应物和产物。
通过测量反应物和产物在紫外可见近红外光谱范围内的光谱特征，可以实时跟踪反应物的消耗和产物的生成。
2.反应动力学参数的测定紫外可见近红外光谱技术还可以用于测定化学反应的动力学参数。
通过分析反应物和产物在紫外可见近红外光谱范围内的吸收光谱，可以得到反应速率常数、反应活化能等重要参数，从而深入了解化学反应的动力学过程。
四、紫外可见近红外在化学传感器研究中的应用1.化学物质的检测和分析紫外可见近红外光谱技术可以用于化学物质的检测和分析。
通过测量化学物质在紫外可见近红外光谱范围内的吸收、散射或发射光谱，可以实现对化学物质的快速、准确的检测和分析。
2.环境监测和食品安全紫外可见近红外光谱技术还可以用于环境监测和食品安全领域。
通过开发基于紫外可见近红外光谱技术的化学传感器，可以实现对环境污染物和食品添加剂的快速、实时监测，为环境保护和食品安全提供重要支持。
五、紫外可见近红外在药物分析和质量控制中的应用1.药物成分的检测和分析紫外可见近红外光谱技术可以用于药物成分的检测和分析。
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2019年6月9日星期日
近红外技术在我国饲料研究与应用进展
七五期间，近红外定标软件的研制列入国家攻关计划。 在此期间以中国农科院畜牧研究所为首，全国近20家研究所联合完 成了 饲料用玉米等九个能量饲料 大豆粕等4个蛋白饲料 苜蓿粉等7个粗饲料 蛋鸡配合料
近红外应用领域
食品分析仪器
乳制品检测 谷物 饲料& 饲草 食品加工 肉制品 酿酒 制糖
工业分析仪器
化学 制药 聚酯 石油化工
Dedicated Analytical Solutions
2019年6月9日星期日
FOSS 近红外技术在农业/食品应用举例
农业
配合饲料 Moisture, CP. EE, Fiber, Ash, Ca, P, Salt, AA, ME
Dedicated Analytical Solutions
2019年6月9日星期日
近红外定量分析在饲料质量分析中的地位
1984 美国公职分析家学会(AOAC) 989.03: NIR成为分析饲料中蛋白，酸性洗涤纤维，中性 洗涤纤维 的标准方
法
1985年国际谷物技术协会采用NIR技术测定蛋白
馔写人 国家饲料质量监督检验中心 杨曙明 宋荣
Dedicated Analytical Solutions
2019年6月9日星期日
近红外光谱理论
Dedicated Analytical Solutions
2019年6月9日星期日
近红外光谱波长范围
紫外 可见
近红外
200 50,000
400 25,000
这些工作为NIR技术在我国农业上的应用提供了大量的基础数 据
Dedicated Analytical Solutions
2019年6月9日星期日
NIR技术已正式列入我国饲料国标
GB /T 18868-2002 饲料中水分、粗蛋白、粗纤维、粗脂肪、赖氨酸、蛋氨 酸、快速测定近红外光谱法
Method for determination of moisture, crude protein, crude fiber, crude fat , lysine and methinione
800 14,285
2500 4,000
定量分析
成分定量分析
分子光表谱观颜色分析 分子光谱
Dedicated Analytical Solutions
2019年6月9日星期日
中红外
25,000 nm 400cm-1
官能团定性分析 分子光谱
近红外是如何工作的?
近红外光谱研究物质分子对近红外光（能量）的吸收 界于电磁波谱800-2500nm光谱区段 它属于分子光谱的研究范畴，即研究物质分子与电磁波的相互作用.
Dedicated Analytical Solutions
2019年6月9日星期日
光谱理论….
频率 是指单位 时间的振动数目 振幅 是 振动双极的振动距离
Dedicated Analytical Solutions
2019年6月9日星期日
光谱理论….
当光能与分子振动能量相匹配时，分子将吸收光能， 振动能级将跃迁为新能级，表征为振动振幅的增加
干物质，粗蛋白，粗纤维，和灰分组分的定标数据库建立和定量分 析工作
Dedicated Analytical Solutions
2019年6月9…
6个饲料的消化能和代谢能含量分析 大麦等4个饲料原料的氨基酸分析 米糠饼等6个饲料的植酸磷分析 饲料添加剂中喹乙醇分析的定标工作
Dedicated Analytical Solutions
2019年6月9日星期日
伸缩振动
Dedicated Analytical Solutions
2019年6月9日星期日
弯曲 振动- 面内弯曲 (1)
Dedicated Analytical Solutions
2019年6月9日星期日
弯曲振动 – 面外弯曲 (2)
Dedicated Analytical Solutions
2019年6月9日星期日
USDA 89-01 (大豆中的蛋白，油份) 90-101 (小麦中的蛋白) Foss Tecator
ACCC 小麦中的蛋白,硬度，水分 Foss NIRSystems
近红外定量分析在饲料质量分析中的地位
1975年加拿大谷物委员会正式确定NIR为该国官方的蛋白质分析 方法 1979年NIR成为官方分析油料中单葡萄糖苷的快速测定方法 1983年成为快速测定油料中不饱和脂肪酸的官方分析方法
在新能级时，分子振动频率保持不变
Dedicated Analytical Solutions
2019年6月9日星期日
分子振动能级跃迁
Dedicated Analytical Solutions
2019年6月9日星期日
近红外区吸收
近红外光谱主要是由分子中O-H, N-H, C-H, S-H 键的振动 吸收 引起的
Dedicated Analytical Solutions
2019年6月9日星期日
光谱理论
广义的红外光谱（包括中红外光谱及近红外光谱） 是由分子振动吸收引起的
红外活性分子(包括对中红外及近红外谱区能量吸 收分子）可理解为 一振动双极的机械模型（双极 具有 电荷分离），每一双极模型其振动具有特殊 的频率及振幅。
食品加工 糖品中锤度和旋光度
乳制品 黄油，乳酪中的油份和水分
食用油的碘值 IV, POV, 鲜奶中的水分，乳脂和总固形物 PHOS, FFA, Moisture, SFC
饲草
糕点中蛋白，油份和水分 乳清制品中的蛋白和总固形物
青储饲料
啤酒和饮料中的酒精
Dedicated Analytical Solutions
2019年6月9日星期日
奶粉中的水分、蛋白、油份和灰份 酸奶中乳脂 & 总固形物
NIR技术目前所获得的国际认可
AACC 39-21 (大豆中的蛋白 ,油份 , 水分) 39-21A (小麦中蛋白 、水分) Foss Tecator
AOAC 989.03 (蛋白, 酸性洗 涤纤维,水分) Foss NIRSystems