傅里叶变换红外光谱.-傅里叶红外光谱117页PPT
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红外光谱傅里叶变换
红外光谱傅里叶变换
傅里叶变换红外光谱仪（Fourier Transform Infrared Spectrometer，简称FTIR）是一种将傅里叶变换的数学处理与红外光谱相结合的分析鉴定方法。
它主要由光学探测部分和计算机部分组成。
当样品放在干涉仪光路中，由于吸收了某些频率的能量，使所得的干涉图强度曲线相应地产生一些变化。
通过数学的傅立叶变换技术，可将干涉图上每个频率转变为相应的光强，而得到整个红外光谱图。
傅立叶变换红外光谱仪同时收集一个大范围范围内的光谱数据，这给予了在小范围波长内测量强度的色散光谱仪一个显著的优势。
虽然FTIR已经能够做出色散型红外光谱，但使用的并不普遍（除了有时候在近红外），开启了红外光谱新的应用。
傅立叶转换红外光谱仪是源自于傅立叶转换（一种数学过程）需要将原始数据转换成实际的光谱。
基本概念是所有吸收光谱的目的（FTIR、紫外光－可见（"UV-Vis"）光谱，等等），是要测量样本在每个波长吸收了多少的光。
这是紫外－可见光谱仪作用的方法。
傅里叶转换光谱是一较不直观的方法。
接下来，此束光被修改成另一组的频率，提供第二个数据。
过程重复进行多次。
此光源含所有波长的光谱，傅里叶转换光谱就是利用此光来进行测量。
过程中，所需的转换是一种常见的算法，称为傅立叶转换（因此命名为"傅立叶变换红外光谱"），而原始的数据也被称为"干涉图"。
第四章 傅里叶红外光谱
4
10 ―――波数（cm-1）
―――波长 (µm)
(11)
1 2 )
4.2 润滑油的傅里叶红外光谱分析
4.2.2 红外光谱定量分析原理
分子基团对红Biblioteka 辐射的特征吸收是进行定量分析的基础
样品的吸光性通过分光计进行间接的测量
红外光照射样品后到达分光检测器的光强 强度 之比称为透过率 ，即：
子基团的特征吸收谱带也叫特征峰。吸收谱带极大值的波数位置 称为特征频率。进行基团定性时，是根据基团特征吸收峰来判断 基团的存在与否
(10)
4.2 润滑油的傅里叶红外光谱分析
波数是红外吸收光谱图横坐标常用的物理量之一，单位为cm-1。它 是描述红外线振动特性的物理量。波数与波长的换算关系是：
式中：
(22)
4.3 在用油红外光谱参数的识别
通常表征润滑油硝化的峰位在～1630 cm-1附近；典型值则为20A·cm-1，高值 ＞40 A·cm-1
图为新油和深度硝化在用油的红外光谱 对比（上谱线为深度硝化在用油，下谱 线为新油），硝化深度的急剧增加，意 味着因高温和燃烧条件恶化而生成了大 量的氮氧化物
(3)
4.1 傅里叶红外光谱仪法
4.1.1 傅里叶红外光谱仪的工作原理 红外光谱仪（FT-IR）主要由红外光源、 吸收池、分光系统、检测 系统等几部分组成 检测时，从光源发出的红外光，经过迈克尔逊干涉仪变成干涉光 （消除杂光），再让干涉光经过样品，到探测器，探测器检测到透 过油样的红外线强度，并将其转换成与油样成分、含量相对应的电 压值，然后利用计算机系统把干涉图进行数字变换，最后得到光谱 图 FT－IR光谱仪的核心光学部件为迈科尔逊干涉仪，干涉仪的使用， 提高了红外光谱仪的灵敏度和准确性
傅里叶红外光谱成像技术 ppt课件
成像模式选择之后，将样品置于红外显 微镜的样品台上，进行Z 轴方向的上下 调节从而可实现LED 白光和入射红外光 有效聚焦到待测样品位置。在清晰聚焦 之后，调节（移动）样品台来确定可见 光成像区域。在可见光成像的基础上选 择ROI（region of interest）进行红外 光谱显微成像。
通过样品台的精确移动和探测器对样品的 同步扫描和计算机数据处理，获得ROI 的 每个像素的XY 坐标和红外光谱。这些探测 器测量目标范围内全波段光谱的平均吸收 率（或透射率） ，并采用一定的颜色（范 围）来表示，即（Artifact），从而ROI 显 示以彩色图像。在任意像素所对应的红外 光谱上选择某特征谱带，即可衍生出该特 征谱带所对应的特征基团或该基团所代表 的某特征成分在样品的ROI 内的分布情况， 此即成分图像（Chemical Image） 。从 而可形象直观的分析样品组分、结构特征、 特征基团的空间分布及其变化等。
透射模式
反射模式
相比较于透射模式，反射模式则是在制样和操作上更易实现的一种成像模 式。为了保证成像和光谱质量，对于载玻片亦有特殊要求。在中红外波段， 多采用特制的表面镀银的（low‐emission）载玻片，降低了实验成本。 此种载玻片对LED 发出的白光透射而对红外光反射（反透射） ，从而可顺 利实现可见光成像和红外光谱显微成像，同时进一步提高红外成像的质量。
与其他较罕见的骨病相比较，骨质疏松症osteoporosis是一种很普通的与年 龄相关的疾病。它的发生涉及到骨或骨小梁的损失。FTIRI 应用于骨质疏松 症的研究之前，一系列的红外光谱和X‐ray 衍射研究表明：与年龄一致的健 康骨骼相比较，骨质疏松症患者体内的矿物质含量连续降低，而晶粒尺寸和 完善程度将增加、减少或者不变。但是具体的变化方式尚未有定论。应用红 外显微光谱及其成像技术恰可以完美地揭示这些变化，包括骨的超结构，能 鉴别这些在正常组织和骨质疏松组织之间的重要的差别，并排除断裂面的愈 合组织或者微裂缝。通过对大量患有骨质疏松症的男女患者的活检（多位置） 分析，发现矿物质和基质比降低，而结晶度增加，胶原蛋白成熟度也在增加。
气相色谱——傅里叶变换红外光谱联用技术(GC-FTIR)ppt课件
官 能 团 色 谱 图
14
+ 由GC-FTIR数据重建这种色谱图的方法主要有两种类型： 一种是吸收重建，即将数据采集过程中的全窗口吸收或 某个窗口吸收对数据点进行积分，由此而重建的色谱图源自能 全 面 反 应 色 谱
不 能 实 时 检 查
流
出
情
况
15
+ 干涉图重建，即Gram-Schmidt重建色谱图
③为使样品在光管中保持气态，至少要使光管保持与色 谱柱相同的温度。光管温度越高，光能量损失越大。
8
冷冻捕集接口优点：高信噪比，低检测限： ①基体隔离技术，由于样品分子在液体氩带上以斑点方式隔 离存在，既没有分子间的相互作用又没有分子转动，所以谱 峰尖锐，强度高。
②检测限高。一般样品的检测限在100-200pg之间，对于强 吸收样品，其检测限达到10-50pg。
25
+ 随着GC-FTIR联用技术的不断发展和完善，目前它已成为 复杂有机混合物定性、定量分析的有效手段，在环保、医 药、化工、石油工业、食品、香料和生化等领域得到了广 泛的应用。
+ 复杂香精油的分析 + 香料香精是日化产品中的必备原料，其组分复杂、含有同
分异构体。用GC-FTIR联用技术可将一个复杂香精油含有 的组分一一分离，并可以对每个组分进行定性定量分析。
4
+ “接口”是联用系统的关 键部分，GC通过接口实现 与FTIR间的在线联机检测。 目前商品化的GC-FTIR接 口有两种类型，光管接口 和冷冻捕集接口。
1、光管 光管是作为GC-FTIR接口 的光管气体池的简称，是 目前应用最广泛的接口
5
6
+ 冷冻捕集接口又称低温 收集器
+ 冷冻捕集接口的关键部 分是冷盘。据文献资料 介绍，冷盘直径100mm， 厚6mm，此盘被置于 1.3×10-4Pa（1×106Torr）的真空舱内，借 助于氦冷冻机将其保持 在12K左右。
14
+ 由GC-FTIR数据重建这种色谱图的方法主要有两种类型： 一种是吸收重建，即将数据采集过程中的全窗口吸收或 某个窗口吸收对数据点进行积分，由此而重建的色谱图源自能 全 面 反 应 色 谱
不 能 实 时 检 查
流
出
情
况
15
+ 干涉图重建，即Gram-Schmidt重建色谱图
③为使样品在光管中保持气态，至少要使光管保持与色 谱柱相同的温度。光管温度越高，光能量损失越大。
8
冷冻捕集接口优点：高信噪比，低检测限： ①基体隔离技术，由于样品分子在液体氩带上以斑点方式隔 离存在，既没有分子间的相互作用又没有分子转动，所以谱 峰尖锐，强度高。
②检测限高。一般样品的检测限在100-200pg之间，对于强 吸收样品，其检测限达到10-50pg。
25
+ 随着GC-FTIR联用技术的不断发展和完善，目前它已成为 复杂有机混合物定性、定量分析的有效手段，在环保、医 药、化工、石油工业、食品、香料和生化等领域得到了广 泛的应用。
+ 复杂香精油的分析 + 香料香精是日化产品中的必备原料，其组分复杂、含有同
分异构体。用GC-FTIR联用技术可将一个复杂香精油含有 的组分一一分离，并可以对每个组分进行定性定量分析。
4
+ “接口”是联用系统的关 键部分，GC通过接口实现 与FTIR间的在线联机检测。 目前商品化的GC-FTIR接 口有两种类型，光管接口 和冷冻捕集接口。
1、光管 光管是作为GC-FTIR接口 的光管气体池的简称，是 目前应用最广泛的接口
5
6
+ 冷冻捕集接口又称低温 收集器
+ 冷冻捕集接口的关键部 分是冷盘。据文献资料 介绍，冷盘直径100mm， 厚6mm，此盘被置于 1.3×10-4Pa（1×106Torr）的真空舱内，借 助于氦冷冻机将其保持 在12K左右。
傅里叶变换红外光谱分析
1000cm-1。
弯曲振动也有类似的关系，例如，HCH和
CCC各自键角的变化频率分别出现在1450cm-1
和400～300cm-1附近。
红外吸收光谱分析
Hook‘s Law 的讨论
虎克定律（ ~ (k /m)1/2）
（2）k 值增大则 增大。即原子间的键能越大， 振动频率越高。各种碳碳键伸缩振动的吸收频率 比较如下：
2. IR光谱的产生条件
红外吸收光谱分析
当偶极子处在电磁辐射的电场中时，此电场作周 期性反转，偶极子将经受交替的作用力而使偶极距 增加和减小。由于偶极子具有一定的原有振动频率， 只有当辐射频率与偶极子频率相匹配时，分子才与 辐射发生相互作用（振动偶合）而增加它的振动能， 使振动加激（振幅加大），即分子由原来的基态振 动跃迁到较高的振动能级。
2. IR光谱的产生条件
红外吸收光谱分析
只有发生偶极距变化的振动才能引起可观测
的红外吸收谱带，我们称这种振动活性为红外活
性的，反之为非红外活性的。
当一定频率的红外光照射分子时，如果分子
中某个基团的振动频率和它一样，二者就会产生
共振，此时光的能量通过分子偶极距的变化而传
递给分子，这个基团就吸收一定频率的红外光，
红外吸收光谱分析
2. IR光谱的产生条件 通常用分子的偶极矩 来描述分子极性的大小:
= q ·d
图6-13 HCl、H2O的偶极矩
红外吸收光谱分析
由于分子内原子处于在其平衡位置不断地振动 的状态，在振动过程中d 的瞬时值亦不断地发生
变化，因此分子的 也发生相应的改变，分子亦
具有确定的偶极距变化频率。 对称分子由于正负电荷中心重叠，d=0，故=0。
分子振动的形式与谱带
气相色谱-傅里叶变换红外光谱联用技术分解PPT文档共86页
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
气相色谱-傅里叶变换红外光谱联用技 术分解
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
谢谢！
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
气相色谱-傅里叶变换红外光谱联用技 术分解
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
傅里叶变换红外光谱仪ppt课件
12
（2）共轭效应 共轭效应使共轭体系中
的电子云密度平均化，即双键键强减小， 振动频率红移 (减小）。也以C＝O为例：
13
空间效应
（1）空间位阻 破坏共轭体系的共平面性，使 共轭效应减弱，双键的振动频率蓝移（增大）。
CH(CH3)2
O
O
O
CH3
1663cm-1
CH3 CH3
1686cm-1
CH3 CH(CH3)2
叁键和
CC、CN、NN和
累积双键区 2500~2000cm-1 C＝C＝C、N＝C＝O
等的伸缩振动
双键区 单键区
2000~1500cm-1 C=O、C=C、C=N、 NO2、苯环等的伸缩振动
1500~400cm-1 C－C、C－O、C－N、 C－X等的伸缩振动及含
氢基团的弯曲振动。
9
红外吸收峰的类型
• 基频峰 分子吸收一定频率的红外光，若振动能级
由基态（n=0）跃迁到第一振动激发 （n=1）时，所产生的吸收峰称为基频峰。 由于n=1，基频峰的强度一般都较大，因 而基频峰是红外吸收光谱上最主要的一 类吸收峰。 • 泛频峰 包括：倍频峰、合频峰、差频峰，一般都 很弱常观测不到。
10
影响基团频率位移的因素
23
傅里叶变换红外光谱仪的工作原理图
24
迈克尔逊红外干涉仪原理图
25
光源
1.能斯特灯 由粉末状氧化锆、氧化钇、氧化钍等稀土氧化 物加压成型，并在高温下烧结成的空心或实心 细棒,功率为50-200W，波长2-25μm寿命1000h。
2.硅碳棒 由硅砂加压成型，并在高温下烧结成的两端粗 中间细的实心棒，功率200-400W，波长230μm，寿命大于1000h。
（2）共轭效应 共轭效应使共轭体系中
的电子云密度平均化，即双键键强减小， 振动频率红移 (减小）。也以C＝O为例：
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空间效应
（1）空间位阻 破坏共轭体系的共平面性，使 共轭效应减弱，双键的振动频率蓝移（增大）。
CH(CH3)2
O
O
O
CH3
1663cm-1
CH3 CH3
1686cm-1
CH3 CH(CH3)2
叁键和
CC、CN、NN和
累积双键区 2500~2000cm-1 C＝C＝C、N＝C＝O
等的伸缩振动
双键区 单键区
2000~1500cm-1 C=O、C=C、C=N、 NO2、苯环等的伸缩振动
1500~400cm-1 C－C、C－O、C－N、 C－X等的伸缩振动及含
氢基团的弯曲振动。
9
红外吸收峰的类型
• 基频峰 分子吸收一定频率的红外光，若振动能级
由基态（n=0）跃迁到第一振动激发 （n=1）时，所产生的吸收峰称为基频峰。 由于n=1，基频峰的强度一般都较大，因 而基频峰是红外吸收光谱上最主要的一 类吸收峰。 • 泛频峰 包括：倍频峰、合频峰、差频峰，一般都 很弱常观测不到。
10
影响基团频率位移的因素
23
傅里叶变换红外光谱仪的工作原理图
24
迈克尔逊红外干涉仪原理图
25
光源
1.能斯特灯 由粉末状氧化锆、氧化钇、氧化钍等稀土氧化 物加压成型，并在高温下烧结成的空心或实心 细棒,功率为50-200W，波长2-25μm寿命1000h。
2.硅碳棒 由硅砂加压成型，并在高温下烧结成的两端粗 中间细的实心棒，功率200-400W，波长230μm，寿命大于1000h。
傅立叶红外光谱介绍.pptx
學習目標
先看看H2O和CO2分子的譜圖產生情況：
10
IIR
CO2分子的振動
學習目標
11
IIR
紅外光譜產生的條件
學習目標
條件： (1) 輻射應具有能滿足物質產生振動躍遷所需的能量。 (2) 輻射與物質間有相互偶合作用。
對稱分子： 沒有偶極矩，輻射不能引起共振， 無 紅外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。
3.機械軸承干涉儀在不採集紅外數據時，會自動的處於休眠狀態。紅外資 料獲取後，過一段時間，如果不再採集資料，干涉議的動鏡就會停止移 動。一旦重新採集資料，干涉儀的動鏡馬上就會移動。這樣有利於延長 軸承干涉儀的使用壽命。
IIR
FTIR儀器結具構體結構解釋
學習目標
FTIR主要有光源、干涉儀、檢測器、電腦和記錄系統 組成。分為三部分：光學系統、電腦、印表機。
光學系統有干涉儀、光源、光闌、樣品室、檢測器、氦氖雷射器、 控制電路組成
干 涉 儀 種 類
21
FTIR光譜儀中使用的空氣軸干涉儀光路示意圖
學習目標
數
位
固定鏡
訊
號
18
IIR
邁克爾遜干涉儀-1
學習目標
干涉儀
BM
l
0 -l
動鏡
19
定鏡
BF
分束器
IR 光源
BF = BM
光程差 = 0
檢測器
IIR
波的相互作用(干涉)
學習目標
同相 相長干涉
+
=
異相 相消干涉
+
=
21
IIR
FTIR儀器結構
學習目標
干涉儀
試 樣
DTGS或 MTC檢測
先看看H2O和CO2分子的譜圖產生情況：
10
IIR
CO2分子的振動
學習目標
11
IIR
紅外光譜產生的條件
學習目標
條件： (1) 輻射應具有能滿足物質產生振動躍遷所需的能量。 (2) 輻射與物質間有相互偶合作用。
對稱分子： 沒有偶極矩，輻射不能引起共振， 無 紅外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。
3.機械軸承干涉儀在不採集紅外數據時，會自動的處於休眠狀態。紅外資 料獲取後，過一段時間，如果不再採集資料，干涉議的動鏡就會停止移 動。一旦重新採集資料，干涉儀的動鏡馬上就會移動。這樣有利於延長 軸承干涉儀的使用壽命。
IIR
FTIR儀器結具構體結構解釋
學習目標
FTIR主要有光源、干涉儀、檢測器、電腦和記錄系統 組成。分為三部分：光學系統、電腦、印表機。
光學系統有干涉儀、光源、光闌、樣品室、檢測器、氦氖雷射器、 控制電路組成
干 涉 儀 種 類
21
FTIR光譜儀中使用的空氣軸干涉儀光路示意圖
學習目標
數
位
固定鏡
訊
號
18
IIR
邁克爾遜干涉儀-1
學習目標
干涉儀
BM
l
0 -l
動鏡
19
定鏡
BF
分束器
IR 光源
BF = BM
光程差 = 0
檢測器
IIR
波的相互作用(干涉)
學習目標
同相 相長干涉
+
=
異相 相消干涉
+
=
21
IIR
FTIR儀器結構
學習目標
干涉儀
試 樣
DTGS或 MTC檢測