傅里叶变换红外光谱仪-丁齐全解
傅里叶变换红外光谱仪-丁齐共39页PPT
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥ห้องสมุดไป่ตู้一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
傅里叶变换红外光谱仪解析
傅里叶变换红外光谱仪解析仪器分析综述系别：生物科学与技术系班级：09食品2 姓名：欧阳凡学号：091304251傅里叶变换红外光谱仪前言随着计算方法和计算技术的发展，20世纪70年代出现新一代的红外光谱测量技术及仪器--傅里叶变换红外光谱仪（Fourier Transform Infrared Spectrometer，简写为FTIR ,简称为傅里叶红外光谱仪。
它不同于色散型红外分光的原理，是基于对干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而开发的红外光谱仪，主要由红外光源、光阑、干涉仪（分束器、动镜、定镜）、样品室、检测器以及各种红外反射镜、激光器、控制电路板和电源组成。
可以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。
正文傅里叶变换红外光谱仪分光光度计由光学检测系统、计算机书籍处理系统、计算机接口、电子线路系统组成。
光源发出的光被分束器（类似半透半反镜）分为两束，一束经反射到达动镜，另一束经透射到达定镜。
两束光分别经定镜和动镜反射再回到分束器，动镜以一恒定速度作直线运动，因而经分束器分束后的两束光形成光程差，产生干涉。
干涉光在分束器会合后通过样品池，通过样品后含有样品信息的干涉光到达检测器，然后通过傅里叶变换对信号进行处理，最终得到透过率或吸光度随波数或波长的红外吸收光谱图。
光学检测系统由迈克逊干涉仪、光源、检测器组成、迈克逊干涉仪内有两个相垂直的平面反射镜M1、M2和一个与两镜成45度角的分束器，M1可沿镜轴方向前后移动。
自光源发出的红外光经准直镜M3反射后变为平行光束，照在分束器上后变成两束光。
其中一束被反射到可动镜头M1后又被M1反射回分束器，并在分束器上再次分城反射光和透射光，透射光部分照在举聚光镜M4上，然后到到达探测器，另一束光透过分束器，射在固定镜M2上，并被M2反射回分束器，在分束器上再次发生反射和透射，反射部分照在聚光镜M4上，最后也到达探测器。
傅里叶变换红外光谱仪-丁齐报告
FTIR基本结构
迈克尔逊（Michelson）干涉仪及其工作原理
是FTIR的核心部件，其作用是将复色光变为干涉光。
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FTIR基本结构
单色光的干涉图：
•当光程差是1/2λ的偶数倍时，两束光相位相同，产生相长干涉，亮度最强 •当光程差是1/2λ的奇数倍时，两束光相位相反，产生相消干涉，亮度最弱 •光程差介于两者之间时，相干光强度也对应介于最强和最弱之间。
A——为吸光度，没有单位 a——为消光系数 b——槽厚，cm c——浓度，mol·L-1
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FTIR基本结构
复色光的干涉图：当动镜连续往返移动时，检测器的信号将呈现余弦变化 。动镜每移动 距离时，信号则从最强到最弱周期性变化一次。如图（a） 所示。图（b）为另一频率ν2的单色光经干涉仪后的干涉图。如果是频率ν1 、 ν2光一起进入干涉仪，则得到两种单色光干涉图的加合图，如图（c）所 示 。当入射光是连续频率的多色光时，得到的是中心极大而向两侧迅速衰 减的对称干涉图，如图（d）所示。这种干涉图是所有各种单色光干涉图的 总加合图。
棱镜和光栅色散型红外光谱仪原理图
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红外光谱仪发展史
第三代 干涉型 70年代发展起来，其原理与色散型完全不同，特点是测量速度快，测量范 围宽，精度和分辨率高，典型代表是傅里叶变换红外光谱仪。（原理后面 讲）
第四代 激光红外光源 70年代末开始发展，能量高，单色性好，具有极高的灵敏度，可调激光 既作为光源又省去了分光系统。
• 扫描速度快 FTIR光谱仪是按照全波段进行数据采集的，得到的光 谱是对多次数据采集求平均后的结果，而且完成一次完整的数据采 集只需要一至数秒，而色散型仪器则需要在任一瞬间只测试很窄的 频率范围，一次完整的数据采集需要十分钟至二十分钟。
傅里叶变换红外光谱分析
一、FTIR概述 1. IR光谱在化学领域中的应用：
红外吸收光谱分析
分子结构基础研究: 应用IR测定分子的键长、键
角，以此推断出分子的立体构型；
(1) 根据所得的力常数可以知道化学键的强弱，由
简正频率来计算热力学函数等。
(2) 化学组成分析：根据光谱中吸收峰的位置和形
状来推断未知物结构，依照特征吸收峰的强度
分子振动的形式与谱带
红外吸收光谱分析
图6-17 直线型分子的运动状态 （a）、（b）、（c）平移运动（d）、（e）转动运动 （f）在z轴上反方向运动，使分子变形，产生振动运动
分子振动的形式与谱带
红外吸收光谱分析
如水分子的基本振动数为3×3-6 = 3，故水分子由 三种振动形式(图6-18)。O-H键长度改变的振动称为 伸缩振动。伸缩振动可分为两种，对称伸缩振动(用符
图6-16 双原子分子振动的弹簧球模型
Hook‘s Law 的讨论
红外吸收光谱分析
虎克定律（ ~ (k /m)1/2）得出频率与质量及键
能的关系有如下关系：
（1）m 增大时， 减小亦即重的原子将有低的振
动频率。
例如CH的伸缩振动频率出现在3300～
2700cm-1，CO的伸缩振动频率出现在1300～
红外吸收光谱分析
4. 分子振动的形式与谱带
双原子的振动是最简单的，它的振动只能发生在连结 两个原子的直线方向上，并且只有一种振动形式，即两原 子的相对伸缩振动。多原子分子的振动可分解为许多简单 的基本振动。
4. 分子振动的形式与谱带
红外吸收光谱分析
设分子由 n 个原子组成，每个原子在空间都有三个自 由度，原子在空间的位置可以用直角坐标系中的三个坐标
傅里叶红外光谱仪测试原理及常用制样方法
傅里叶红外光谱仪测试原理及常用制样方法傅里叶变换红外光谱仪由迈克耳逊干涉仪和数据处理系统组合而成,它的工作原理就是迈克耳逊干涉仪的原理。
迈克耳逊干涉仪的光路如图所示，图中已调到M2与M1垂直。
∑是面光源（由被单色光或白光照亮的一块毛玻璃充当），面上每一点都向各个方向射出光线，又称扩展光源，图中只画出由S点射出光线中的一条来说明光路。
这条光线进入分束板G1后，在半透膜上被分成两条光线，反射光线①和透射光线②，分别射向M1和M2又被反射回来。
反射后，光线①再次进入G1并穿出，光线②再次穿过补偿板G2并被G1上的半透膜反射，最后两条光线平行射向探测器的透镜E，会聚于焦平面上的一点，探测器也可以是观测者的眼睛。
由于光线①和光线②是用分振幅法获得的相干光，故可产生干涉。
光路中加补偿板G2的作用是使分束后的光线①和光线②都以相等的光程分别通过G1、G2两次，补偿了只有G1而产生的附加光程差。
M2′是M2被G1上半透膜反射所成的虚象，在观测者看来好象M2位于M2′的位置并与M1平行，在它们之间形成了一个空气薄膜。
移动M1即可改变空气膜的厚度，当M1接近M2′时厚度减小，直至二者重合时厚度为零，继续同向移动，M1还可穿越M2′的另一测形成空气膜。
最后通过观测干涉条纹的分布情况就可以获得我们所要的信息。
如果是傅里叶变换红外光谱仪，那还要加上对干涉信息的数据处理系统而最终获得我们的数据图表。
二.紫外;-;可见分光光度计定量分析法的依据是什么？比耳(Beer)确定了吸光度与溶液浓度及液层厚度之间的关系，建立了光吸收的基本定律。
○1. 朗伯定律当溶液浓度一定时，入射光强度与透射光强度之比的对数，即透光率倒数的对数与液层厚度成正比。
人们定义：溶液对单色光的吸收程度为吸光度。
公式表示为A=Lg （I0/It）○2.比耳定律当一束单色光通过液层厚度一定的均匀溶液时，溶液中的吸光物质的浓度增大dC，则透射光强度将减弱dI，-dI与入射光光强度I与dc的积成正比。
傅立叶变换红外光谱仪的基本原理及其应用
傅立叶变换红外光谱仪的基本原理及其应用傅里叶变换红外光谱仪（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，FTIR）是一种重要的分析仪器，其基本原理是利用傅里叶变换的原理进行红外光谱分析。
通过测量样品在不同波数下吸收或发射的红外辐射，可以获得样品的红外光谱图像，进而分析样品的化学成分和结构。
傅里叶变换的基本原理是任何一个周期函数都可以用一组正弦函数的无穷级数来表示，这组正弦函数的频率是原函数频率的整数倍。
对于傅里叶变换红外光谱仪，它将红外光在样品上通过的光强信号转换为频谱信号，再通过傅里叶变换将频谱信号转换为红外光强的波数分布图。
1.光源发出的连续谱光通过准直系统转化为平行光，再将平行光通过光学分束器分为参考光和样品光。
2.参考光和样品光经过光路调节后，分别经过干涉仪的两个通道。
3.干涉仪的两个通道引出的光分别经过两个光学衰减器调节光强，然后进入半导体探测器转换为电信号。
4.半导体探测器的输出信号经过预处理电路放大，再经过模数转换装置转换为数字信号。
5.数字信号经过傅里叶变换计算机利用傅里叶变换算法得到样品的红外光谱图像。
1.制药行业：可以用于药物成分的鉴定、含量的测定以及药物的质量控制。
2.化学行业：可以用于化学反应动力学的研究、有机物的结构表征等。
3.材料科学：可以用于材料的成分分析、物质的变换和反应过程的研究等。
4.聚合物行业：可以用于聚合物分子结构的分析和性能的研究。
5.环境监测：可以用于环境中有害物质的检测和分析，如大气污染物、水质污染物等。
总之，傅立叶变换红外光谱仪通过测量样品在不同波数下的红外光吸收或发射，利用傅里叶变换原理将光谱信号转换为波数分布图，从而实现对样品的结构和成分分析。
其在制药、化学、材料科学、聚合物和环境监测等领域有着广泛的应用。
傅里叶变换红外光谱仪解析
仪器分析综述系别：生物科学与技术系班级：09食品2 姓名：欧阳凡学号：091304251傅里叶变换红外光谱仪前言随着计算方法和计算技术的发展，20世纪70年代出现新一代的红外光谱测量技术及仪器--傅里叶变换红外光谱仪（Fourier Transform Infrared Spectrometer，简写为FTIR ,简称为傅里叶红外光谱仪。
它不同于色散型红外分光的原理，是基于对干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而开发的红外光谱仪，主要由红外光源、光阑、干涉仪（分束器、动镜、定镜）、样品室、检测器以及各种红外反射镜、激光器、控制电路板和电源组成。
可以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。
正文傅里叶变换红外光谱仪分光光度计由光学检测系统、计算机书籍处理系统、计算机接口、电子线路系统组成。
光源发出的光被分束器（类似半透半反镜）分为两束，一束经反射到达动镜，另一束经透射到达定镜。
两束光分别经定镜和动镜反射再回到分束器，动镜以一恒定速度作直线运动，因而经分束器分束后的两束光形成光程差，产生干涉。
干涉光在分束器会合后通过样品池，通过样品后含有样品信息的干涉光到达检测器，然后通过傅里叶变换对信号进行处理，最终得到透过率或吸光度随波数或波长的红外吸收光谱图。
光学检测系统由迈克逊干涉仪、光源、检测器组成、迈克逊干涉仪内有两个相垂直的平面反射镜M1、M2和一个与两镜成45度角的分束器，M1可沿镜轴方向前后移动。
自光源发出的红外光经准直镜M3反射后变为平行光束，照在分束器上后变成两束光。
其中一束被反射到可动镜头M1后又被M1反射回分束器，并在分束器上再次分城反射光和透射光，透射光部分照在举聚光镜M4上，然后到到达探测器，另一束光透过分束器，射在固定镜M2上，并被M2反射回分束器，在分束器上再次发生反射和透射，反射部分照在聚光镜M4上，最后也到达探测器。
因而这两束到达探测器的光油了光程差，成了相干光，移动可动镜M1可改变两束光程差。
傅里叶变换红外光谱仪ppt课件
（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。
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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。
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影响基团频率位移的因素
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傅里叶变换红外光谱仪的工作原理图
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迈克尔逊红外干涉仪原理图
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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。
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FTIR基本结构
复色光的干涉图：当动镜连续往返移动时，检测器的信号将呈现余弦变化 。动镜每移动 距离时，信号则从最强到最弱周期性变化一次。如图（a） 所示。图（b）为另一频率ν2的单色光经干涉仪后的干涉图。如果是频率ν1 、 ν2光一起进入干涉仪，则得到两种单色光干涉图的加合图，如图（c）所 示 。当入射光是连续频率的多色光时，得到的是中心极大而向两侧迅速衰 减的对称干涉图，如图（d）所示。这种干涉图是所有各种单色光干涉图的 总加合图。
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傅立叶变换红外光谱仪
傅立叶变换红外光谱仪（Fourier Transform Infrared Spectrometer ，FTIR光谱仪 ）是第三代红外光谱仪。经过麦克尔逊干涉仪的两束 相干光间的光程差改变，探测器所测得的光强也随之变化，再与样 品作用从而得到干涉图。探测器将得到的干涉信号送入到计算机进 行傅立叶变换的数学处理，把干涉图还原成红外光谱图。
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基本定义与原理
红外光
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基本定义与原理
红外光谱 光谱仪测得的红外光谱是由于分子振动能级（同时伴随转动能级）跃 迁而产生的，其吸收频率对应于分子的振动频率，物质吸收红外辐射应满 足： (1) 辐射光具有的能量应满足物质产生振动跃迁所需的能量 (2) 分子振动时，偶极矩的大小和方向必须有一定的变化 双原子分子振动 为简化讨论，采用谐振子模型来研究双原子分子的振动，即化学键的 振动可近似看作两个刚性小球沿轴线方向的简谐振动。
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基本定义与原理
根据虎克定律： 频率：
K是键力常数， μ是折合质量
任意两个相邻能级之间的能量差为： 能量：
波数：
h是普朗克常数，λ是波长，c是光速。K与键能和键长有关。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力常数，即取决于 分子的结构特征。
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基本定义与原理
表 一些键的伸缩振动的力常数
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红外光谱仪发展史
这两代红外光谱仪属于色散型，利用分光镜将红外光分成两束，一束作为参 考光，一束作为探测光照射样品，两束光交替通过反射镜、入射狭缝进入棱镜（或 光栅），再由出射狭缝进入检测器。当这两束光强度相同时，检测器上的光强差为 0，记录器上没有记录。当通过样品池的红外光被样品吸收而光强减弱时，在检测 器上会显示一个信号，此信号与两光束的强度差成正比。当波长连续改变时，由于 样品对不同波长的光吸收强度不同，就可得到红外光谱图。
傅里叶变换红外光谱仪
分析测试百科网 丁齐
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主要内容
• 基本定义与原理
• 红外光谱仪发展史
• 傅里叶变换红外光谱仪
• 红外光谱图解析 • FTIR光谱仪应用 • 主流厂商及仪器
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基本定义与原理
红外光谱仪是以连续变化的各种波长的红外光为光源照射样 品，引起分子振动和转动能级之间的跃迁，从而测得样品的 吸收光谱。
红外光谱仪通常由光源，单色器，探测器和计算机处理信 息系统组成。
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红外光谱仪发展史
第一代 棱镜色散型 对温度、湿度敏感，对环境要求苛刻。 第二代 光栅色散型 60年代，由于光栅刻制和复制技术的发展，出现了光栅色散型红外光谱仪 。分辨率得到了提高，测量波段范围拓宽，环境要求降低。
化学键键能越强（即键的力常数K越大），原子折合质量μ 越小，化学键的 振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。
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基本定义与原理
多原子分子振动
伸缩振动：键长沿键轴方向变化，键角不变。 弯曲振动：键长不变，键角变化，又称为变形振动。 以亚甲基为例，其振动方式和分类如下：
伸缩振动
变形振动
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基本定义与原理
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FTIR基本结构
迈克尔逊（Michelson）干涉仪及其工作原理
是FTIR的核心部件，其作用是将复色光变为干涉光。
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FTIR基本结构
单色光的干涉图：
•当光程差是1/2λ的偶数倍时，两束光相位相同，产生相长干涉，亮度最强 •当光程差是1/2λ的奇数倍时，两束光相位相反，产生相消干涉，亮度最弱 •光程差介于两者之间时，相干光强度也对应介于最强和最弱之间。
棱镜和光栅色散型红外光谱仪原理图
ห้องสมุดไป่ตู้11
红外光谱仪发展史
第三代 干涉型 70年代发展起来，其原理与色散型完全不同，特点是测量速度快，测量范 围宽，精度和分辨率高，典型代表是傅里叶变换红外光谱仪。（原理后面 讲）
第四代 激光红外光源 70年代末开始发展，能量高，单色性好，具有极高的灵敏度，可调激光 既作为光源又省去了分光系统。
• 基频：每一种振动方式都有一个特征频率，叫基频。
• 基频峰：分子吸收红外光后，E0→E1引起的一个吸收峰。 • 倍频峰：分子吸收红外光后，E0→E2、 E0→E3……引起的一系列吸收峰 。倍频峰通常很弱。 • 理论上有几种振动方式就有几个吸收带。
由于原子的种类和化学键的性质不同，以及各化学键所处的环境不同，导 致不同化合物的吸收光谱具有各自的特征。大量实验结果表明，一定的官 能团总是对应于一定的特征吸收频率，即有机分子的官能团具有特征红外 吸收频率。这对于利用红外谱图进行分子结构鉴定具有重要意义，据此可 以对化合物进行定性分析。
Sales School-Phase I
FTIR光谱仪没有色散元件，主要部件有光源、麦克尔逊干涉仪、样 品池、检测器、计算机。
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Lumiere Tech. Ltd.
FTIR基本结构
光源
红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体，用电加热使之发射稳定、 高强度的红外辐射。常用的是硅碳棒、能斯特（Nernst）灯。 硅碳棒 由碳化硅烧结而成的，两端粗中间细，在低电压大电流下工作（ 约4～5A）。耗电功率约200～400W，工作温度为1200～1500℃。优点：发 光面积大，波长范围宽（可低至 200cm-1），坚固、耐用，使用方便及成 本低。缺点：电极触头发热需水冷，工作时间长时电阻增大。
能斯特灯 由稀土氧化物烧结而成的空心棒或实心棒，主要成分为ZrO2（75 ％）、Y2O3、ThO2，参入少量Na2O、CaO或MgO。直径约1～2mm，长度25～ 30mm，两端绕有Pt丝作为导线。功率约50～200W，工作温度1300～1700℃ 。优点：发光强度大，稳定性好，寿命长，不需水冷。缺点：机械性能较 差，脆，操作较不方便，价格较贵。