色散型红外光谱仪的原理精编版
色散型红外光谱
色散型红外光谱仪是一种常见的红外光谱仪，其工作原理是通过色散元件将红外光分成不同的波长，然后通过检测器测量每个波长的强度。
这种仪器通常由光源、光路、单色器、检测器和数据处理系统组成。
在色散型红外光谱仪中，光源发出的红外光通过光路进入单色器，单色器将红外光分成不同的波长，然后通过检测器测量每个波长的强度。
最后，数据处理系统将测量结果进行处理，得到样品的红外光谱。
色散型红外光谱仪的特点是精度高、分辨率高、测量范围广，适用于各种样品的测量。
但是，由于其结构复杂、体积大、价格昂贵，因此不适用于现场快速检测。
此外，色散型红外光谱仪的测量结果容易受到环境因素的影响，如温度、湿度等。
色散型红外光谱仪色散元件
色散型红外光谱仪色散元件
色散型红外光谱仪色散元件是红外光谱仪中的一个重要组成部分。
它通常由光栅、棱镜或衍射片等光学元件构成。
这些色散元件的作用是将红外光按照波长进行分散，使不同波长的光在光谱仪中形成不同的位置。
通过分析和记录这些位置的变化，我们可以得到样品的红外光谱信息。
光栅是色散型红外光谱仪中常用的色散元件之一。
具体来说，它可以将入射的红外光波通过光栅表面上的微小光栅缝分散成不同波长的光束。
不同波长的光束在不同的角度上发生衍射，并在特定的位置形成光谱。
通过移动或旋转光栅，我们可以改变所得到的光谱范围和分辨率，从而满足不同实验需求。
棱镜是另一种常见的色散元件。
它是通过折射和反射来分散光线的。
当入射光通过棱镜时，不同波长的光线会因其折射率差异而发生不同程度的偏折。
通过安置适当的光学元件，我们可以将这些偏折的光线重新汇聚，形成红外光谱。
棱镜的优点在于简单且容易调节，但其分辨率相对较低。
此外，色散型红外光谱仪还可以使用衍射片作为色散元件。
衍射片是一种能够根据入射光波的波长进行衍射的光学元件。
当入射光通过衍射片时，不同波长的光线会发生不同的衍射现象，形成离散的光谱图案。
通过解析这些衍射光的位置和强度，我们可以获得样品的红外光谱信息。
总而言之，色散型红外光谱仪的色散元件起到了关键的作用，它们能够将入射的红外光分散成不同波长的光束，并形成可观测和分析的光谱图案。
不同的色散元件适用于不同的实验需求，因此在选择和使用时要根据具体情况进行合理的搭配和调节。
红外光谱原理及使用讲解
c 光速： 2.998 1010 cm s
k 弹簧的力常数。
即联结原子的化学键的力常数 dyn cm
两个小球（两个原子）的折合质量
= m1 m2
m1 m2
……（2）
根据小球的质量和原子量的关系，⑴式改为：
1
v =N2 k
2c M
……⑶
分子振动方程式
M 折合相对原子质量
N 阿佛加德罗常数（6.02×1023）
不对称 υas(CH3) 2960㎝-1
变形振动 甲基
对称δs(CH3)1380㎝-1
不对称δas(CH3)1460㎝-1
振动的自由度
指分子独立的振动数目，或基本的振动数目 ➢ N个原子组成分子，每个原子在空间具三个自由度 分子自由度＝平动自由度+转动自由度+振动自由度＝3N 分子振动自由度＝ 3N-（平动自由度+转动自由度）
面内弯曲 ——弯曲振动在几个原子所构成的平
面内进行，以γ表示。
{剪刀振动——两个相同原子在同一平面内彼此相
分类 向弯曲振动，键角发生变化。 面对摇摆振动——两个相同原子在同一平面内 向同一方向弯曲振动，键角不发生变化。
H
H
C
H
H
C
剪式 δ:1468 cm1
摇摆 σ:720 cm1
面外弯曲 ——指弯曲振动在几个原子所构成的平面
⑤ 分子振动方程
m1
m2
m1 、m2 为小球质量（原子质量）
r→弹簧长度（分子化学键的
伸
缩
伸 长度）
r
谐振子振动示意图
简谐振动：——分子中的原子以平衡点为中心，以 非常小的振幅作周期性的振动。
模型——弹簧带小球的模型
FTIR工作原理
FTIR⼯作原理红外光谱分析法实验讲义红外光谱仪主要有两种类型：⾊散型和⼲涉型（傅⽴叶变换红外光谱仪）。
⾊散型红外光谱仪是以棱镜或光栅作为⾊散元件，这类仪器的能量受到严格限制，扫描时间慢，且灵敏度、分辨率和准确度都较低。
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——傅⽴叶变换红外光谱仪。
⼀、Fou rier变换红外光谱仪（FTIR）Fourier变换红外光谱仪没有⾊散元件，主要由光源（硅碳棒、⾼压汞灯）、Michelson⼲涉仪、检测器、计算机和记录仪组成。
核⼼部分为Michelson ⼲涉仪，它将光源来的信号以⼲涉图的形式送往计算机进⾏Fourier变换的数学处理，最后将⼲涉图还原成光谱图。
它与⾊散型红外光度计的主要区别在于⼲涉仪和电⼦计算机两部分。
这种新技术具有很⾼的分辨率、波数精度⾼、扫描速度极快（1秒内可完成）、光谱范围宽、灵敏度⾼等优点。
Fourier变换红外光谱仪的内部结构：Nicolet公司的A V ATAR 360 FT-IRFourier变换红外光谱仪⼯作原理：⼯作原理：光源发出的红外辐射，经⼲涉仪转变成⼲涉图，通过试样后得到含试样信息的⼲涉图，由电⼦计算机采集，并经过快速傅⽴叶变换，得到吸收强度或透光度随频率或波数变化的红外光谱图。
⼲涉图从数学观点讲，就是傅⽴叶变换，计算机的任务是进⾏傅⽴叶逆变换。
Michelson⼲涉仪⼯作原理：仪器的核⼼部分是Michelson⼲涉仪，如图：M1和M2为两块平⾯镜，它们直互垂直直放置，固定不动，则可沿图⽰⽅向作微⼩的移动，称为动镜。
在和之间放置⼀呈45度⾓的半透膜光束分裂器BS（beam-splitters），可使50%的⼊射光透过，其余部分被反射。
当光源发出的⼊射光进⼊⼲涉仪后就被光束分裂器分成两束光——透射光1和反射光2，其中透射光1穿过BS被动镜反射，沿原路回到BS并被反射到达探测器D，反射光2则由固定镜沿原路反射回来通过BS到达D。
红外光谱仪原理
红外光谱仪原理红外光谱仪是一种用于分析物质分子结构和化学键的仪器。
它利用物质吸收、散射、透射、反射或者发射红外光的特性，来确定物质的成分和结构。
红外光谱仪原理主要包括光源、样品、检测器和数据处理四个部分。
首先，光源产生红外辐射，通常是通过加热钨丝或者使用红外激光器来实现。
这些光源产生的红外光通过样品，样品吸收特定波长的红外光，其余的波长则通过样品。
吸收的红外光与样品的分子结构和化学键有关，因此可以通过检测吸收光的强度和波长来确定样品的成分和结构。
其次，检测器接收通过样品的红外光，并将其转换成电信号。
常用的检测器有热电偶和半导体探测器。
这些电信号会随着波长的变化而变化，通过测量电信号的强度和波长，可以得到样品对不同波长红外光的吸收情况。
最后，数据处理部分对检测到的电信号进行处理和分析，通常使用计算机进行数据采集和处理。
数据处理可以通过比较样品的光谱图与标准库中的光谱图来确定样品的成分和结构。
此外，还可以通过峰位和峰面积的测量来定量分析样品中各成分的含量。
红外光谱仪原理的核心在于利用样品对红外光的吸收特性来确定其成分和结构。
通过光源产生红外光，样品吸收特定波长的红外光，检测器接收并转换成电信号，最后通过数据处理来分析样品的光谱图。
这一原理在化学、生物、药物、食品等领域都有着广泛的应用，成为了分析和研究物质的重要工具。
总之，红外光谱仪原理的理解对于正确操作和应用红外光谱仪具有重要意义。
只有深入理解红外光谱仪的工作原理，才能更好地利用红外光谱仪进行物质分析和研究。
希望本文的介绍能够帮助大家更好地理解红外光谱仪的工作原理，从而更好地应用于实际工作中。
红外光谱(IR)的原理及其谱图的分析
υC=O 1715 cm-1
υC=O 1780 cm-1 υC=O 1650 cm-1
吸电子效应：高波数移动精；选课推件 电子效应：低波数移动
2.峰强 峰的强度取决于分子振动时偶极矩的变化。 偶极矩的变化越小，谱带强度越弱。
• 极性大的基团，吸收强度大。 C=O 比 C=C 强， CN 比 C C 强 使基团极性降低的诱导效应，吸收强度减小， 使基团极性增大的诱导效应，吸收强度增加。
2、电子效应
a. 诱导效应
b. 诱导效应使基团电荷分布发生变化，从而改变
了键的力常数，使振动频率发生变化.
O 例： R C X
X= R/
H
1715 1730
OR/ 1740
Cl
F
1800 1850
精选课件
O
RCX
X= R/
H
1715 1730
OR/ 1740
Cl
F
1800 1850
• 推电子基，C=O电荷中心向O移动，C=O极性增强， 双键性降低，低频移动； • 吸电子基， C=O电荷中心向几何中心靠近， C=O极 性降低，双键性增强，高频移动。
精选课件
H2O有3种振动形式，相应的呈现3个吸收谱带。
精选课件
结论：
产生红外光谱的必要条件是：
1. 红外辐射光的频率与分子振动的频率相等，才 能发生振动能级跃迁，产生吸收吸收光谱。
2. 只有引起分子偶极矩发生变化的振动才能产生 红外吸收光谱。
精选课件
1.6 IR光谱得到的结构信息
1 峰位：吸收峰的位置（吸收频率） 2 峰强： 吸收峰的强度
化学 键
C―C
C＝C
C≡C
键长 （nm）
色散型红外光谱仪工作原理
3.3 红外光谱仪
目前有两类红外光谱仪：色散型和傅立叶变 换 型 （ FourierTransfer, FT）
一、色散型：与双光束UV-Vis仪器类似，但部件材料和顺序不同。
调节 T%
或称基线调平器
置于吸收池之后可 避免杂散光的干扰
色散型红外光谱仪工作原理
两束光经过单色器时，斩光器周期地切割两束光，使试样 光束和参比光束交替地进入单色器中的色散棱镜或光栅， 最后进入检测器。
如乙醇：CH3CH2OH（νO=H=3640cm-1 ） (CH3CH2OH)2（νO=H=3515cm-1 ） (CH3CH2OH)n（νO=H=3350cm-1 ）
3）振动耦合（Coupling）
当两个振动频率相同或相近的基团相邻并由同一原子相连
时，两个振动相互作用（微扰）产生共振，谱带一分为二（高
分子转动 跃迁类型
3. 红外光谱的作用
分子结构的基础研究：测定分子的键长、键角以推算出 分子的立体构型；据所得的力常数知道化学键的强弱；
用于化学组成的分析：最常用，据光谱中吸收峰的位置 和形状来推断未知物结构、据特征吸收峰的强度来测定 混合物中各组分的含量。
1）确定官能团 2）确定化合物的类别（芳香类） 3）推测分子结构（简单化合物） 4）定量分析
强。
如C=C，C-C因对称度高，其振动峰强度小；而C=X，C-X，因对
称性低，其振动峰强度就大。峰强度可用很强（vs）、强（s）、 中（m）、弱（w）、很弱（vw）等来表示。 说明： 1）吸收峰强度与分子偶极距变化的平方成正比。而偶极距变化主 要由化学键两端原子间的电负性差；振动形式；其它如共振、氢 键、共轭等因素决定； 2）强度比UV-Vis强度小2-3个数量级； 3）IR光度计能量低，需用宽狭缝，同一物质的随不同仪器而不 同，因此常用w, s, m等来表示吸收强度。
红外光谱仪的原理、使用和维护讲解共77页文档
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3久久不会退去的余香。
红外光谱仪的原理、使用和维护讲解 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
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色散型红外光谱仪的原
理精编版
MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】
色散型红外光谱仪的原理可用图5—12说明之。
从光源发出的红外辐射，分成二束，一束通过试样他，另一束通过参比他，然后进入单色器。
在单色器内先通过以一定频率转动的扇形镜(斩光器)，其作用与其它的双光束光度计一样，是周期地切割二束光，使试样光束和参比光束交替地进入单色器中的色散棱镜或光栅，最后进人检测器。
随着扇形镜的转动，检测器就交替地接受这二束光。
假定从单色器发出的为某波数的单色光，而该单色光不被试样吸收，此时二束光的强度相等，检测器不产生交流信号；改变波数，若试样对该波数的光产生吸收，则二束光的强度有差异，此时就在检测器上产生一定频率的交流信号(其频率决定于斩光器的转动频率)。
通过交流放大器放大，此信号即可通过伺服系统驱动参比光路上的光楔(光学衰减器)进行补偿，此时减弱参比光路的光强，使投射在检测器上的光强等于试样光路的光强。
试样对某一波数的红外光吸收越多，光楔也就越多地遮住参比光路以使参比光强同样程度地减弱，使二束光重新处于平衡。
试样对各种不同波数的红外辐射的吸收有多有少，参比光路上的光楔也相应地按比例移动以进行补偿。
记录笔与光楔同步，因而光楔部位的改变相当于试样的透射比，它作为纵坐标直接被描绘在记录纸上。
由于单色器内棱镜或光栅的转动，使单色光的波数连续地发生改变，并与记录纸的移动同步，这就是横坐标。
这样在记录纸上就描绘出透射比T对波数(或波长)的红外光谱吸收曲线。
上例是双光束光学自动平衡系统的原理。
也有采用双光束电学自动平衡系统来进行工作的仪器。
这时不是采用光楔来使两束光达到平衡，而是测量两个电信号的比率。
由上述可见，红外光谱仪与紫外—可见分光光度计类似，也是由光源、单色器、吸收池、检测器和记录系统等部分所组成。
但由于红外光谱仪与紫外—可见分光光度计工作的波段范围不同，因此，光源、透光材料及检测器等都有很大的差异。
现将中红外光谱仪的主要部件简要介绍如下。
1．光源
红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体，用电加热使之发射高强度连续红外辐射。
常用的有能斯特灯和硅碳棒两种。
能斯特灯(Nernstglower)是由氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结制成，是一直径为l~3mm，长约20~50mm的中空棒或实心棒，两端绕有铂丝作为导线。
在室温下，它是非导体，但加热至800℃时就成为导体并具有负的电阻特性，因此，在工作之前，要由一辅助加热器进行预热。
这种光源的优点是发出的光强度高，使用寿命可达6个月至一年，但机械强度差，稍受压或受扭就会损坏，经常开关也会缩短其寿命。
硅碳捧(globar)一般为两端粗中间细的实心捧，中间为发光部分，其直径约5mm，长约
50mm。
硅碳棒在室温下是导体，并有正的电阻温度系数，工作前不需预热。
和能斯特灯比较，它的优点是坚固，寿命长，发光面积大；缺点是工作时电极接触部分需用水冷却。
2．单色器
与其它波长范围内工作的单色器类似，红外单色器也由一个或几个色散元件(棱镜或光栅，目前已主要使用光栅)，可变的入射和出射狭缝，以及用于聚焦和反射光束的反射镜所构成。
在红外仪器中一般不使用透镜，以避免产生色差。
另外，应根据不同的工作波长区域选用不同的远光材料来制作棱镜(以及吸收池窗口，检测器窗口等)。
常用的红外光学材料和它们的最佳使用区见表5—4。
由于大多数红外光学材料易吸湿(KRS—5不吸湿)，因此使用时应注意防湿。
3．检测器
紫外—可见分光光度计中所用的光电管或光电倍增管不适用于红外区，因为红外光谱区的光子能量较弱，不足以引致光电子发射。
常用的红外检测器有真空热电偶、热释电检测器和汞镉碲检测器。
真空热电偶是色散性红外光谱仪中最常用的一种检测器。
它利用不同导体构成回路时的温差电现象，将温差转变为电位差。
其结构如图5—13所示。
它以一小片涂黑的金箔作为红外辐射的接受面。
在金箔的一面焊有两种不同的金属、合金或半导体作为热接点，而在冷接点端(通常为室温)连有金属导线(冷接点在图中未画出)。
此热电偶封于真空度约为
7×10-7Pa的腔体内。
为了接受各种波长的红外辐射，在此腔体上对着涂黑的金箔开一小窗，粘以红外透光材料，如KBr(至25μm)，CsI(至50μm)，KBS—5(至45μm)等。
当红外辐射通过此窗口射到涂黑的金箔上时，热接点温度升高，产生温差电势，在闭路的情况
下，回路即有电流产生。
由于它的阻抗很低(一般10Ω左右)，在和前置放大器锅合时需要用升压变压器。