傅里叶变换红外光谱分析(第三版)
傅立叶变换红外光谱仪
一、基本原理傅立叶变换红外光谱仪被称为第三代红外光谱仪，利用麦克尔逊干涉仪将两束光程差按一定速度变化的复色红外光相互干涉，形成干涉光，再与样品作用。
探测器将得到的干涉信号送入到计算机进行傅立叶变化的数学处理，把干涉图还原成光谱图。
二.使用方法目前比较精确且能方便实现的等光程差点的选取方法是激光计量光程差法,利用动镜移动使计量激光光束产生干涉,固定的干涉点就是等光程差点。
该方法选取等光程差对利用机械控制动镜做匀速运动要求不高,其精度只与激光本身的单色性有关。
Chateauneuf Franco is等人对红外光谱仪测量误差进行过分析[4],提出的计量激光单色性是其中的因素之一。
但对由激光单色性造成的具体光谱测量误差进行定量分析目前尚无研究报道。
影响激光单色波长的两个重要指标是单频指标和稳频指标。
单频性能表征激光器输出线宽的大小,稳频性能表征激光器输出所发生的频率漂移。
激光输出的线宽和频率的漂移都会引起激光波长的漂移,造成光程差误差和光谱测量误差。
所以光谱仪的光谱测量误差与计量激光器的单稳频指标特性密切相关。
本文详细讨论了激光单稳频指标对光谱仪光谱测量误差的影响,通过理论分析建立了激光器单稳频指标与光谱仪光谱测量误差之间的关系,并进行了仿真计算和结果分析。
1.激光器计量原理在傅里叶变换红外光谱仪中,迈克尔逊干涉仪示意图如图1所示。
干涉仪主要由动镜M1、定镜M2和与动定镜成45°的分束器G组成。
计量激光和被测光源的光在迈克尔逊干涉仪中运行同样的光程。
图中实线表示被测光源光路,虚线表示计量激光光路。
等分分束器G将计量激光分成能量相等的两部分,即光束3和光束4。
光束3通过动镜M1反射,分束器G透射后到达探测器点E;光束4通过定镜M2反射和分束器G反射后到达探测器点E。
开始时动镜M1不动,定镜M2和动镜M1与分束器G的距离相等,即光束3和光束4的光程差为0,即零光程差点(ZPD点)。
此时光束3和光束4到达探测器时相位相同,发生相长干涉,亮度最大。
傅里叶变换红外光谱分析
红外吸收光谱分析
IR光谱分析的特点： • 高灵敏度 • 试样用量少 • 扫 描 时间极快 • 能分析各种状态的试样等特点 • 材料分析中最常用的工具
红外吸收光谱分析
红外光谱的吸收强度和表示方法
1．透光度
T % I 100% （6-7） I0
式中 I0—入射光强度； I —入射光被样品吸收后透过的光强度。 2．吸光度
A lg 1 lg I0 （6-8） TI
横坐标：表示波长或波数, 波数是波长的倒数，即
（cm-1）=104/(m)
红外光谱的特征性，基团频率
红外光谱
红外光谱的最大特点是具有特征性。 与一定的结构单元相联系的振动频率称为基团 频率。 只要掌握了各种基团的振动频率（基团频率） 及其位移规律，就可应用红外光谱来检定化合物中
光信号光谱测量：实时 监控、遥感监测等） ……
构成物质的分子和原子存在微观的运动
– 如：水分子的振动
反对称伸缩 弯曲振动 对称伸缩 通常非对称伸缩振动较
对称伸缩振动在较高的 波数出现
弯曲 (1595 cm-1)
对称伸缩 (3657 cm-1)
非对称伸缩 (3756 cm-1)
红外光谱原理
用一束红外光（连续波长）照射试样； 若其频率相应的能量与某个分子的振动或转动能量差
存在的基团及其在分子中的相对位置。
红外光谱
常见的化学基团在4000~670cm-1范围内有特 征基团领率。在实际应用时，为便于对光谱进行 解释，常将这个波数范围分为四个部分：
红外光谱
(1) 4000~2500cm-1 X-H伸缩振动区， X可以是O、H、C和S原子。 在这个区域内主要包括O-H，N-H，C-H和S-H 键的伸缩振动；
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：
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。
傅立叶红外光谱定性分析资料课件
THANKS
谢谢
医药领域
用于药物研发、药物分析和疾病诊断。
傅立叶红外光谱定性分析的基本原理
物质对红外光的选择性吸收
不同化学键或官能团在特定波长范围内对红外光有选择性吸收。
傅立叶变换
通过傅立叶变换将干涉图转换为光谱图，便于分析和解析。
谱图解析
对比已知的红外光谱标准谱图，确定被测物质的化学结构和组成。
02
CHAPTER
数据处理
在进行数据处理时，应选择合适的处理方法 ，避免引入误差。
仪器维护
定期对傅立叶红外光谱仪进行维护和保养， 确保仪器的稳定性和准确性。
安全操作
在实验过程中，应遵循实验室安全操作规程 ，确保实验安全。
03
CHAPTER
傅立叶红外光谱定性分析结 果解读
结果判读方法
特征峰分析
通过对比已知的红外光谱特征峰，确定样品 中可能存在的官能团或物质。
谱图匹配
将未知样品的红外光谱与标准谱图库进行比 对，找出匹配度最高的物质。
峰强分析
根据峰强的大小，判断样品中各组分的相对 含量。
峰形分析
通过观察峰形的变化，判断样品中是否存在 杂质或污染物。
结果解读实例
1 2
实例一
通过傅立叶红外光谱定性分析，确定某未知样品 为聚乙烯塑料，并进一步通过特征峰分析，确定 其中含有一定量的增塑剂。
03
与计算机视觉、人工智能等技术结合，提高傅立叶红
外光谱定性分析的智能化水平。
傅立叶红外光谱定性分析在未来的应用前景
在环保领域，傅立叶红外光谱定性分析将用于 检测空气、水和土壤中的有害物质，为环境监 测和治理提供有力支持。
傅里叶变换红外光谱(ftir)
傅里叶变换红外光谱（FTIR）是一种广泛应用于化学、生物学和材料科学领域的分析技术。
它利用样品对红外光的吸收和散射来确定样品的化学成分和结构。
傅里叶变换红外光谱分析的过程涉及到复杂的光学原理和数学算法，其深度和广度远超一般人的想象。
让我们从简单的红外光谱开始。
红外光谱是指物质在接受红外辐射后发生的吸收、透射或反射现象。
这些现象与物质的分子运动和振动有关，因此可以通过观察红外光谱图来了解物质的分子结构、功能团及化学键等信息。
红外光谱是一种非常有用的分析手段，能够对各种物质进行快速、无损的分析，因此在化学、材料科学、生命科学等领域被广泛应用。
我们可以深入了解傅里叶变换红外光谱。
傅里叶变换（FT）是一种数学方法，用于将信号在时域和频域之间进行转换。
在傅里叶变换红外光谱中，FT将时间域的红外光谱信号转换为频率域的光谱信息，从而能够更准确地分析样品的化学成分和结构。
傅里叶变换的原理和算法需要深入的数学和物理知识来支撑，通过FTIR技术获得的光谱数据也需要复杂的数据处理和解释。
让我们讨论FTIR在化学和材料科学中的应用。
FTIR技术可以用于分析化合物的官能团、结构和构象，从而在有机化学合成、聚合物材料研究、医药化学等领域发挥重要作用。
FTIR还可以用于检测样品的纯度、鉴定杂质和表征材料的特性，因此在材料科学、制药工业、环境监测等领域有着广泛的应用价值。
我想共享一下我对FTIR的个人观点和理解。
作为一种高级的红外光谱分析技术，FTIR需要掌握复杂的原理和操作技巧，但其所获得的化学信息和结构信息也是非常丰富和准确的。
在我看来，FTIR不仅是一种分析手段，更是一种深入探索物质本质的工具，它的应用范围和研究意义将会越来越广泛，对于推动化学和材料科学的发展将会发挥重要作用。
总结而言，傅里叶变换红外光谱（FTIR）作为一种高级的分析技术，其深度和广度远超一般的红外光谱分析，需要深入的理论基础和实践技能来支撑。
通过FTIR技术可以获得大量的化学和结构信息，对于化学、材料科学和生命科学领域具有重要的应用价值。
傅立叶变换红外光谱共64页
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
傅立叶变换红外光谱
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
傅里叶红外光谱分析
1．两类基本振动形式
伸缩振动 亚甲基：
(动画)
变形振动 亚甲基
08:02:48
伸缩振动 甲基：
甲基的振动形式
对称 υ s(CH3) 2870 ㎝-1
不对称 υ as(CH3) 2960㎝-1
变形振动 甲基
对称δ s(CH3)1380㎝-1
CCl4 除850～700cm-1以外的区域
0.5mm
CHCl3 除1250～1175cm-1与820cm-1以下之外
0.25mm
(CH3)2SO 除1100～900 cm-1之外的区域
0.5mm
CH2Cl2除1300～1200 cm-1与820 cm-1以下之外的区域
08:02:48
0.2mm
2.1.4薄膜法 高分子化合物可直接加热熔融后涂制或压制
08:02:48
峰位、峰数与峰强
（3）瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相 差越大（极性越大），吸收峰越强；
例2 CO2分子 （有一种振动无红外 活性）
(动画)
（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基 频峰； （5）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；
08:02:48
红外光谱信息区
常见的有机化合物基团频率出现的范围：4000 670 cm-1 依据基团的振动形式，分为四个区： (1)4000 2500 cm-1 X—H伸缩振动区（X=O，N，C，S） (2)2500 1900 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区
(3)1900 1200 cm-1 双键伸缩振动区
傅里叶红外光谱分析
傅里叶红外光谱分析课件ppt
2/17/2024
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.2、红外吸收光谱产生的条件
condition of Infrared absorption 满足两个条件： spectroscopy
(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； (2)辐射与物质间有相互偶合作用。
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。
偶极子在交变电场中的作用示 意图
(动画)
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2c
12 / 2
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
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1.3、分子中基团的基本振动形式
basic vibration of the group in molecular
2.2.2. 傅里叶变换红外光谱仪结构（框动图画）
干涉仪
样品室
检测器
光源
计算机
显示器 绘图仪
干涉图 FTS
光谱图
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傅里叶变换红外光谱分析（第三
版）
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•前言
•第一版前言
•第二版前言
•第1章红外光谱的基本概念
•1.1 红外光谱的产生和红外光谱区间的划分
•1.2 分子的量子化能级
•1.3 分子的转动光谱
•1.4 分子的纯振动光谱
•1.5 分子的振-转光谱
•1.6 振动模式
•1.7 振动频率、基团频率和指纹频率
•1.8 倍频峰
•1.9 合（组）频峰
•1.10 振动耦合
•1.11 费米共振
•1.12 诱导效应
•1.13 共轭效应
•1.14 氢键效应
•1.15 稀释剂效应
•第2章傅里叶变换红外光谱学
•2.1 单色光干涉图和基本方程
•2.2 二色光干涉图和基本方程
•2.3 多色光和连续光源的干涉图及基本方程•2.4 干涉图数据的采集
•2.5 切趾（变迹）函数
•2.6 相位校正
•2.7 红外光谱仪器的分辨率
•2.8 噪声和信噪比
•第3章傅里叶变换红外光谱仪
•3.1 中红外光谱仪
•3.2 近红外光谱仪和近红外光谱
•3.3 远红外光谱仪和远红外光谱
•3.4 红外仪器的安装、保养和维护
•第4章傅里叶变换红外光谱仪附件
•4.1 红外显微镜
•4.2 傅里叶变换拉曼光谱附件
•4.3 气红联用（GC/FTIR）附件
•4.4 衰减全反射附件
•4.5 漫反射附件
•4.6 镜面反射和掠角反射附件
•4.7 变温红外光谱附件
•4.8 红外偏振器附件
•4.9 光声光谱附件
•4.10 高压红外光谱附件
•4.11 样品穿梭器附件
•第5章红外光谱样品制备和测试技术•5.1 固体样品的制备和测试
•5.2 液体样品的制备和测试
•5.3 超薄样品的测试
•第6章红外光谱数据处理技术
•6.1 基线校正
•6.2 光谱差减
•6.3 光谱归一化、乘谱和加谱
•6.4 生成直线
•6.5 改变光谱数据点间隔和填充零•6.6 光谱平滑
•6.7 导数光谱
•6.8 傅里叶退卷积光谱
•第7章红外光谱谱图解析
•7.1 烷烃化合物基团的振动频率•7.2 烯烃化合物基团的振动频率•7.3 芳香族化合物基团的振动频率•7.4 炔烃化合物基团的振动频率•7.5 醇和酚类化合物基团的振动频率•7.6 醚类化合物基团的振动频率•7.7 酮和醌类化合物基团的振动频率•7.8 醛类化合物基团的振动频率•7.9 羧酸类化合物基团的振动频率•7.10 羧酸盐类化合物基团的振动频率•7.11 酯类化合物基团的振动频率•7.12 酸酐类化合物基团的振动频率•7.13 胺类化合物基团的振动频率•7.14 铵盐类化合物基团的振动频率•7.15 氨基酸类化合物基团的振动频率
•7.16 酰胺类化合物基团的振动频率
•7.17 酰卤类化合物基团的振动频率
•7.18 糖类化合物基团的振动频率
•7.19 含硼化合物基团的振动频率
•7.20 含硅化合物基团的振动频率
•7.21 含氮化合物基团的振动频率
•7.22 含磷化合物基团的振动频率
•7.23 水、重水、氢氧化物和过氧化物的振动频率•7.24 含硫化合物基团的振动频率
•7.25 含卤素基团的振动频率
•7.26 无机化合物基团的振动频率
•第8章红外光谱的定性分析和未知物的剖析•8.1 红外光谱的定性分析
•8.2 未知物的红外光谱剖析
•第9章红外光谱的定量分析
•9.1 朗伯-比耳定律
•9.2 峰高和峰面积的测量
•9.3 曲线拟合法测量峰高和峰面积
•9.4 导数光谱用于定量分析
•9.5 固体样品的定量分析
•9.6 液体样品的定量分析
•9.7 多组分液体的定量分析
•9.8 高分子共聚物和共混物的定量分析
•附录基团振动频率表（按振动频率由高到低排序）•参考文献
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