隐身材料红外光谱特性评价方法改

隐身材料红外光谱特性评价方法

华兰冀克俭周彤邓卫华

（中国兵器工业集团第五三研究所，济南250031）

摘要：对隐身材料光红外谱特性评价方法展开了综述。分别介绍了近红外分光光度计光谱反射率测定方法、热红外成像技术、热红外发射率测定方法以及高光谱成像方法。通过人工绿与自然绿色物体的光谱反射率实验提出了近红外隐身材料与实际地物背景存在的差异及其需要改进的技术。

关键词：隐身材料红外光谱特性评价

红外隐身技术主要是通过降低或改变目标的红外辐射特征来实现目标对红外系统的低可探测性，具体措施包括改进热结构设计、对主要发热部件进行强制冷却、表面涂覆红外隐身涂料、使用红外伪装网和遮障等。随着红外隐身技术的发展与应用，对各种红外隐身技术的隐身效果评价方法研究已成为军事红外技术中新的研究热点。

在各国军事领域中，对红外隐身技术的研究已经开展了约30年，现有研究成果主要集中在利用红外成像系统对目标及背景进行探测，形成红外热图像，并通过人眼对目标进行发现或识别以得出主观结论的经验方法、测定红外隐身材料热辐射特性的算术方法以及基于红外目标可探测性模型的计算机模型方法。以上方法均有其优缺点，但目前尚未有一种适合于军事工程应用并能客观、准确、简便、快速地评价红外隐身效果。

1 隐身材料光谱特性评价方法

1.1 野外条件下近红外伪装检测

现有的近红外伪装检测器材在野外条件下有一定的局限性，基于对自然绿色与人工绿色的光谱差异进行的分析，结合绿色检验镜的检测原理，赵会超等〔1〕在绿色检验镜光谱透射特性检测原理的基础上提出了在野外条件下窄波滤光片的近红外伪装检测方法，验证了其检测效果，探讨了其在军事上的应用。

由于自然绿在近红外区反射很大，而一般的人工绿则反射很小。因此提出采用窄波滤光片的方法。根据自然绿色和人工绿色的光谱反射曲线的不同，在滤光片的制作中选择一系列的波段，做成不同波段的滤光片，然后对人工绿色和自然背景进行照相，通过对比其效果来进行检测。检测近红外伪装效果是使其在数码相机上成像，通过观察照片效果就可以很明显地看出目标在近红外区的反射情况。

1.2 热红外照相机

热红外伪装材料是指用于减弱武器系统热红外特征信号，以达到伪装技术要求的材料。热红外伪装材料具有阻隔武器装备热红外辐射的能力，同时在大气窗口波段内具有低的红外发射率。按照作用原理，红外隐身材料可分为控制发射率和控制温度两类。军事伪装通常采用迷彩变形方法，三色或四色迷彩涂料具有不同的热红外发射率，使目标在热图中呈现灰度不同的斑点，从而分割目标外形，造成敌方识别困难。

实际背景中，绿色植被与裸露土壤都具有较高的发射率，但在阳光照射下，绿色植被由于蒸腾作用、光合作用等，表面温度较低，呈暗色调；而传统迷彩涂料在阳光照射下升温迅速，热红外特征明显。

在美军自动化热红外隐身计划SCI114中〔2〕，为了研发适应某种背景模型的隐身模型，采用计算机辅助设计技术，将背景形态与条件的变化加以综合考虑，它涉及到背景选取、实验装备、材料表征、野外实验数据分析、热隐身模仿、诊断模板等理念。这一技术的难点在于所设计的模型必须在各种不同背景条件下表现良好，可用于计算机来优化隐身模式，从而不断开发针对某种地形背景的隐身方式。SCI114计划的第一步是研发能够从特殊背景来创立模型的专业系统，有效模型建立在空间和光谱算法基础之上。采用的设备有：

（1）AGEMA 570 照相机(AME003-00) 光谱范围8 ～12 μm.；

（2）MERLIN NIR 照相机(AME052-00)；

（3）计量工作站GEóNICA (AME018-00), 其中包括风速计标板JOUNG (AME018-01)、温湿度探测器

GEóNICA (AME018-02)、Piranometer THEMBRECHT (AME012-03)；

（4）寄存器数据采集器HP 34970 A (AME038-00), 其中包括K系8位热电耦，温度范围：–200～1100oC。

1.3 傅里叶红外光谱仪

总装工程兵科研一所王海燕等〔3〕采用PE公司GX-Ⅲ型傅里叶红外光谱仪。尽管FT方法实现了快速辐射测量，但还存在以下几个方面的误差：(1)被测辐射体与已知标淮黑体温度的稳定性和一致性。采取循环水的解决办法，并且可降低背景噪声。(2)大气中和的吸收。采取双光路，参比与样品相互抵消。GX-Ⅲ型傅里叶红外光谱仪为单光路仪器，具有扣除背景中水和二氧化碳的功能。(3)黑体空腔的发射率达不到理想黑体。采取给出修正因子加以解决。(4)背景与仪器都会发射干扰噪声。采取循环水或用液氯对探测器致冷，提高信噪比。GX-Ⅲ型傅里叶红外光谱仪外配红外显微镜，由于红外显微镜与光谱仪检测器不同，灵敏度增高，因此还可以通过利用红外显微镜检测器，提高性噪比。

1.4热红外发射率光谱的测定

中国科学院遥感应用研究所遥感信息科学重点实验室肖青等〔4〕研究了热红外发射率光谱的野外测量方法与土壤热红外发射率特性，基于光谱平滑的温度／发射率迭代算法，提出热红外发射率光谱的野外测量与反演方法。

河北大学物理科学与技术学院杨景发等〔5〕设计了粉体材料的法向光谱发射比测试系统, 采用“单光束比较辐射度量法”测量材料的法向光谱发射率的原理和系统设计方法，改进、设计制作了黑体炉、样品炉、斩波装置、扫描装置和A／D转换系统，用VC++完成了“法向光谱发射比测试系统中文操作软件”的编写，利用此系统测量了涂料样品的法向光谱发射率。

采用的是广泛使用的“单光束比较辐射度量法”，这种方法保证了样品光束和比较黑体光束经同一光路，有相同的光程长度和衰减损耗。“材料的法向光谱发射比测度系统”主要有6部分组成：棱镜单色仪

主机、辐射源、调制系统、探测器、扫描装置、信号的采集与处理、计算机等部分组成，原理框图见图1。

Leonard M Hanssen〔6〕设计1～18 μm范围的方向半球红外反射率测定装置，测定了金漫反射体的方向半球反射率，在1～18 μm范围内，其扩展不确定度0.02。

Leonard M Hanssen 〔7〕设还计了一种与积分球装置联用，测定了镜面试样的透过率和反射率，在（2 ～18）μm范围内，其扩展不确定度小于0.003。

1.5高光谱成像

总装工程兵科研二所刘凯龙等〔8〕根据光谱揭露伪装的检测机制分析，对伪装材料及应用背景的紫外、可见光、近红外波段光谱反射特征进行了研究，探索试验目标光谱模拟伪装材料的检测技术，经光谱特征选择及空间降维处理，建立特征参数的判别函数，确定判别规则。针对多类判别和谱空间模式重叠的情况，提出数学分析模型及统计计算和判别效果检验相结合的光谱特征检测新方法。探索适合区分人工目标与背景光谱的最佳分类特征和判别函数。

高光谱成像数据包括空间、辐射和光谱三重信息。需要分析目标的位置和形状等空间几何特征、目标与背景的谱亮度差别等辐射特征以及表面材料的光谱特征。高光谱目标伪装检测是一个光谱模型分析、统计计算和判别效果检验相结合的综合过程。

Marbach[9] [10]提出一种新的多变量光谱数据校正高光谱解析方法。

1.6近红外分光光度计反射率测定傅里叶变换分光光度计

朱仲良〔11〕等以固体漫反射光谱仪为研究手段，通过定性和定量两种方式探索固体紫外—可见漫反射光谱在有机染料、无机氧化物和生物介质方面的应用；探索了近红外漫反射光谱在军工材料方面的应用。为紫外—可见和近红外漫反射光谱在各种固体材料上的应用积累了经验。在有机染料的研究中，以食用苋菜红和食用亮兰合成色素为研究对象，研究了固体染料的浓度和反射率之间的关系。研究发现，单组分色素的浓度和Kubelka-Munk(K)函数，反射率R和反射吸光度A之间均存在较好的线性关系，其中K函数和浓度之间的线性关系最好；双组分色素浓度与反射率之间通过主成分回归法(PCR)建立模型，以测定未知样品的反射率来预报未知样浓度。在对无机氧化物(氧化铁)的研究中，以直接混合法合成了不同氧化铁掺杂浓度的二氧化硅材料。研究发现，不同氧化铁的掺杂浓度对掺杂二氧化硅的可见漫反射光谱有较大影响，通过定量实验可以得到氧化铁掺杂浓度和漫反射光谱的标准曲线，为测定催化剂(如二氧化硅)中有色金属的含量提供参考。在生物介质的研究中，主要以处于不同季节不同生长周期的银杏叶为研究对象。定性分析了银杏叶的特征漫反射光谱及在其生长过程中的漫反射光谱的变化，研究发现银杏叶的反射率R在5月至7月期间逐步降低，而反射吸光度A则在增加，且5月至7月期间的变化最为显著。用近红外漫反射光谱检测了高反射率材料和普通反射材料的近红外漫反射光谱，结果发现，高反射率材料的近红外漫反射光谱明显高于普通材料。为军工材料中的高反射率材料的反射性能研究提供了一条非常有利的参考依据。

笔者近年来对所搜集的部分人工绿（涂料）与自然物体（植物）的近红外光谱发射率进行了对比实验，

测试结果见图2。 4006008001000120014001600

40455055

65432

1R ，%λ,n m

图2 人工绿与自然物体的光谱反射率曲线

1-涂料A ，2-涂料B ，3-涂料C ，4-冬青树叶，5-萁萁菜叶子，6-苦菜叶子，7-涂料D

从图2人工绿与自然物体的光谱反射率曲线对比可以看出，自然绿光谱反射率特征具有如下3个特点：

（1）在波长680 nm 处反射率最低值，对应光谱强烈吸收;（2）在波长550 nm 处有反射率峰出现，对应光谱吸收非常弱；（3）在波长550～680 nm 之间光谱反射率斜坡式下降。而人工绿则在波长680 nm 处反射率无最低值，在波长550 nm 处有反射率峰不明显，在波长550～680 nm 之间光谱反射率斜坡式下降不明显。因此上述3点可以区别人工绿与自然物体,这也是近红外隐身材料需要改进的一点。

1.7 其它方法

解放军军械工程学院黄峰等〔12〕提出了一种基于图像灰度相关算法的红外隐身效果评价方法，通过对隐身前后目标图像的相关处理，以相关峰的峰显著系数、峰与相关能量比和峰与背景比这3个量化指标衡量红外隐身装备所能达到的隐身效果。

采用人眼对红外热图进行判识的统计结果来确定红外隐身概率中各参量的统计权重，从而使计算机图像处理方法所得结果与实际人眼的主观判识结果一致。实验结果表明，此方法适用于对地面典型军事目标的红外隐身效果进行客观评价，所采用的相关峰三参量检测方法避免了单纯对相关峰取阈在判别图像相似性上容易出现的误判，同时采用人眼对大量隐身前后红外目标图像的判读实验的统计结果来确定红外隐身概率中各参量的统计权重，从而使计算机图像处理方法所得结果与实际应用中人眼通过红外系统观察目标的主观判识结果相一致。这种红外隐身效果评价方法既克服了以往依靠人眼判读主观经验方法的不足，在技术难度和计算量方面又明显优于计算机模型方法，经大量实验证明具有较强的实用性；其中对相关峰三参量统计权重的确定还依赖于人眼的主观判识经验，达不到完全的客观评价，且与人眼视觉特性有关，原理复杂，有待进一步研究。

2反射率和发射率测试相关标准

目前可参照的国内外红外光谱特性的相关测试标准有：

GB/T 7286.1-1987 金属与非金属材料全法向发射率试验方法

GB/T 7286.2-1987 金属与非金属材料光谱法向发射率试验方法

GB/T 7287.9-1987 红外辐射加热器全法向发射率测量方法

GB/T 7287.10-1987 红外辐射加热器光谱法向发射率测量方法

ANSI/ASTM E 1933-1999 使用红外成像辐射计测量和补偿发射率的试验方法

ASTM E 1933a-1999 使用红外成像辐射计测量和补偿发射率的标准试验方法

JIS R 1801-2002 用FTIR测量红外线加热器用陶瓷辐射材料频谱发射率的方法

GJB5023.1-2003 材料和涂层反射率和发射率测试方法第1部分：反射率

GJB5023.2-2003 材料和涂层反射率和发射率测试方法第2部分发射率

上述标准都是分别就材料的某一红外光谱特性量参数进行量化测试，标准之间相互关联性欠缺，不能密切联系红外探测手段，直接对被测材料的红外光谱特性加以综合评价。

3结语

目前我国在隐身材料光谱特性测试技术还处于初步探索阶段，近红外光谱反射率测定技术较成熟，而热红外成像技术，热红外发射率测量技术与国外先进国家的测试水平存在一定差距，需要进一步开展隐身材料光谱特性计量测试技术的综合研究工作。

参考文献

〔1〕赵会超等，野外条件下近红外伪装检测方法研究，光电技术应用，2008，23（2）：11-14

〔2〕David J Thomas. Military Report Planned for December 2004, 58-77

〔3〕王海燕.红外技术， 2003,25(6): 61-63

〔4〕肖青,等.红外与毫米波学报,2003,22(50): 42-51

〔5〕杨景发,等.激光与红外, 2004,34(2):12-16

〔6〕Leonard M. Hanssen. Analytica Chimica Acta, 1999, 380:289-302.

〔7〕Leonard M Hanssen. Applied Optics , 2001, 40(19):3196-3204

〔8〕刘凯龙,等.解放军理工大学学报(自然科学版)，2005，6(2):166-199

〔9〕Marbach, R.J. Biomed.Optics 7, 130-147 (2002)

〔10〕Marbach, R.J. Near Infrared Spectrosc. 13, 241-254(2005)

〔11〕朱仲良.漫反射光谱的理论与应用研究2007同济大学硕士论文集

〔12〕黄峰,等.光子学报， 2006, 35(6):928-931

〔13〕ASTM E1421-1999 Standard practice for describing andmeasuring performance of Fourier transform mid-infrared(FT-MIR) spectrometers level zero and level one tests[S].

E V ALUATION O

F INFRARED SPECTRAL CHARACTERISTIC FOR CAMOUFLAGE MATERIALS

Liu Hongwu,

(Shangdong Environmental Protection School, Jinan, China)

Ji Kejian, Zhou Tong, Hua Lan Deng Weihua

（CNGC Institutue 53,Jinan,China）

Abstract The evaluation methods of spectral characteristic factor on camouflage materials were summarized. The test methods of spectral reflectance on near-infrared spectrophotometer, thermal infrared emissivity and hyperspectral imaging, thermal infrared imaging technology were introduced respectively. Comparing test on spectral reflectance of green coating and green plant were finished, and the differences between man-made green

Keywords camouflage material, Infrared spectral characteristic, evaluation

近红外光谱分析原理

近红外光（Near Infrared，NIR）是介于可见光（VIS）和中红外光（M IR）之间的电磁波，按ASTM（美国试验和材料检测协会）定义是指波长在780～2526nm范围内的电磁波，习惯上又将近红外区划分为近红外短波（780~1100nm）和近红外长波（1100~2526nm）两个区域。近红外光谱属于分子振动光谱的倍频和主频吸收光谱，主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的，具有较强的穿透能力。近红外光主要是对含氢基团Ｘ－Ｈ（Ｘ＝Ｃ、Ｎ、Ｏ）振动的倍频和合频吸收，其中包含了大多数类型有机化合物的组成和分子结构的信息。由于不同的有机物含有不同的基团，不同的基团有不同的能级，不同的基团和同一基团在不同物理化学环境中对近红外光的吸收波长都有明显差别，且吸收系数小，发热少，因此近红外光谱可作为获取信息的一种有效的载体。近红外光照射时，频率相同的光线和基团将发生共振现象，光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子；而近红外光的频率和样品的振动频率不相同，该频率的红外光就不会被吸收。因此，选用连续改变频率的近红外光照射某样品时，由于试样对不同频率近红外光的选择性吸收，通过试样后的近红外光线在某些波长范围内会变弱，透射出来的红外光线就携带有机物组分和结构的信息。通过检测器分析透射或反射光线的光密度，就可以确定该组分的含量。

近红外光谱分析技术包括定性分析和定量分析，定性分析的目的是确定物质的组成与结构，而定量分析则是为了确定物质中某些组分的含量或是物质的品质属性的值。与常用的化学分析方法不同，近红外光谱分析法是一种间接分析技术，是用统计的方法在样品待测属性值与近红外光谱数据之间建立一个关联模型(或称校正模型，Calibration Mode l)。因此在对未知样品进行分析之前需要搜集一批用于建立关联模型的训练样品(或称校正样品，Calibration Samples)，获得用近红外光谱仪器测得的样品光谱数据和用化学分析方法(或称参考方法，Reference method)测得的真实数据。其工作原理是，如果样品的组成相同，则其光谱也相同，反之亦然。如果我们建立了光谱与待测参数之间的对应关系（称为分析模型），那么，只要测得样品的光谱，通过光谱和上述对应关系，就能很快得到所需要的质量参数数据。分析方法包括校正和预测两个过程：（1）在校正过程中，收集一定量有代表性的样品（一般需要80个样品以上），在测量其光谱图的同时，根据需要使用有关标准分析方法进行测量，得到样品的各种质量参数，称之为参考数据。通过化学计量学对光谱进行处理，并将其与参考数据关联，这样在光谱图和其参考数据之间建立起一一对应映射关系，通常称之为模型。虽然建立模型所使

(完整版)红外各基团特征峰对照表

红外各基团特征峰对照表一、红外吸收光谱中的重要区段： 1) O-H、N-H伸缩振动区(3750~3000 cm-1) 2) 不饱和碳上的C-H伸缩振动区(3300~3000 cm-1) 不饱和碳(三键和双键、苯环)上的C-H的伸缩振动在3300~3000 cm-1区域中出现不同的吸收峰。 3) C-H伸缩振动区(3000~2700 cm-1) 饱和碳上的C-H伸缩振动(包括醛基上的C-H) 4) 叁键和累积双键区(2400~2100 cm-1) 波数在2400~2100 cm-1区域内的谱带较少。 5) 羰基的伸缩振动区(1900~1650 cm-1) 羰基的吸收最常见出现的区域为1755~1670 cm-1。由于羰基的电偶极矩较大，一般吸收都很强烈，常成为IR光谱中的第一强峰。 6) 双键伸缩振动区(1690~1500 cm-1) 该区主要包括C=C，C=N，N=N，N=O等的伸缩振动以及苯环的骨架振动(σC=C)。 7) X-H面内弯曲振动及X-Y伸缩振动区(1475~1000 cm-1) 这个区域主要包括C-H面内弯曲振动, C-O、C-X(卤素)等伸缩振动, 以及C-C单键骨架振动等。该区域是指纹区的一部分。 8) C-H面外弯曲振动区（1000~650 cm-1）烯烃、芳烃的C-H面外弯曲振动（σC-H）在1000~650 cm-1区。苯环邻二取代：770~735cm-1；苯环间二取代：710~690、810~750cm-1；苯环对二取代：830~810cm-1 具体对照表如下所示：（其中：VS：很强；W：弱；S：强；VW：很弱；m：中等；w：宽） 1、O-H、

近红外光谱分析及其应用简介

近红外光谱分析及其应用简介 1、近红外光谱分析及其在国际、国内分析领域的定位近红外光谱分析是将近红外谱区（800-2500nm）的光谱测量技术、化学计量学技术、计算机技术与基础测试技术交叉结合的现代分析技术，主要用于复杂样品的直接快速分析。近红外分析复杂样品时，通常首先需要将样品的近红外光谱与样品的结构、组成或性质等测量参数（用标准或认可的参比方法测得的），采用化学计量学技术加以关联，建立待测量的校正模型；然后通过对未知样品光谱的测定并应用已经建立的校正模型，来快速预测样品待测量。近红外光谱分析技术自上世纪60年代开始首先在农业领域应用，随着化学计量学与计算机技术的发展，80年代以来逐步受到光谱分析学家的重视，该项技术逐渐成熟，90年代国际匹茨堡会议与我国的BCEIA等重要分析专业会议均先后把近红外光谱分析与紫外、红外光谱分析等技术并列，作为一种独立的分析方法；2000年PITTCON 会议上近红外光谱方法是所有光谱法中最受重视的一类方法，这种分析方法已经成为ICC（International Association for Cereal Science and Technology国际谷物科技协会）、AOAC(American Association of Official Analytical Chemists美国公职化学家协会)、AACC （American Association of Cereal Chemists美国谷物化学家协会）等行业协会的标准；各发达国家药典如USP(United States Pharmacopoeia美国药典)均收入了近红外光谱方法；我国2005年版的药典也将该方法收入。在应用方面近红外光谱分析技术已扩展到石油化工、医药、生物化学、烟草、纺织品等领域。发达国家已经将近红外方法做为质量控制、品质分析和在线分析等快速、无损分析的主要手段。我国对近红外光谱技术的研究及应用起步较晚，上世纪70年代开始，进行了近红外光谱分析的基础与应用研究，到了90年代，石化、农业、烟草等领域开始大量应用近红外光谱分析技术，但主要是依靠国外大型分析仪器生产商的进口仪器。目前国内能够提供完整近红外光

红外谱图峰位分析方法

红外谱图分析（一）基团频率和特征吸收峰物质的红外光谱，是其分子结构的反映，谱图中的吸收峰，与分子中各基团的振动形式相对应。多原子分子的红外光谱与其结构的关系，一般是通过实验手段得到的。这就是通过比较大量已知化合物的红外光谱，从中总结出各种基团的吸收规律来。实验表明，组成分子的各种基团，如O—H、N—H、C—H、C═C、C≡C、C═O等，都有自己特定的红外吸收区域，分子其它部分对其吸收位置影响较小。通常把这种能代表基团存在、并有较高强度的吸收谱带称为基团频率，其所在的位置一般又称为特征吸收峰。根据化学键的性质，结合波数与力常数、折合质量之间的关系，可将红外4 000～400 cm-1划分为四个区：4 000~2 500 cm-1 氢键区 2 500~2 000 cm-1 产生吸收基团有O—H、C—H、N—H；叁键区 2 000~1 500 cm-1 C≡C、C≡N、C═C═C 双键区 1 500~1 000 cm-1 C═C、C═O等单键区按吸收的特征，又可划分为官能团区和指纹区。一、官能团区和指纹区红外光谱的整个围可分成4 000~1 300 cm-1与1 300~600 cm-1两个区域。 4 000~1 300 cm-1区域的峰是由伸缩振动产生的吸收带。由于基团的特征吸收峰一般位于高频围，并且在该区域，吸收峰比较稀疏，因此，它是基团鉴定工作最有价值的区域，称为官能团区。在1 300~600 cm-1区域中，除单键的伸缩振动外，还有因变形振动产生的复杂光谱。当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的差异。这种情况就像每个人都有不同的指纹一样，因而称为指纹区。指纹区对于区别结构类似的化合物很有帮助。指纹区可分为两个波段（1）1 300~900 cm-1这一区域包括C—O，C—N，C—F，C—P，C—S，P—O，Si—O等键的伸缩振动和C═S，S═O，P═O等双键的伸缩振动吸收。

近红外光谱分析原理

近红外光(Near Infrared,NIR)就是介于可见光(VIS)与中红外光(MIR)之间得电磁波,按ASTM(美国试验与材料检测协会)定义就是指波长在78 0～2526nm范围内得电磁波,习惯上又将近红外区划分为近红外短波(78 0~1100nm)与近红外长波(1100~2526nm)两个区域。近红外光谱属于分子振动光谱得倍频与主频吸收光谱,主要就是由于分子振动得非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生得,具有较强得穿透能力。近红外光主要就是对含氢基团Ｘ－Ｈ(Ｘ＝Ｃ、Ｎ、Ｏ)振动得倍频与合频吸收,其中包含了大多数类型有机化合物得组成与分子结构得信息。由于不同得有机物含有不同得基团,不同得基团有不同得能级,不同得基团与同一基团在不同物理化学环境中对近红外光得吸收波长都有明显差别,且吸收系数小,发热少,因此近红外光谱可作为获取信息得一种有效得载体。近红外光照射时,频率相同得光线与基团将发生共振现象,光得能量通过分子偶极矩得变化传递给分子;而近红外光得频率与样品得振动频率不相同,该频率得红外光就不会被吸收。因此,选用连续改变频率得近红外光照射某样品时, 由于试样对不同频率近红外光得选择性吸收,通过试样后得近红外光线在某些波长范围内会变弱,透射出来得红外光线就携带有机物组分与结构得信息。通过检测器分析透射或反射光线得光密度, 就可以确定该组分得含量。近红外光谱分析技术包括定性分析与定量分析,定性分析得目得就是确定物质得组成与结构,而定量分析则就是为了确定物质中某些组分

得含量或就是物质得品质属性得值。与常用得化学分析方法不同,近红外光谱分析法就是一种间接分析技术,就是用统计得方法在样品待测属性值与近红外光谱数据之间建立一个关联模型(或称校正模型,Calibra tion Model)。因此在对未知样品进行分析之前需要搜集一批用于建立关联模型得训练样品(或称校正样品,Calibration Samples),获得用近红外光谱仪器测得得样品光谱数据与用化学分析方法(或称参考方法,R eference method)测得得真实数据。其工作原理就是,如果样品得组成相同,则其光谱也相同,反之亦然。如果我们建立了光谱与待测参数之间得对应关系(称为分析模型),那么,只要测得样品得光谱,通过光谱与上述对应关系,就能很快得到所需要得质量参数数据。分析方法包括校正与预测两个过程: (1)在校正过程中,收集一定量有代表性得样品(一般需要80个样品以上),在测量其光谱图得同时,根据需要使用有关标准分析方法进行测量,得到样品得各种质量参数,称之为参考数据。通过化学计量学对光谱进行处理,并将其与参考数据关联,这样在光谱图与其参考数据之间建立起一一对应映射关系,通常称之为模型。虽然建立模型所使用得样本数目很有限,但通过化学计量学处理得到得模型应具有较强得代表性。对于建立模型所使用得校正方法视样品光谱与待分析得性质关系不同而异,常用得有多元线性回归,主成分回归,偏最小二乘,人工神经网络与拓扑方法等。显然,模型所适用得范围越宽越好,但就是模型得范围大

红外光谱法基本原理

红外光谱法基本原理红外光谱是反映分子的振动情况。当用一定频率的红外光照射某物质分子时，若该物质的分子中某基团的振动频率与它相同，则此物质就能吸收这种红外光，使分子由振动基态跃迁到激发态。因此，若用不同频率的红外光依次通过测定分子时，就会出现不同强弱的吸收现象。用Ｔ％－λ作图就得到其红外光吸收光谱。红外光谱具有很高的特征性，每种化合物都具有特征的红外光谱。用它可进行物质的结构分析和定量测定。气相色谱法基本原理气相色谱法是以气体（此气体称为载气）为流动相的柱色谱分离技术。在填充柱气相色谱法中，柱内的固定相有两类：一类是涂布在惰性载体上的有机化合物，它们和沸点较高，在柱温下可呈液态，或本身就是液体，采用这类固定相的方法称为气液色谱法；另一类是活性吸附剂，如硅胶、分子筛等，采用这类固定相的方法称为气固色谱法。它的应用远没有气液色普法广泛。气固色谱法只适用于气体及低沸点烃类的分析。在毛细管气相色谱法中，色谱柱内径小于lmm，分为填充型和开管型两大类。填充型毛细管与一般填充柱相同，只是径细、柱长，使用的固定相颗粒在几十到几百微米之间。开管型固定相则通过化学键组合或物理的方法直接固定在管壁上，因此这种色谱柱又称开管理柱，它的应用日益普遍。原则上，在填充柱中能够使用的固定液，在毛细管柱中也能使用，但毛细管柱比普通填充柱柱效更高，分离能力更强。气相色谱法的应用面十分广泛，原则上讲，不具腐蚀性气体或只要在仪器所能承受的气化温度下能够气化，且自身又不分解的化合物都可用气相色谱法分析。当样品加到固定相上之后，流动相就要携带样品在柱内移动。流动相在固定相上的溶解或吸附能力要比样品中的组分弱得多。组分进柱后，就要在固定相和流动相之间进行分配。组分性质不同，在固定相上的溶解或吸附能力不同，即它们的分配系数大小不同。分配系数大

红外吸收光谱特征峰特别整理版

表典型有机化合物的重要基团频率（/cm-1）化合物基团X-H伸缩振动区叁键区双键伸缩振动区部分单键振动和指纹区烷烃-CH3 asCH:2962±10(s) asCH:1450±10(m) sCH:2872±10(s)sCH:1375±5(s) -CH2- asCH:2926±10(s)CH:1465±20(m) sCH:2853±10(s) CH:2890±10(s)CH:～1340(w) 烯烃 CH:3040～3010(m)C=C:1695～1540(m)CH:1310～1295(m) CH:770～665(s) CH:3040～3010(m)C=C:1695～1540(w)CH:970～960(s) 炔烃-C≡C-H CH:≈3300(m)C≡C:2270～2100(w) 芳烃 CH:3100～3000(变) 泛频:2000～1667(w) C=C :1650～1430(m) 2～4个峰 CH:1250～1000(w) CH:910～665 单取代：770～730(vs) ≈700(s) 邻双取代:770～735(vs) 间双取代:810～750(vs) 725～680(m) 900～860(m) ～对双取代:860～790(vs)

醇类 R-OH OH :3700～3200(变) OH :1410～1260(w) CO :1250～1000(s) OH :750～650(s) 酚类 Ar-OH OH ：3705～3125(s) C=C :1650～1430(m) OH :1390～1315(m) CO :1335～1165(s) 脂肪醚 R-O-R ＇ CO :1230～1010(s) 酮 C=O :≈1715(vs) 醛 CH ：≈2820,≈2720(w) 双峰 C=O :≈1725(vs) 羧酸 OH ：3400～2500(m) C=O :1740～1690(m) OH :1450～1410(w) CO :1266～1205(m) 酸酐 C=O :1850～1880(s) C=O :1780～1740(s) CO :1170～1050(s) 酯泛频C=O :≈3450(w) C=O :1770～1720(s) COC :1300～1000(s) 胺 -NH 2 NH2:3500～3300(m) 双峰 NH :1650～1590(s,m) CN (脂肪):1220～ 1020(m,w) CN ( 芳香):1340～ 1250(s) -NH NH :3500～3300(m) NH :1650～1550(vw) CN ( 脂肪):1220～ 1020(m,w) CN ( 芳香):1350～ 1280(s)

红外光谱特征峰解析常识

红外光谱特征峰解析常识编写李炎平红外特征光谱峰存在一定特征规律，正确的记录了化学结构和特征，识记特征波谱峰有助于我们解析红外光谱。下面我将一些特征波谱峰简要罗列如下，如有疏漏之处还望批评指出。 ●羟基：特征峰范围（3650~3200）c mˉ1，一般在 3600cmˉ1处有较强峰。 ●羧基：特征峰范围（3500~2500）cmˉ1，一般峰波数小于羟基。 ●饱和烷烃—C—H ：特征峰小于3000cmˉ1，一般在 (2950~2850)cm处，如有峰在（1390~1360）cmˉ1 处，则说明有— CH,如有峰在1450cmˉ1处，则说 3 明有— CH—， 2 ●不抱和烷烃：特征峰大于3000cmˉ1，对于烯烃 = C- _在3050 cmˉ1处和（1600~1330）cmˉ1 H C 处有峰，对于炔烃H ≡ -在（3360~3250）cmˉ1 C- C 处有峰，在（700~600）cmˉ1处有枪宽峰。 ●对于C C=:在（1700~1645）cmˉ1处有特征峰，不过不太明显，只具有指示作用。 ●对于- COC ,在（1900~1600）cm处有强峰。 -COOC CHO, - - - ●指纹区：- C N O C C , -C ,等，在 C, O C O - - - - - - - - - - - -

（1330~900）cm ˉ1处有中强峰， ● 对于)(2CH n :在（900~400）cm ˉ1处有中强或弱峰。 ● 对于醛类：特征范围为羰基峰+（2900~2700）cm ˉ1。 ● 对于----C O C :在（1300~900）cm ˉ1处有两强峰（可能有一个弱峰）。 ● 特征区范围（4400~1330）cm ˉ1，指纹区范围（1330~400）cm ˉ1。 ● 通常将中红外光谱区域划分为四个部分。 1）4000~2500cm-1，为含氢基团的伸缩振动区，通常称为“氢键区”。 2）2500~2000cm-1叁键和累积双键区。 3）2000~1500cm-1，双键区。 4）小于1500cm-1，单键区。

红外与近红外光谱常用数据处理算法

一、数据预处理（1）中心化变换（2）归一化处理（3）正规化处理（4）标准正态变量校正（标准化处理）（Standard Normal Variate,SNV）（5）数字平滑与滤波（Smooth）（6）导数处理（Derivative）（7）多元散射校正（Multiplicative Scatter Correction,MSC）（8）正交信号校正（OSC）二、特征的提取与压缩（1）主成分分析（PCA）（2）马氏距离三、模式识别（定性分类）（1）基于fisher意义下的线性判别分析（LDA）（2）K-最邻近法（KNN）（3）模型分类方法（SIMCA）（4）支持向量机（SVM）（5）自适应boosting方法（Adaboost）四、回归分析（定量分析）（1）主成分回归（PCR）（2）偏最小二乘法回归（PLS）（3）支持向量机回归（SVR）

一、数据预处理（1）中心化变换中心化变换的目的是在于改变数据相对于坐标轴的位置。一般都是希望数据集的均值与坐标轴的原点重合。若x ik 表示第i 个样本的第k 个测量数据，很明显这个数据处在数据矩阵中的第i 行第k 列。中心化变换就是从数据矩阵中的每一个元素中减去该元素所在元素所在列的均值的运算： u ik k x x x =- ，其中k x 是n 个样本的均值。 (2) 归一化处理归一化处理的目的是是数据集中各数据向量具有相同的长度，一般为单位长度。其公式为： 'ik x = 归一化处理能有效去除由于测量值大小不同所导致的数据集的方差，但是也可能会丢失重要的方差。（3）正规化处理正规化处理是数据点布满数据空间，常用的正规化处理为区间正规化处理。其处理方法是以原始数据集中的各元素减去所在列的最小值，再除以该列的极差。 min() 'max()min() ik ik k k x xk x x x -= - 该方法可以将量纲不同，范围不同的各种变量表达为值均在0~1范围内的数据。但这种方法对界外值很敏感，若存在界外值，则处理后的所有数据近乎相等。（4）标准化处理（SNV ）也称标准正态变量校正该处理能去除由单位不同所引起的不引人注意的权重，但这种方法对界外点不像区间正规化那样的敏感。标准化处理也称方差归一化。它是将原始数据集各个元素减去该元素所在列的元素的均值再除以该列元素的标准差。 ';ik k ik k k x x x S S -==

红外光谱的原理及应用

红外光谱的原理及应用 (一)红外吸收光谱的定义及产生分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱（二）基本原理 1产生红外吸收的条件 (1)分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化。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。 (2)只有当照射分子的红外辐射的频率与分子某种振动方式的频率相同时，分子吸收能量后，从基态振动能级跃迁到较高能量的振动能级，从而在图谱上出现相应的吸收带。 2分子的振动类型伸缩振动：键长变动，包括对称与非对称伸缩振动弯曲振动：键角变动，包括剪式振动、平面摇摆、非平面摇摆、扭曲振动 3几个术语基频峰：由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；倍频峰：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；组频：如果分子吸收一个红外光子，同时激发了基频分别为v1和v2的两种跃迁，此时所产生的吸收频率应该等于上述两种跃迁的吸收频率之和，故称组频。特征峰：凡是能用于鉴定官能团存在的吸收峰，相应频率成为特征频率。相关峰：相互可以依存而又相互可以佐证的吸收峰称为相关峰 4影响基团吸收频率的因素（1 外部条件对吸收峰位置的影响：物态效应、溶剂效应（2分子结构对基团吸收谱带的影响：诱导效应：通常吸电子基团使邻近基团吸收波数升高，给电子基团使波数降低。共轭效应：基团与吸电子基团共轭，使基团键力常数增加，因此基团吸收频率升高，基团与给电子基团共轭，使基团键力常数减小，因此基团吸收频率降低。当同时存在诱导效应和共轭效应，若两者作用一致，则两个作用互相加强，不一致，取决于作用强的作用。（3）偶极场效应：互相靠近的基团之间通过空间起作用。（4）张力效应：环外双键的伸缩振动波数随环减小其波数越高。（5）氢键效应：氢键的形成使伸缩振动波数移向低波数，吸收强度增强（6）位阻效应：共轭因位阻效应受限，基团吸收接近正常值。（7）振动耦合，（8）互变异构的影响（三）红外吸收光谱法的解析红外光谱一般解析步骤 1. 检查光谱图是否符合要求; 2. 了解样品来源、样品的理化性质、其他分析的数据、样品重结晶溶剂及纯度; 3. 排除可能的―假谱带‖; 4. 若可以根据其他分析数据写出分子式，则应先算出分子的不饱和度U

红外光谱的定量分析

红外光谱的定量分析红外光谱法在分析和另一应用是对混合物中各组分进行定量分析。红外光谱定量分析是借助于对比吸收峰强度来进行的，只要混合物中的各组分能有一个持征的，不受其他组分干扰的吸收峰存在即可。原则上液体、圆体和气体样品都对应用红外光谱法作定量分析：1．定量分析原理红外定量分析的原理和可见紫外光谱的定量分析一样，也是基于比耳-朗勃特（Beer-Lambert)定律。 Beer定律可写成：A=abc 式和A为吸光度(absorbance)，也可称光密度(optical density)，它没有单位。系数a称作吸收系数(absorptivity)，也称作消光系数(extinction coeffieient)，是物质在单位浓度和单位厚度下的吸光度，不同物质有不同的吸收系数a值。且同一物质的不同谱带其a值也不相同，即a值是与被测物质及所选波数相关的一个系数。因此在测定或描述吸收系数时，一定要注意它的波数位置。当浓度c选用mol·L-1为单位，槽厚b以厘米为单位时，则a值的单位为：L·cn-1·mol-1，称为摩尔吸收系数，并常用ε表示。吸收系数是物质具有的特定数值，文献中的数值理应可以通用。但是，由于所用仪器的精度和操作条件的不同，所得数值常有差别，因此在实际工作中，为保证分析的准确度，所用吸收系数还得借助纯物质重新测定。在定量分析中须注意下面两点： 1)吸光度和透过率是不同的两个概念、透过率和样品浓度没有正比关系，但吸光度与浓度成正比。 2)吸光度的另一可贵性使它具有加和性。若二元和多元混合物的各组分在某波数处都有吸收，则在该波数处的总吸光度等于各级分吸光度的算术和：但是样品在该波数处的总透过率并不等于各组分透过率的和； 2．定量分析方法的介绍红外光谱定量方法主要有测定谱带强度和测量谱带面积购两种。此外也有采用谱带的一阶导数和二阶导数的计算方法，这种方法能准确地测量重叠的谱带，甚至包括强峰斜坡上的肩峰。红外光谱定量分忻可以采用的方沦很多，下面我们介绍几种常用的测定方法。 (1)直接计算法这种方法适用于组分简单、特征吸收带不重叠、且浓度与吸收度呈线性关系的样品。应用(4-35)式，从谱图上读取透过率数值，按A＝ln(I0/I)(I0为入射光强度，I为透射光强度)的关系计算出A值，再按(4-35)式算出组分含量c，从而推算出质量分数。这一方法的前提是需用标准样品测得a值。分析精度要求不高时，可用文献报导的a值。 (2)工作曲线法这种方法适用于组分简单．特征吸收谱带重叠较少，而浓度与吸收度不完全呈线性关系的样品。将一系列浓度的标准样品的湾液．在同一吸收池内测出需要的谱带，计算出吸收度值作为纵坐标，再以浓度为横坐标，作出徊应的工作曲线。由于是在同一吸收池内测量，故可获得A～c的实际变化曲线。

红外光谱原理

第二节红外吸收光谱的基本原理一、分子的振动与红外吸收任何物质的分子都是由原子通过化学键联结起来而组成的。分子中的原子与化学键都处于不断的运动中。它们的运动，除了原子外层价电子跃迁以外，还有分子中原子的振动和分子本身的转动。这些运动形式都可能吸收外界能量而引起能级的跃迁，每一个振动能级常包含有很多转动分能级，因此在分子发生振动能级跃迁时，不可避免的发生转动能级的跃迁，因此无法测得纯振动光谱，故通常所测得的光谱实际上是振动-转动光谱，简称振转光谱。 1、双原子分子的振动分子的振动运动可近似地看成一些用弹簧连接着的小球的运动。以双原子分子为例，若把两原子间的化学键看成质量可以忽略不计的弹簧，长度为r （键长），两个原子分子量为m 1、m 2。如果把两个原子看成两个小球，则它们之间的伸缩振动可以近似的看成沿轴线方向的简谐振动，如图3—2。因此可以把双原子分子称为谐振子。这个体系的振动频率υ（以波数表示），由经典力学（虎克定律）可导出： C ——光速（3×108 m/s ） υ= K ——化学键的力常数（N/m ） μ——折合质量（kg ） μ= 如果力常数以N/m 为单位，折合质量μ以原子质量为单位，则上式可简化为 υ=130.2 双原子分子的振动频率取决于化学键的力常数和原子的质量，化学键越强，相对原子质量越小，振动频率越高。 H-Cl 2892.4 cm -1 C=C 1683 cm -1 C-H 2911.4 cm -1 C-C 1190 cm -1 同类原子组成的化学键（折合质量相同），力常数大的，基本振动频率就大。由于氢的原子质量最小，故含氢原子单键的基本振动频率都出现在中红外的高频率区。 2、多原子分子的振动 1|D|ì2c K m 1m 2m 1m2+ K μ

红外吸收光谱特征峰

表15.1 典型有机化合物的重要基团频率（/cm-1） asCH asCH sCH sCH asCH CH sCH CH CH CH C=C CH CH CH C=C CH CH C≡C CH CH C=C CH OH OH

CO OH OH C=C OH CO CO C=O CH C=O OH C=O OH CO CO C=O C=O 泛频C=O C=O COC NH2NH CN CN NH NH CN CN asNH C=O CN

sNH NH NH2 NH CN+NH C=O NH+CN C=O C=O C≡N NO2NO2 CN NO2NO2 CN 吡啶类 CH C=C及C=N CH CH 嘧啶类 CH C=C及C=N CH CH *表中vs,s,m,w,vw用于定性地表示吸收强度很强，强，中，弱，很弱。

中红外光谱区一般划分为官能团区和指纹区两个区域，而每个区域又可以分为若干个波段。官能团区官能团区（或称基团频率区）波数范围为4000～1300cm -1 ，又可以分为四个波段。 ★ 4000～2500cm -1 为含氢基团x —H （x 为O 、N 、C ）的伸缩振动区，因为折合质量小，所以波数高，主要有以下五种基团吸收 ● 醇、酚中O —H ：3700～3200cm -1 ，无缔合的O —H 在高一侧，峰形尖锐，强度为ｓ缔合的O —H 在低一侧，峰形宽钝，强度为ｓ ● 羧基中O —H ： 3600～2500 cm -1 ，无缔合的O —H 在高一侧，峰形尖锐，强度为ｓ缔合可延伸至2500 cm -1 ，峰非常宽钝，强度为ｓ ● N —H ： 3500～3300 cm -1 ，伯胺有两个H ，有对称和非对称两个峰，强度为ｓ—ｍ叔胺无H ，故无吸收峰 ● C —H ：＜3000 cm -1 为饱和C ：～2960 cm -1 ( ),～2870 cm -1 ( ) 强度为ｍ-ｓ～2925 cm -1 ( ),～2850 cm -1 ( ) 强度为ｍ-ｓ～2890 cm -1 强度为ｗ＞3000 cm -1 为不饱和 C ： (及苯环上C-H)3090～3030 cm -1 强度为ｍ～3300 cm -1 强度为ｍ ● 醛基中C —H ：～2820及～2720两个峰强度为ｍ－ｓ

近红外光谱分析技术的数据处理方法

引言近红外是指波长在780nm～2526nm范围内的光线，是人们认识最早的非可见光区域。习惯上又将近红外光划分为近红外短波（780nm～1100nm）和长波（1100 nm～2526 nm）两个区域.近红外光谱（Near Infrared Reflectance Spectroscopy，简称NIRS）分析技术是一项新的无损检测技术，能够高效、快速、准确地对固体、液体、粉末状等有机物样品的物理、力学和化学性质等进行无损检测。它综合运用了现代计算机技术、光谱分析技术、数理统计以及化学计量学等多个学科的最新研究果，并使之融为一体，以其独有的特点在很多领域如农业、石油、食品、生物化工、制药及临床医学等得到了广泛应用，在产品质量分析、在线检测、工艺控制等方面也获得了较大成功。近红外光谱分析技术的数据处理主要涉及两个方面的内容：一是光谱预处理方法的研究，目的是针对特定的样品体系，通过对光谱的适当处理，减弱和消除各种非目标因素对光谱的影响，净化谱图信息，为校正模型的建立和未知样品组成或性质的预测奠定基础；二是近红外光谱定性和定量方法的研究，目的在于建立稳定、可靠的定性或定量分析模型，并最终确定未知样品和对其定量。 1工作原理近红外光谱区主要为含氢基团X-H（X=O,N,S,单健C,双健C,三健C等）的倍频和合频吸收区，物质的近红外光谱是其各基团振动的倍频和合频的综合吸收表现，包含了大多数类型有机化合物的组成和分子结构的信息。因为不同的有机物含有不同的基团，而不同的基团在不同化学环境中对近红外光的吸收波长不同，因此近红外光谱可以作为获取信息的一种有效载体。近红外光谱分析技术是利用被测物质在其近红外光谱区内的光学特性快速估测一项或多项化学成分含量。被测样品的光谱特征是多种组分的反射光谱的综合表现，各组分含量的测定基于各组分最佳波长的选择，按照式(1)回归方程自动测定结果：组分含量＝C0＋C1(Dp)1＋C2(Dp)2＋…＋Ck(Dp)k(1)式中：C0～k为多元线性回归系数；(Dp)1～k为各组分最佳波长的反射光密度值（D＝－lgp，p为反射比）。该方程准确的反映了定标范围内一系列样品的测定结果，与实验室常规测定法之间的标准偏差SE为：SE＝[Σ(y－x)2/(n－1)]1/2(2)式中：x表示实验室常规法测定值，y表示近红外光谱法测值，n为样品数。 2光谱数据的预处理仪器采集的原始光谱中除包含与样品组成有关的信息外，同时也包含来自各方面因素所产生的噪音信号。这些噪音信号会对谱图信息产生干扰，有些情况下还非常严重，从而影响校正模型的建立和对未知样品组成或性质的预测。因此，光谱数据预处理主要解决光谱噪音的滤除、数据的筛选、光谱范围的优化及消除其他因素对数据信息的影响，为下步校正模型的建立和未知样品的准确预测打下基础。常用的数据预处理方法有光谱数据的平滑、基线校正、求导、归一化处理等。 2.1数据平滑处理信号平滑是消除噪声最常用的一种方法，其基本假设是光谱含有的噪声为零均随机白噪声，若多次测量取平均值可降低噪声提高信噪比。平滑处理常用方法有邻近点比较法、移动平均法、指数平均法等。 2.1.1邻近点比较法对于许多干扰性的脉冲信号，将每一个数据点和它旁边邻近的数据点的

红外光谱吸收峰

红外光谱吸收峰物质的红外光谱是其分子结构的反映，谱图中的吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。多原子分子的红外光谱与其结构的关系，一般是通过实验手段得到。这就是通过比较大量已知化合物的红外光谱，从中总结出各种基团的吸收规律。实验表明，组成分子的各种基团，如O-H、N-H、C-H、C=C、C=OH和C C等，都有自己的特定的红外吸收区域，分子的其它部分对其吸收位置影响较小。通常把这种能代表及存在、并有较高强度的吸收谱带称为基团频率，其所在的位置一般又称为特征吸收峰。≡物质的红外光谱是其分子结构的反映，谱图中的吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。多原子分子的红外光谱与其结构的关系，一般是通过实验手段得到。这就是通过比较大量已知化合物的红外光谱，从中总结出各种基团的吸收规律。实验表明，组成分子的各种基团，如O-H、N-H、C-H、C=C、C=OH和C 一、基团频率区和指纹区（一）基团频率区中红外光谱区可分成4000 cm-1 ~1300 cm-1和1800cm-1 （1300 cm-1 ）~ 600 cm-1两个区域。最有分析价值的基团频率在4000 cm-1 ~ 1300 cm-1 之间，这一区域称为基团频率区、官能团区或特征区。区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，比较稀疏，容易辨认，常用于鉴定官能团。在1800 cm-1 （1300 cm-1 ）~600 cm-1 区域内，除单键的伸缩振动外，还有因变形振动产生的谱带。这种振动与整个分子的结构有关。当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的差异，并显示出分子特征。这种情况就像人的指纹一样，因此称为指纹区。指纹区对于指认结构类似的化合物很有帮助，而且可以作为化合物存在某种基团的旁证。基团频率区可分为三个区域：（1）4000 ~2500 cm-1 X-H伸缩振动区，X可以是O、H、C或S等原子。 O-H基的伸缩振动出现在3650 ~3200 cm-1 范围内，它可以作为判断有无醇类、酚类和有机酸类的重要依据。当醇和酚溶于非极性溶剂（如CCl4），浓度于0.01mol. dm-3时，在3650 ~3580 cm-1处出现游离O-H基的伸缩振动吸收，峰形尖锐，且没有其它吸收峰干扰，易于识别。当试样浓度增加时，羟基化合物产生缔合现象，O-H基的伸缩振动吸收峰向低波数方向位移，在3400 ~3200 cm-1 出现一个宽而强的吸收峰。胺和酰胺的N-H伸缩振动也出现在3500~3100 cm-1 CH（不是炔烃）基的吸收基出现在2890 cm-1 附近，但强度很弱。不饱和的C-H伸缩振动出现在3000 cm-1以上，以此来判别化合物中是否含有不饱和的C-H键。苯环的C-H键伸缩振动出现在3030 cm-1附近，它的特征是强度比饱和的C-H浆稍弱，但谱带比较尖锐。≡因此，可能会对O-H伸缩振动有干扰C-H的伸缩振动可分为饱和和不饱和的两种。饱和的C-H伸缩振动出现在3000 cm-1以下，约3000~2800 cm-1，取代基对它们影响很小。如-CH3 基的伸缩吸收出现在2960 cm-1和2876 cm-1附近；- CH2基的吸收在2930 cm-1 和2850 cm-1附近；不饱和的双键=C-H的吸收出现在3010~3040 cm-1范围内，末端= CH2的吸收出现在3085 cm-1附近。 CH上的C-H伸缩振动出现在更高的区域（3300 cm-1 ）附近。≡叁键（2）2500~1900 为叁键和累积双键区。 N基的吸收越弱，甚至观察不到。≡N基越近，-C ≡N基吸收比较强而尖锐。若分子中含有O原子，且O原子离-C ≡N基的缩振动在非共轭的情况下出现在2240~2260 cm-1附近。当与不饱和键或芳香核共轭时，该峰位移到2220~2230 cm-1附近。若分子中含有C、H、N原子，-C ≡C-R，因为分子是对称，则为非红外活性。-C ≡C-R出现在2190~2260 cm-1附近。如果是R-C ≡-C 'CH的伸缩振动出现在 2100~2140 cm-1附近，R≡C-R两种类型，R-C≡-C 'CH和R≡N等等叁键的伸缩振动，以及-C =C=C、-C=C=O等累积双键的不对称性伸缩振动。对于炔烃类化合物，可以分成R-C≡C、-C≡主要包括-C

近红外光谱分析技术的数据处理方法

红外吸收光谱峰位的影响因素

光谱峰位的影响因素分子内基团的红外吸收会受到邻近基团及整个分子其他部分的影响，也会因测定条件及样品的物理状态而改变。所以同一基团的特征吸收会在一定范围内波动。影响因素有： 1. 化学键的强度一般地说化学键越强，则力常数K 越大，红外吸收频率 ν 越大。如碳碳三键，双键和单键的伸缩振动吸收频率随键强度的减弱而减小。伸缩振动频率 (cm -1) 2150 1715 1200 2. 诱导效应诱导效应可以改变吸收频率。如羰基连有拉电子基团可增强碳氧双键，加大C=O 键的力常数K ，使C=O 吸收向高频方向移动。 C=O 伸缩振动频率（cm -1 ） 1715 1815 ~ 1785 3. 共轭效应共轭效应常使C =O 双键的极性增强，双键性降低，减弱键的强度使吸收向低频方向移动。例如羰基与α、β不饱和双键共轭，从而削弱了碳氧双键，使羰基伸缩振动吸收频率向低波数位移。 C=O 伸缩振动频率（cm -1） 1715 1685 ~ 1670 4. 成键碳原子的杂化状态一般化学键的原子轨道s 成分越多，化学键力常数K 越大，吸收频率越高。 sp sp 2 sp 3

C?H伸缩振动频率（cm-1）3300 3100 2900 5. 键张力的影响主要是环状化合物环的大小不同影响键的力常数，使环内或环上基团的振动频率发生变化。具体变化在不同体系也有不同。例如：环丙烷的C-H伸缩频率在3030 cm-1，而开链烷烃的C-H伸缩频率在3000 cm-1以下。 6．氢键的影响氢键的形成使电子云密度平均化，从而使伸缩振动频率降低。形成氢键后基团的伸缩频率都会下降。游离羧酸的C=O键频率出现在1760 cm-1 左右，在固体或液体中，由于羧酸形成二聚体，C=O键频率出现在1700 cm-1 。分子内氢键不受浓度影响，分子间氢键受浓度影响较大。例如：乙醇的自由羟基的伸缩振动频率是3640 cm-1，而其缔合物的振动频率是3350 cm-1。形成氢键还使伸缩振动谱带变宽。 7. 振动的耦合若分子内的两个基团位置很近，振动频率也相近，就可能发生振动耦合，使谱带分成两个，在原谱带高频和低频一侧各出现一个谱带。例如乙酸酐的两个羰基间隔一个氧原子，它们发生耦合。羰基的频率分裂为1818和1750 cm-1。(预期如果没有耦合其羰基振动将出现在约1760 cm-1)。弯曲振动也能发生耦合。 8. 物态变化的影响通常同种物质气态的特征频率较高，液态和固态较低。如丙酮v C=O(气)＝1738 cm-1， v C=O(液)＝1715 cm-1。溶剂也会影响吸收频率。七. 定量分析定量依据是Lambert-Beer定律:吸光度(A) A=ε*C * L 其中：ε为摩尔吸光系数，A= -lgT = -lg(I t/I o)= lg(I o/I t) 定量时吸光度的测定常用基线法。如图所示，图中I 与I0之比就是透射比。思考:如何按图从坐标T%计算A? 如何做标准曲线?