环境分析仪器 红外光谱法原理及其环境应用
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
当符合一定条件的一束红外光照射物质时，被照射物 质的分子将吸收一部分红外光能，使分子固有的振动和转 动能级跃迁到较高的能级，光谱上即出现吸收谱带，即得 到该物质的红外吸收特征光谱。
10
IR产生的条件:
IR是由分子中基团的振动和转动能级的跃迁而产生 的: 振-转光谱。
① 辐射能满足振动能级跃迁所需能量; ② 振动应能发生偶极矩的变化。
微波波段
射频波段
核跃迁 内层电
子跃迁
共价电子跃迁
分子 振动
分子 转动
磁场中自旋取向
波长 (m)
10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4
10-3 10-2 10-1
1 101
4
红外光谱法的应用
分析测试（无机、有机） 材料成分分析、性能改进 功能材料表征 工业诊断
苯环的C-H：键伸缩振动：在3030 cm-1附近，特征是强度比饱 和的C-H键稍弱，但谱带比较尖锐。
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。
叁键CH上的C-H：伸缩振动出现在更高的区域（3300 cm-1 ） 附近。
16
C-H的伸缩振动可分为饱和和不饱和两种：
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。
红外光谱法原理及其环境应用
IR - Infrared Absorption Spectrophotometer
1
概述 基本原理 基团频率和特征吸收峰 红外光谱仪 样品的处理和制备 红外光谱法应用
2
概述----光和物质相互作用
光进入不同的物质，发生吸收、透射、散射、荧 光以及反射。
3
不同波段范围，不同的仪器方法
子团（如O-H、N-H、C-H）伸缩振动的倍频吸收等产生的。 该区的光谱可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化合物， 并适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合 物的定量分析。
7
中红外光区（2.5 ~ 25µm ）
绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现在该 光区。由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，该区 最适于进行红外光谱的定性和定量分析。
14
基团频率区及其特征吸收峰
中红外光谱区： 4000 cm-1 ~1300 cm-1 1800cm-1 ~ 600 cm-1
最有分析价值基团频率： 4000 cm-1 ~ 1300 cm-1 基团频率区、官能团区或特征区
该区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，比较容易辨 识，场用于鉴定官能团。
15
基团频率及其特征吸收峰
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。
11
分子中基团的基本振动形式
两类基本振动形式: 伸缩振动、变形振动
以亚甲基为例： 伸缩振动
变形振动
12
红外光谱的产生：
每一种振动对应一种频率的红外光的吸收， 一个分子振动会产生很多频率的吸收，形成分 子的红外吸收光谱。
5
概述
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。
6
波长与波数之间的关系为： 波数/ cm-1 =104 /（ / µm ）
波数是指每厘米光波中波的数目 中红外区的波数范围是4000 ~ 400 cm-1
9
红外光谱基本原理
分子是由原子组成的，而原子是在不停地运动，包括 转动和振动。红外光谱是由于物质分子振动能级跃迁，同 时伴随转动能级跃迁而产生的。
基团频率区三个区域： （1）4000 ~2500 cm-1 X-H伸缩振动区，X可以是 O、N、 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。
胺和酰胺的N-H伸缩振动也出现在3500~3100 cm-1 ，因此， 可能会对O-H伸缩振动有干扰。
13
基团频率和特征吸收峰
在红外光谱中，某些化学基团虽然处于不同的分子中， 但它们的吸收频率总是出现在一个较窄的特定频带，分 子的剩余部分对其影响较小，而且它们的频率不随分子 构型的变化而出现较大的改变，这类频率称为基团特征 振动频率，简称基团频率。
特殊官能团吸收红外光后会在基团频率区间出现吸收 峰，称为特征吸收峰。
红外光区的划分
红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约为 0.75 ~ 1000µm，分为三个区：
近红外光区（0.75 ~ 2.5µm ） 中红外光区（2.5 ~ 25µm ） 远红外光区（25 ~ 1000µm ）
近红外光区（0.75 ~ 2.5µm ）
近红外光区的吸收带主要是由低能电子跃迁、含氢原
17
4000-2500cm-1 X-H伸缩振动（X=O、N、C）
12,500 cm-1 (800 nm)
10cm -1 (1000µm)
Region
Interaction
108
Wavelength (cm-1)
107
-射线
X– 射线
106 105 104 103 102 101 1
10-1 10-2 10-3
紫外
近
红 中红外
可外
远红外
见
光Fra Baidu bibliotek
红外波段
顺磁共振
核磁 共振
由于中红外光谱仪最为成熟、简单，应用极为广泛的光 谱区。
中红外光谱法又简称为红外光谱法。
远红外光区 （25 ~ 1000µm ）
气体分子中的纯转动跃迁、振动-转动跃迁 液体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架 振动 晶体中的晶格振动所引起的
8
红外吸收光谱一般用T~曲线或T~波数曲线表示。纵 坐标为百分透射比T%，因而吸收峰向下，向上则为谷；横 坐标是波长（单位为µm ），或波数（单位为cm-1）。
10
IR产生的条件:
IR是由分子中基团的振动和转动能级的跃迁而产生 的: 振-转光谱。
① 辐射能满足振动能级跃迁所需能量; ② 振动应能发生偶极矩的变化。
微波波段
射频波段
核跃迁 内层电
子跃迁
共价电子跃迁
分子 振动
分子 转动
磁场中自旋取向
波长 (m)
10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4
10-3 10-2 10-1
1 101
4
红外光谱法的应用
分析测试（无机、有机） 材料成分分析、性能改进 功能材料表征 工业诊断
苯环的C-H：键伸缩振动：在3030 cm-1附近，特征是强度比饱 和的C-H键稍弱，但谱带比较尖锐。
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。
叁键CH上的C-H：伸缩振动出现在更高的区域（3300 cm-1 ） 附近。
16
C-H的伸缩振动可分为饱和和不饱和两种：
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。
红外光谱法原理及其环境应用
IR - Infrared Absorption Spectrophotometer
1
概述 基本原理 基团频率和特征吸收峰 红外光谱仪 样品的处理和制备 红外光谱法应用
2
概述----光和物质相互作用
光进入不同的物质，发生吸收、透射、散射、荧 光以及反射。
3
不同波段范围，不同的仪器方法
子团（如O-H、N-H、C-H）伸缩振动的倍频吸收等产生的。 该区的光谱可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化合物， 并适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合 物的定量分析。
7
中红外光区（2.5 ~ 25µm ）
绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现在该 光区。由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，该区 最适于进行红外光谱的定性和定量分析。
14
基团频率区及其特征吸收峰
中红外光谱区： 4000 cm-1 ~1300 cm-1 1800cm-1 ~ 600 cm-1
最有分析价值基团频率： 4000 cm-1 ~ 1300 cm-1 基团频率区、官能团区或特征区
该区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，比较容易辨 识，场用于鉴定官能团。
15
基团频率及其特征吸收峰
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。
11
分子中基团的基本振动形式
两类基本振动形式: 伸缩振动、变形振动
以亚甲基为例： 伸缩振动
变形振动
12
红外光谱的产生：
每一种振动对应一种频率的红外光的吸收， 一个分子振动会产生很多频率的吸收，形成分 子的红外吸收光谱。
5
概述
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。
6
波长与波数之间的关系为： 波数/ cm-1 =104 /（ / µm ）
波数是指每厘米光波中波的数目 中红外区的波数范围是4000 ~ 400 cm-1
9
红外光谱基本原理
分子是由原子组成的，而原子是在不停地运动，包括 转动和振动。红外光谱是由于物质分子振动能级跃迁，同 时伴随转动能级跃迁而产生的。
基团频率区三个区域： （1）4000 ~2500 cm-1 X-H伸缩振动区，X可以是 O、N、 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。
胺和酰胺的N-H伸缩振动也出现在3500~3100 cm-1 ，因此， 可能会对O-H伸缩振动有干扰。
13
基团频率和特征吸收峰
在红外光谱中，某些化学基团虽然处于不同的分子中， 但它们的吸收频率总是出现在一个较窄的特定频带，分 子的剩余部分对其影响较小，而且它们的频率不随分子 构型的变化而出现较大的改变，这类频率称为基团特征 振动频率，简称基团频率。
特殊官能团吸收红外光后会在基团频率区间出现吸收 峰，称为特征吸收峰。
红外光区的划分
红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约为 0.75 ~ 1000µm，分为三个区：
近红外光区（0.75 ~ 2.5µm ） 中红外光区（2.5 ~ 25µm ） 远红外光区（25 ~ 1000µm ）
近红外光区（0.75 ~ 2.5µm ）
近红外光区的吸收带主要是由低能电子跃迁、含氢原
17
4000-2500cm-1 X-H伸缩振动（X=O、N、C）
12,500 cm-1 (800 nm)
10cm -1 (1000µm)
Region
Interaction
108
Wavelength (cm-1)
107
-射线
X– 射线
106 105 104 103 102 101 1
10-1 10-2 10-3
紫外
近
红 中红外
可外
远红外
见
光Fra Baidu bibliotek
红外波段
顺磁共振
核磁 共振
由于中红外光谱仪最为成熟、简单，应用极为广泛的光 谱区。
中红外光谱法又简称为红外光谱法。
远红外光区 （25 ~ 1000µm ）
气体分子中的纯转动跃迁、振动-转动跃迁 液体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架 振动 晶体中的晶格振动所引起的
8
红外吸收光谱一般用T~曲线或T~波数曲线表示。纵 坐标为百分透射比T%，因而吸收峰向下，向上则为谷；横 坐标是波长（单位为µm ），或波数（单位为cm-1）。