FTIR红外光谱原理及图谱解析完整版本
傅里叶红外光谱分析PPT课件
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•3.3 气体样品 •直接注入气体池内测试。 •3.4 塑料、高聚物样品 •3.4.1 溶液涂膜 •把样品溶于适当的溶剂中，然后把溶液一滴一 滴的滴加在KBr晶片上，待溶剂挥发后把留在 晶片上的液膜进行测试。
（1）—O—H 3650 3200 cm-1 确定 醇、酚、酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强
吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。 注意区分 —NH伸缩振动： 3500 3100 cm-1
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4.1、红外吸收光谱的特征性
group frequency in IR
与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键 振动频率——基团特征频率（特征峰）；
例： 2800 3000 cm-1 —CH3 特征峰； 1600 1850 cm1 —C=O 特征峰；
基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：
应用：有机化合物的结构解析。 定性：基团的特征吸收频率； 定量：特征峰的强度；
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1.2、红外吸收光谱产生的条件
condition of Infrared absorption spectroscopy
满足两个条件： (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。
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溶剂
可用区域
通常容器长度
CS2 除2200～2100cm-1与1600～1400cm-1以外的区域 0.5mm
FTIR原理和谱图解析(1)
谱图解析——正己烷
在 2 9 2 6 cm-1 处 ， 是 CH2 的不对称伸缩振动峰， 一般在2926±10cm-1范 围内。
谱图解析——正己烷
2872cm-1处是CH3的对称伸 缩振动峰，一般波数范围为 ：2872±10cm-1。
谱图解析——正己烷
在 2 8 5 3 cm-1 处 的 吸 收 峰 ， 是 CH2的对称伸缩振动峰，一般 这种振动峰的吸收位置在： 2853±10cm-1。
透射光谱
为了计算得到一张透射光谱图，必须进行以 下步骤：
•光路中没有样品的干涉图经过傅立叶 变换，结果为单通道背景光谱R().
傅立叶变换
在光路中放置样品时测量并经过傅立叶 变换获得，结果为单通道样品光谱S() 。S()与背景光谱形状相似，只是在样 品有吸收的波数下强度降低。
傅立叶变换
单通道信号强度 0.10 0.20 0.30 0.40
•最后的透射光谱图T()通过样品图除以 背景图获得。T() = S()/R()
4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 500 波数, cm-1
相除
80 100
60
Transmittance [%]
20 40
4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 500 Wavenumber, cm-1
1 4 6 0 cm-1， 是 CH3 的 反 对 称 弯 曲 振动峰（仅显示两个简并模式中 的一个）。
谱图解析——2,3-二甲基丁烷
1380和1365cm-1，是CH3”伞“形弯 曲振动峰，在正己烷中，这是一个 单峰；在2,3-二甲基丁烷中，两个 CH3 基 团 联 在 同 一 个 季 碳 上 ， 这 个 峰就裂分成双峰，表明有叔－丁基 基团存在。
ftir红外光谱仪原理
傅里叶变换红外光谱仪（FTIR，Fourier Transform Infrared Spectrometer）是一种利用傅里叶变换原理，通过对红外光线在特定波长范围内的吸
收强度进行测量，从而分析物质的分子结构和组成的仪器。
FTIR红外光谱仪的工作原理如下：
1.辐射源：红外光谱仪的辐射源部分会产生宽波长范围的红外光，可
以是黑体辐射源、电石石墨片、高灯泡等，用来激发样品内分子结构
的振动。
2.干涉仪：干涉仪使用迈克尔逊干涉仪（Michelson interferometer），它的核心是一个可分割和反射的光束的分光镜。
红外光通过一个可移
动的镜子和一个固定的镜子，产生两束光路差的光线，然后返回干涉
仪重新合到一起，产生干涉信号。
3.采样：待测样品放置在红外光经过的路线上，当光透过或反射於此时，样品内的分子会对某些特定波长的红外光进行吸收，导致这些波
长的光强度降低。
4.探测器：FTIR红外光谱仪需要一个冷却的广谱探测器（例如：汞
镉锌（MCT），探测范围约为2-14μm）来接收通过或反射自样品的红
外光，并将其转换为电信号。
此时的电信号包含了所有波长处的吸收
强度，称为原始干涉信号（光学干涉图）。
5.傅里叶变换处理：原始干涉信号经过傅里叶变换（Fourier Transform，FT）处理，即通过逆傅里叶变换，将信号从时间域转换到
频率域，得到实际的红外吸收光谱图，纵轴表示吸收强度，横轴表示
红外光的波数。
通过分析光谱图中吸收峰的位置（波数）、峰值和峰形，可以获得有关样品分子结构和成分的信息。
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。
tAFTIR原理及谱图解析
光程差
2vt
v 动镜移动速率(cm/sec) t 时间(sec)
得到的AC组分I’（）：就是所谓的干涉图。
FT-IR: 基本原理 ...
动镜
HeNe激光用来控制动镜的位置。
单色光束
波长为632.8 nm
FT-IR: 基本原理 ...
干涉图（非单色光）
多色光源（例如中红外的Globar光源或近红外的钨灯），许多连续波数（即频率 ）的光同时发射
FT-IR: 基本原理 ...
干涉图（以单色光说明）
因为动镜以一定的速度（）移动，检测器上得到的信号是正弦波信号。
I ' ( ) B(){1 cos(2 / )}
I ' ( )
光束强度
B()
在波数光源经过仪器调制后（分束器效率、检测
器和放大器的响应）的强度
波数 1/
Bruker光谱仪
谱图解析——正己烷
正己烷 最常见的有机化合 物。
谱图解析——正己烷
这个样品是液体样品，夹在两个KBr 窗片之间得到的谱图。从谱图上来看 ，这个化合物的红外吸收峰比较宽， 表明该化合物是一个饱和化合物。由 于饱和化合物有很多低能量的构象， 每一种构象吸收峰的位置有一定的差 异，谱峰的加宽是由于不同构象的峰 叠加而成的。
FT-IR: 基本原理 ...
技术局限
事实上，分辨率、带宽以及采样间隔受到谱仪的限制
技术限制: 只是测试整个谱图范围的一 部分
分辨率受到限制
采样间隔不能无限小 (基于 HeNe激光)
得到的干涉图不是对称的
相应问题:
旁瓣峰 牺牲谱图的分辨率
带宽限制 有折叠可能 尖桩篱栅效应 相位问题
傅利叶红外光谱
傅利叶红外光谱
傅里叶红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，FTIR）是一种常用的分析技术，用于研究物质在红外区域的吸收和散射现象。
它基于傅里叶变换原理，将光通过样品后的光强信号转换为光波数谱或波长谱，以此来确定样品的化学成分和分子结构。
傅里叶红外光谱仪由光源、样品室、干涉仪和检测器组成。
其工作原理如下：
1.光源发出宽谱的红外光。
2.先将光分为两束，一束作为参考光线束，另一束经过样品
后成为被测光线束。
3.两束光线束通过干涉仪，形成干涉光，干涉光的强度会因
两束光的相位差而产生变化。
4.检测器将这种强度变化转化为光谱信号，并通过傅里叶变
换将其转换为红外光谱图。
5.在得到红外光谱图后，可以根据吸收峰的位置和强度来推
断样品中不同化学官能团和分子结构的存在。
傅里叶红外光谱广泛应用于化学、生物、材料科学和药学等领域中，用于定性和定量分析。
它可以识别和鉴定样品中的功能团、化学键、官能团和杂质等，并可以用于研究样品的结构、配位化学、反应机制等方面。
此外，近红外光谱也是一种类似的分析技术，广泛应用于食品、制药等行业中的快速检测和质
量控制。
原理及谱图解析
技术限制: 只是测试整个谱图范围的一 部分
分辨率受到限制
采样间隔不能无限小 (基于 HeNe激光)
得到的干涉图不是对称的
相应问题:
旁瓣峰 牺牲谱图的分辨率
带宽限制 有折叠可能 尖桩篱栅效应 相位问题
解决方案: 采用不同的光源、分
束器以及检测器
切趾函数 采用光圈
满足Nyquist 采样条件
谱图充零 相位校正
Optic Setup and Service
Interferometer/AQP
Absolute Peak Position
检查扫描范围 (Check signal 对话框): 显示在合适的范围内? 不
用箭头改变扫描范围，使得干涉图的最大值（峰）在显示范围内。
FT-IR: 基本原理 ...
问题：没有干涉图
采集样品信号
调整附件，使得光通量最大
FT-IR: 基本原理 ...
问题：没有干涉图
Check signal 没有干涉图，只是一根直线
检查样品仓 : 光路是否有东西挡住了光路?
有 清理光路
FT-IR: 基本原理 ...
问题：没有干涉图
Check signal 没有干涉图，只是一根直线
检查最大值（峰）的位置:
折叠
为了避免假峰，必须满足 Nyquist采样条件。
FT-IR: 基本原理 ...
干涉图数据的采集
Nyquist采样条件 任何谱图数据的采集的采样频率必须等于或大于谱图带宽的两倍。
我们是采用激光来控制采样间隔，因为激光的波长为632.8nm，最大测试 波长为31,600cm-1.
632.8nm/2=316.4nm 31,600cm-1
谱图解析——正己烷
红外光谱-全ppt课件
到1930年前后，随着量子理论的提出和发展，红 外光谱的研究得到了全面深入的开展，并且测得大量 物质的红外光谱。
1947年第一台实用的双光束自动记录的红外分光光 度计问世。这是一台以棱镜作为色散元件的第一代红外 分光光度计。
较高频率。
C-H弯曲振动：1475-1300 cm-1 ，甲基的对称变形 振动出现在1375 cm-1处 ，对于异丙基和叔丁基，
吸收峰发生分裂。
亚甲基平面摇摆：800-720cm-1对判断-(CH2)n-的碳
链长度有用， n>4 725,
n=3 729-726,
n=2 743-734, n=1 785-770
H
H
H
υ C=C υ =C H
1645cm-1 3017cm-1
1610cm-1 3040cm-1
1565cm-1 3060cm-1
精选课件
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氢键效应（X－H）：
形成氢键使电子云密度平均化（缔合态），使体系 能量下降，基团伸缩振动频率降低，其强度增加但峰形 变宽。
如: 羧酸 RCOOH (RCOOH)2
（5）所需样品用量少，且可以回收。红外光谱分析一次 用样量约1~5mg，有时甚至可以只用几十微克。
精选课件
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红外光谱基本原理
化学键的振动与频率：
双原子分子中化学键的振动可按谐振子处理。
m1
m2
用虎克定律来表示振动频率、原子质量和键力常数之间的关系：
υ＝ 1 2
若用波数取代振动频率,则有下式:
μ为折合原子量
μ=
M1M2 M1 M2
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谱图解析——2,3-二甲基丁烷
1380和1365cm-1，是CH3”伞“形弯 曲振动峰，在正己烷中，这是一个 单峰；在2,3-二甲基丁烷中，两个 CH3 基 团 联 在 同 一 个 季 碳 上 ， 这 个 峰就裂分成双峰，表明有叔－丁基 基团存在。
谱图解析——1-己烯
2 8 6 1 cm-1， 是 CH2 对 称伸缩振动峰。
谱图解析——1-己烯
1821cm-1（红色），是=CH2 面弯曲振动，这是909cm-1处 的基频峰的倍频峰（灰色） ，倍频峰的吸收强度要比基 频峰弱得多。
谱图解析——1-己烯
1 6 4 2 cm-1 是 C=C 伸 缩 振 动 ， 一 般 来 说 ， 1640±20cm-1是顺式和乙烯基的伸缩振动 峰的位置;1670±10cm-1是反式、叔碳、季 碳取代的双键伸缩振动峰的位置。反式-2己烯只有一个很弱的吸收峰，这是因为内双 键伸缩仅会导致偶极矩的微小变化（近似于 对称的情况）。
频率是每秒光波通过的数目。
c
c：光在真空中的速度。
在红外中，经常使用的是波数。
1/ ：cm-1
谱图解析——正己烷
正己烷 最常见的有机化合 物。
谱图解析——正己烷
这个样品是液体样品，夹在两个KBr 窗片之间得到的谱图。从谱图上来看 ，这个化合物的红外吸收峰比较宽， 表明该化合物是一个饱和化合物。由 于饱和化合物有很多低能量的构象， 每一种构象吸收峰的位置有一定的差 异，谱峰的加宽是由于不同构象的峰 叠加而成的。
谱图解析——正己烷
这是指纹区，这一段区间的吸 收有很多的因素，很难解释。 不管多么复杂，利用参考谱图 进行比对，即可对样品进行定 性判断。
谱图解析——正己烷
当四个或更多的CH2基 团在一根链上， 720±10 cm-1是CH2基 团的摇摆振动。
谱图解析——2,3-二甲基丁烷
2,3-二甲基丁烷 与正己烷相比，这两个化合 物均有CH3和CH2基团；而环 己烷却仅有CH2基团。
谱图解析——正己烷
这是C-H弯曲振动区域，把 该区域放大CH2和CH3的弯 曲振动峰叠加在一起，关 于这一点，我们可以比较 环己烷和2,3-二甲基丁烷在 该区间的吸收峰。
谱图解析——正己烷
在1460cm-1出现的宽峰实际上 是两个峰叠加而成的。一般地 ，CH3基团的反对称弯曲振动 峰 的 位 置 在 1 4 6 0 ± 1 0 cm-1, 这 是一个简并弯曲振动（仅显示 一种）。
谱图解析——1-己烯
2997cm-1, =CH2的对称伸缩振 动。一般来说，反对称伸缩振 动吸收峰的频率要高于对称伸 缩振动的频率。
谱图解析——1-己烯
2960cm-1，是CH3的反对 称伸缩振动峰。
谱图解析——1-己烯
2924cm-1, CH2的反对称 伸缩振动峰。
谱图解析——1-己烯
2870cm-1, 是CH3 的对称伸缩振动。
谱图解析——正己烷
谱图的解析一般从高波数开始，因为高 波数谱峰频率与基团一一对应，而且最 容易解释。在3000cm-1以上没有吸收峰 ，表明没有不饱和的C－H伸缩振动。在 3000cm-1以下的四个峰是饱和C-H伸缩 振动峰。
谱图解析——正己烷
在2962cm-1处的峰是CH3基团 的反对称伸缩振动。这种反对 称伸缩振动范围2962±10cm-1 ，事实上，存在两个简并的反 对称伸缩振动（显示其中一个 ）。
谱图解析——2,3-二甲基丁烷
指纹区：在这个区域与标准谱比 较即可对该样品定性，注意这个 样 品 没 有 7 2 0 cm-1 的 CH2 的 摇 摆 振动峰。
谱图解析——1-己烯
1-己烯 你能分辨出哪一个峰是双键峰？ （提示：与己烷峰比较即可得出 结论）。
谱图解析——1-己烯
3080cm-1, 是＝CH2反对称伸 缩 振 动 峰 。 在 3 0 0 0 cm-1 以 上 有吸收峰，表面有不饱和基团 存在（双键或炔烃或芳烃）。
谱图解析——正己烷
在1455±10cm-1处，是 CH2 的 弯 曲 振 动 峰 吸 收 值（也叫剪刀振动）。
谱图解析——正己烷
在1375±10cm-1，是CH3对称弯曲振 动（也叫“伞”弯曲振动）吸收峰位 置，这个峰通常时很有用的，因为这 个峰比较孤立，比较环己烷的谱图， 最大的差异就是在环己烷谱图中没有 CH3基团的对称弯曲振动峰。
红外光谱简单介绍 ...
布鲁克光谱仪器公司 陆兴军
FT-IR: 基本原理 ...
红外光
当一束红外光射到物质上，可能发生：吸收、透过、反射、散射或者 激发荧光（即拉曼效应）。
FT-IR: 基本原理 ...
红外光
不同波段的光连接起来构成成了整个光谱范围。
FT-IR: 基本原理 ...
红外光
光的辐射可以看作是波的运动，波长是两个连续峰之间的距离。
谱图解析——正己烷
在 2 9 2 6 cm-1 处 ， 是 CH2 的不对称伸缩振动峰， 一般在2926±10cm-1范 围内。
谱图解析——正己烷
2 8 7 2 cm-1 处 是 CH3 的 对 称 伸 缩振动峰，一般波数范围为 ：2872±10cm-1。
谱图解析——正己烷
在 2 8 5 3 cm-1 处 的 吸 收 峰 ， 是 CH2的对称伸缩振动峰，一般 这种振动峰的吸收位置在： 2853±10cm-1。
谱图解析——1-己烯
1 4 6 6 cm-1,CH3 的 反 对称弯曲振动。
谱图解析——1-己烯
1455cm-1,CH2剪刀弯曲 振动。
谱图解析——1-己烯
1379cm-1谱图对比，即可以定 性归属样品。注意：该谱图中没有 720cm-1的CH2的摇摆振动吸收峰（ 一般只有4个或4个以上的CH2存在时 才出现720cm-1的峰）。
谱图解析——2,3-二甲基丁烷
2 9 6 2 cm-1,CH3 反 对 称 伸 缩 振 动 （ 仅 显示两个简并反对称伸缩振动模式之 一）。
谱图解析——2,3-二甲基丁烷
2880cm-1,CH3基团的伸缩振动。注意：这 里没有CH2基团的吸收峰，因为该分子中 没有CH2基团。
谱图解析——2,3-二甲基丁烷