CH 2 ~ 720cm 1
— (CH 2 ) n —
AX 2型分子
n4
2．面外弯曲γ：1）面外摇摆ω：
AX 2型分子
CH 2 ~ 1300cm1
2）蜷曲τ：一个X原子在面上，一个X原子在面下的 振动
AX 2型分子
CH 2 ~ 1250cm
1
3．变形振动： 1 ）对称的变形振动δs ：三个 AX 键与轴线的夹角同时 变大
+ 热辐射
(2) 热释电检测器
正面镀铬 半透明
中间TGS 单晶
硫酸三酐酞 (NH2CH2COOH)3H2SO4 TGS
反面镀金
电极 前 置 放 大 器
TGS 某些物质的单晶存在一个轴向，沿着这个轴向存在有永久电偶极矩， 如果沿垂直与轴向的方向切开，其表面将存在电荷分布，但这种效应通常 较少观察到。 当它接受红外辐射后温度升高，TGS表面的电荷减少，相当于释放了 电荷，此时形成一个明显的外电场变化。通过外电场大小的检测，就可以 反映出偶极矩的温度效应，这种效应称为：热释电效应。 这种效应与入射光的性质与强度有关，因此可以用来检测红外辐射。 特点：响应速度快、噪音小；可以用于快速干涉扫描。 常用的单晶与混晶：TGS(硫酸三酐酞)、DTGS(氘代硫酸三酐酞 ) LATGS(L-丙氨酸TGS)、 DLATGS(氘代L-丙氨酸TGS)
由于傅里叶变换红外吸收光谱仪可以在任何测量时间内获得辐 射源所有频率的所有信息，同时也消除了色散型光栅仪器的狭缝对 光谱通带的限制，使光能的利用率大大提高，因此具有许多优点。 测量时间短：在不到一秒钟的时间内可以得到一张谱图，比色散型 光栅仪器快数百倍；可以用于GC-IR联用分析。 分 辨 率 高：波数精度达到0.01cm-1。 测量精度高：重复性可达0.1%。 杂散光小：小于0.01%。 灵敏度高：在短时间内可以进行多次扫描，多次测量得到的信号进 行累加，噪音可以降低，灵敏度可以增大，10-9~10-12g。 测定光谱范围宽：10000~10cm-1,
三、非色散型红外吸收光谱仪
1~1000μ m。
用滤光片代替单色器，用于快速、单组分的测定。
试样的制备
试样的制备
一、对试样的要求 1）试样应为“纯物质”（>98%）， 通 常在分析前， 样品需要纯化； 对于GC-FTIR则无此要求。 2）试样不含有水（水可产生红外吸 收且可侵蚀盐窗）； 3）试样浓度或厚度应适当，以使T在 合适范围。
2. 吸收池 红外吸收池使用可透过红外的材料制成窗片；不同的样品状 态（固、液、气态）使用不同的样品池，固态样品可与晶体混 合压片制成。
材 料 NaCl KBr CaF2 CsBr TlBr + TlI
透光范围/m 0.2-25 0.25-40 0.13-12 0.2-55 0.55-40
注 意 事 项 易潮解、湿度低于 40% 易潮解、湿度低于 35% 不溶于水，用于水溶液 易潮解 微溶于水（有毒）
硅碳棒
光源
参比 样品
切光器（斩波器）
检 测 器 数据处理和 仪器控制
零点平衡法红外吸收分光光度计组成示意图
1．光源 目前，中红外光区最常用的红外光源是：硅碳棒和能斯特灯。 (1) 硅碳棒(Globar) φ7×27mm 0 硅碳棒是由SiC加压在2000 K烧结而成 + 供电电流：4~5A; 工作温度：1200~15000C; φ3×30mm、3.6~4.6Ω 使用寿命：1000h. 发光体 不要预热
善检测器响应，通常采取程序增减狭缝宽度的办法，即随辐射
能量降低，狭缝宽度自动增加，保持到达检测器的辐射能量的 恒定。
第一代 第二代 第三代 第四代 色散型—棱镜（NaCl晶体） 色散型—衍射光栅 色散型—衍射光栅+计算机 非色散型—干涉型+傅立叶变换 激光红外光谱仪 1947年 1960~70年 70年代以后
2. 红外光谱的区的划分（0.75~1000m）
波谱区 波长/m 波数/ cm-1 跃迁类型
近红外光谱区：
近红外(泛频) 0.75~2.5 13333~4000 分子振动
中红外 2.5~25 4000~400
分子振动转动
远红外 25~1000 400~10 分子转动
低能电子能级跃迁
含氢原子团：-OH、 -NH、-CH伸缩振动的 倍频吸收峰 稀土及过渡金属离子 配位化学的研究对象 适用于水、醇、高分 子化合物、含氢原子 团化合物的定量分析 红外吸收光谱法： 分子的振动、转动 基频吸收光谱区 应用最为广泛的 红外光谱区
二、傅里叶变换红外吸收光谱仪简介
Fourier Transform Infrared Spectrometer
FT-IR
光源
1．组成结构框图及工作原理
迈克尔逊干涉仪
吸收池
分 束 器
干涉图 检测器
傅里叶变换
红外吸收光谱图
数据处理 仪器控制
单色光
单色光
二色光
多色光
2．傅里叶变换红外吸收光谱仪的特点
E1 υ
υ υ
2
1
3 2 1 0 3 2 1 0 3 2 1 0 3 2 1 0
J J J
ΔE振动 0.05 ~ 1ev, λ振动 25 ~ 1.25μ m ΔE转动 0.005 ~ 0.05ev, λ转动 250 ~ 25μ m
0
E0
分子振动吸收光谱
J
分子转动吸收光谱
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱。 红外光谱也称分子的振、转动光谱。 作用：有机化合物的结构解析的重要工具，根据有机化合物红 外特征吸收频率，确定化合物结构中基团；也可依据特 征峰的强度变化进行定量分析。
AX 3型分子
s 1 CH ~ 1375 cm 3
2）不对称的变形振动δas：三个AX键与轴线的夹角不 同时变大或减小
AX 3型分子
as 1 CH ~ 1450 cm 3
红外光谱仪
红外光谱仪
目前有两类红外光谱仪:色散型和干涉型
光源 1．组成结构框图
吸收池 单色器
吸收池 单色器
检测器 数据处理 仪器控制
远红外光谱区： 气体分子的转动能级跃迁 液体与固体中重原子的伸 缩振动 晶体的晶格振动 某些变角振动、骨架振动 -异构体的研究 金属有机化合物、氢键、 吸附现象研究 该光区能量弱,较少用于分析
3. 产生红外吸收的条件
分子吸收辐射产生振转跃迁必须满足两个条件： 条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。 根据量子力学原理，分子振动能量E振 是量子化的， 即 E振=（V+1/2）h 为分子振动频率，V为振动量子数，其值取 0，1，2，… 分子中不同振动能级差为 E振= Vh 也就是说，吸收光子的能量（ha ）要与该能量差相 等，即a= V时，才可能发生振转跃迁。例如当分 子从基态（V=0）跃迁到第一激发态（V=1），此时 V=1，即a=
(2) 能斯特灯(Nernst Lamp)
能斯特灯是由稀土金属氧化物烧 结的空心棒或实心棒。 Φ1~2×25mm + -
主要成分：氧化锆(75%)、氧化钇、氧 化钍等，并含有少量的氧 化钙、氧化钠、氧化镁等. 供电电流：0.5~1.2A; 工作温度：1300~17000C; 使用寿命：2000h.
电阻的温度系数为负值： 室温下：非导体; > 5000C：半导体; > 7000C：导体; 需要预热> 7000C.
几种红外检测器
构成 特点 涂黑金箔（接受面）连接金属（热接 光谱响应宽且一致性 温差热电 热电偶 点）与导线（冷接端）形成温差。 好、灵敏度高、受热噪 效应 音影响大 涂黑金箔（接受面）作为惠斯顿电桥 稳定、中等灵敏度、较 测热辐射计 电桥平衡 的一臂，当接受面温度改变，电阻改 宽线性范围、受热噪音 变，电桥输出信号。 影响大 硫酸三甘酞（TGS）单晶片受热，温 响应极快，可进行高速 热释电检测 半 导 体 热 度上升，其表面电荷减少，即 TGS 扫描（中红外区只需 器（TGS） 电效应 释放了部分电荷，该电荷经放大并记 1s） 。适于 FT-IR。 录。 碲镉汞检测 光电导； 混合物 Hg1-xCdxTe 对光的响应 灵敏度高、响应快、可 器（MCT） 光伏效应 进行高速扫描。 红外检测器 原理
二、试样的前处理与提纯 试样中的微量杂质(<0.1~1%)可以不需要进行处理，超过 0.1~1%，就需分离出去微量杂质。 分离体提纯的方法：重结晶、精馏、萃取、柱层析、薄层层 析、气液制备色谱等。 对于一些难提纯的混合组分，也要尽可能地减少组分数。 三、气体样品 气体、蒸气压高的液体、固体或液体分解所产生的气体，都 可以用气体池测定。 对于含量较低的气体还可以 气泵 试样气体 采用多重反射气体池进行测定。
红红外光照射时，分子吸 收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶 极矩的净变化，使振 - 转能级从基态跃迁到激发 态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分
红外光谱又称分子振动-转动光谱，属分子吸收光谱。
透过率T%对波数或波长的曲线，即红外光谱。
ΔE 分子 ΔE 振动 ΔE 转动 h(Δν振动 Δν转动 ) hc / ( λ振动 λ转动 )
条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用 辐射与物质间有相互偶合作用，产生偶极炬的变化
没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性： 如：单原子分子、同核分子：He、Ne、N2、O2、Cl2、H2 等。 没有红外活性 。 如：对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变化的振动跃迁， 有红外活性。
如：非对称分子：有偶极矩，红外活性。 没有偶极矩变化、但是有极化度变化的振动跃迁，有拉曼活性。
前后框架
窗片
样 品 进、 出 口
前后框架
窗片
橡胶垫
汞剂化铅间隔片
橡胶垫 气泵
汞剂化铅间隔片
固定池