Intensity Medium to strong
Medium Medium Strong Medium Strong Strong Strong Strong, broad Strong Strong Medium Medium Strong Strong, very broad Medium
2021/4/1
• 对于迈克尔逊干涉仪： 动镜动力-电磁驱动，干燥空气或氮气驱动； 定镜-动态调整，步进扫描，有规律地移动；
• 对于角镜干涉仪：有利于保持红外光平行, 减少发散。
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
32
3. 常用红外检测器
• 热电检测器：广泛应用于中红外区，入射 辐射加热DTGS 材料时引起表面电荷变化； 热电效应与入射辐射的功率有关；
• 光谱分辨率：与动镜移动距离成正比，业内最 佳分辨率可达0.0026cm-1 ，通常用4 cm-1 ；
光谱分辨 瑞利判据
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
36
FT-IR光谱仪性能
• 信噪比S/N：测定方法，测100%基线，Y轴展开。 通常以峰峰值(P-P)表示，均方根值(RMS), PP:RMS=1:5。同时，与扫描时间t1/2（次数）成正 比, 扫描时间（次数）不要太长（多）；
18
傅立叶变换红外光谱仪
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
19
红外光谱仪器
• 色散型红外光谱仪(Dispersive Infrared Spectrometer） --用棱镜或衍射光栅(Diffraction grating)进 行分光；
• 傅立叶变换红外光谱仪(Fourier Transform IR Spectrometer，FT-IR)
镜
薄膜铰链接(4个位置） Hinges using film
连接处
示意图
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
30
光的干涉原理
傅立叶变换红外光谱仪基于光的干涉，分 别来自动镜与定镜的红外光由于光程差发生 干涉。干涉光穿过样品室，被检测器检测后， 经傅立叶变换产生红外光谱图。
I(x)=∫B(n)e-i2pnxdn 干涉图强度与距离关系
B(n)=∫I(x)e-i2pnxdx 光谱强度与频率(波数) 关系n(频率) n(波数)
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
31
干涉仪主要部件
• 分束器(Beam Splitter)：中红外区用镀锗的 溴化钾分束器 ；
23
干涉光强度与光程差的关系
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
24
干涉图样
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
25
傅立叶变换红外光谱仪的方框图
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
Band position (cm-1) 2850 - 2960 3020 - 3100 1650 - 1670 3300 2100 - 2260 600 - 800 500 - 600 500 3400 - 3640 1050 - 1150 1600, 1500 3310 - 3500 1030,1230 1670 - 1780 2500 - 3100 2210 - 2260
4
能级跃迁示意图
能级
v2
v1
转动能级跃迁
v0
E1
v2
电子能级跃迁
5
4 3 2
振动能v级1跃迁
1 0
v0
E0
E = hn 其中 h 为普朗克常数 (6.626 × 10-34 焦耳·秒）
n 为频率
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
5
红外光谱的基本原理
• 红外光谱起源于分子中化学键的振动， 属于分子光谱中的振动光谱；
10
红外光谱的基本原理
• 基频、合频、倍频与费米共振： 合频、倍频与费米共振均由真实分 子体系的非谐性引起；
费米共振是由基频与合频的混合产 生两条比较强的谱带。
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
11
基频、倍频、合频光谱图例
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
34
ห้องสมุดไป่ตู้
红外窗片材料
• 溴化钾、氯化钠、氟化钡、氟化钙、 硒化锌、溴化铊和碘化铊的复合物 (KRS-5)、锗片等；
• 远红外用聚乙烯片； • 近红外用石英片
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
35
FT-IR光谱仪性能
• 光源能量：强度高、稳定、分布范围宽，调整 到最佳状态；
红外光谱的基团频率
Functional groups C - H (alkyl group) = C - H (alkene) C= C C-H CC C - Cl C - Br C-I O-H C-O Aromatic ring N-H C-N C=O O - H (Carboxylic acid) CN
He-Ne激光检测器
22
光的干涉类型
l 来自固定镜的光
来自移动镜的光 x = 2(l1 - l2) = 0
l/2 来自移动镜的光
x = 2 (l1 - l2) = l/2
不同的干涉效果
亮Bright
暗Dark
x=n l x = n/2l n=0,1,2… n =1,3,5...
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
• 波数精度：通常采用可见He-Ne激光作准直激光, 精度均达0.01 cm-1；
• 稳定性：干涉仪设计要防震性能好,能自动准直， 光源能量和检测器性能稳定，减小基线漂移。
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
14
红外指纹区(FingerPrint Region)
• 红外光谱中低于1,500 cm-1的区段通 常被称为红外指纹区。此区域亦称红 外灵敏区(结构) ；
• 同一官能团的红外特征吸收峰位在不 同的化合物中变化不大。
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
15
-- 用干涉仪(Interferometer)代替色散装置， 形成一干涉光束后通过样品
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
20
傅立叶变换红外光谱仪基本构造
He-Ne 准直激光
固定镜
光源
动镜 分束器
样品室
热电检测器
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
33
3. 常用红外检测器
• 光电导检测器：高灵敏、快速响应检测 器。如碲镉汞化物(MCT, Mercury Cadmium Telluride)，用于中红外；
• 近红外检测器：InSb（锑化铟） InGaAs(铟镓砷）
• 远红外检测器：DLATGS(远红外专用窗片)
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
傅立叶变换红外光谱培训
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
1
岛津FTIR光谱仪系列
FTIR-8400S
红外显微镜AIM-8000
IRPrestige-21
2021/4/1
2
什么是红外辐射
1：1980年英国天文学家赫谢尔测量太阳光可 见区内外温度，发现红色光以外部分温度 比可见光温度高
12
红外光谱的基团频率
Wavenumber (cm-1)
4000
2500
2000 1500
625
100
N -H
C=N C=O
O -H
C=C C=N
Fingerprint region
C-H
C=C
0
2.5
4
5
7
16
Wavelength (µm)
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
17
红外光谱的基本原理
基团振动频率的同位素效应：
根据上式，计算可得 如-CH2 v(CH2)一般在2,900 cm-1附近; 而-CD2 v(CD2)则位移至2,100cm-1附近
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
相关，非极性分子或基团拉曼灵敏，如 CCl4。
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
8
红外与拉曼光谱能级示意图
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
9
红外与拉曼光谱互相补充示例
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875
2021/4/1
Solutions for Science Since 1875