紅外光譜分析儀基礎(chǔ)知識

紅外光譜根底學(xué)問\l“_TOC_250010“前言 2\l“_TOC_250009“第一章紅外光譜法及相關(guān)儀器 4\l“_TOC_250008“一.紅外光譜概述 4\l“_TOC_250007“紅外光區(qū)的劃分 4\l“_TOC_250006“紅外光譜法的特點(diǎn) 5\l“_TOC_250005“產(chǎn)生紅外吸取的條件 5\l“_TOC_250004“二.紅外光譜儀 6紅外光譜儀的主要部件 6\l“_TOC_250003“紅外光譜儀的分類 9\l“_TOC_250002“紅外光譜儀各項(xiàng)指標(biāo)的含義 12\l“_TOC_250001“三．紅外光譜儀的應(yīng)用 15\l“_TOC_250000“四．紅外試樣制備 16四．紅外光譜儀的進(jìn)展 17前言，X波譜，原子吸取光譜等。但最常用的則是原子吸取光譜、紫外-可見吸取光譜和〔這里說物質(zhì)都是指物質(zhì)中的分子或原振、干預(yù)、衍射等，由此進(jìn)展而成的是另外一系列的儀器，如橢偏儀、測糖儀、紹的重點(diǎn)。〔如汞蒸氣、鈉蒸氣等〕，將會(huì)于從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)的所謂主系譜線消滅在原子的吸取光譜中。1.5-8.0ev的能量，其相應(yīng)的輻射波長在150nm-800nm之間，這是紫外－可見吸取光譜的波長范圍。引起振動(dòng)躍遷或振動(dòng)－轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷的能量是0.05-1.2ev，相應(yīng)的輻射波長在1.0-25μm光譜的范圍。電磁輻射無線電波電磁輻射無線電波微波紅外光可見光紫外線X射線射線波長，nm＞1012～109109～106106～750750～390390～1010～10－210－2～10－5Bohrhv EE21 2 1h是普朗克常數(shù)〔PlanckConstant〕，v21

E2

E分別1譜線和吸取帶，這就是吸取光譜用于定性分析的理論依據(jù)?！睱ambert-Beer〕定律：Alog

I0bcI0ε為摩爾吸光系數(shù)，b為吸光厚度〔cm〕，c為吸光物質(zhì)的溶度〔mol/L〕定量分析的理論根底。依據(jù)我們公司的產(chǎn)品，下面重點(diǎn)介紹紫外-可見吸取光譜、紅外光譜、拉曼〔傅立葉紅外光譜儀和結(jié)石分析系統(tǒng)正在推廣〕，先把紅外光譜的相關(guān)學(xué)問介紹給大家是有必要的。InfraredSpectrometry&Instrument性和定量分析，而且從分子的特征吸取可以鑒定化合物和分子構(gòu)造。紅外光區(qū)的劃分0.75～1000μm。依據(jù)試驗(yàn)技術(shù)和應(yīng)用的不同，通常將紅外區(qū)劃分成三個(gè)區(qū)：近紅外光區(qū)〔0.75～2.5μm)，中紅外光區(qū)(2.5～25μm〕和遠(yuǎn)紅外光區(qū)〔25～1000μm)，如下表：其光譜。區(qū)域μm波數(shù)cm-1能級躍遷類型近紅外區(qū)〔泛頻區(qū)〕0.75～2.513158～4000OHNHCH中紅外區(qū)〔根本振動(dòng)區(qū)〕2.5～254000～400分子振動(dòng)，伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)遠(yuǎn)紅外區(qū)〔轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)〕25～1000400～10分子轉(zhuǎn)動(dòng)紅外吸取光譜常用T或TvT%，橫坐標(biāo)是波長或波數(shù)v〔單位是cm-1〕。如以下圖所示的是聚苯乙烯薄膜的紅外光譜。向上的是谷。紅外光譜法的特點(diǎn)電子能級躍遷。所以紅外光譜一般稱為振動(dòng)－轉(zhuǎn)動(dòng)光譜。Ne、He、O2H2等之外，幾乎全部的有機(jī)映了分于構(gòu)造上的特點(diǎn)，可以用來鑒定未知物的分子構(gòu)造組成或確定其化學(xué)基量分析和純度鑒定。紅外及拉曼光譜都是分子振動(dòng)光譜，通過譜圖解析可以獵取分子構(gòu)造的信需協(xié)作紫外光譜、質(zhì)譜和核磁共振波譜等其他方法，才能得到滿足的結(jié)果。產(chǎn)生紅外吸取的條件產(chǎn)生的，物質(zhì)分子吸取紅外輻射應(yīng)滿足兩個(gè)條件：a．分子振動(dòng)時(shí)，必需伴隨有瞬時(shí)偶極矩的變化19地了解了不同官能團(tuán)具有不同紅外吸取頻率這一事實(shí)。1950記錄式紅外分光光度計(jì)。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的進(jìn)步，1970紅外聯(lián)用等也不斷進(jìn)展和完善，使紅外光譜法得到廣泛應(yīng)用。第一代紅外光譜儀〔上世紀(jì)50年月〕使用的是濾光片分光系統(tǒng)，此類儀器〔非連續(xù)波長重現(xiàn)性差，現(xiàn)已淘汰。目前市場上常見的紅外光譜儀主要有兩類：色散型〔即光柵式技術(shù)的紅外光譜儀，它們是我們重點(diǎn)介紹對象。紅外光譜儀與紫外-可見分光光度計(jì)的組成根本一樣，由光源、樣品室、單型紅外光譜儀的單色儀一般在樣品池之后。紅外光譜儀的主要部件紅外光源下幾種。能斯特?zé)裟芩固責(zé)舻牟牧鲜窍⊥裂趸?，做成圓筒狀(20×2mm)，兩端為鉑引線。其1200-2200K。此種光源具有很大的電阻負(fù)溫度系數(shù)，需要預(yù)先加熱并設(shè)計(jì)電源電路能掌握電流強(qiáng)度，以免燈過熱損壞。碳化硅棒電阻溫度系數(shù),電觸點(diǎn)需水冷以防放電。其輻射能量與能斯特?zé)艚咏?但在>2023cm-1區(qū)域能量輸出遠(yuǎn)大于能斯特?zé)?。白熾線圈1100K種，但壽命長。檢測器在傅立葉變換紅外光譜儀中多見。熱檢測器止四周環(huán)境的熱噪聲。一般使用斬光器使光源輻射斷續(xù)照耀樣品池?！灿袝r(shí)又稱為高真空熱電偶點(diǎn)在同一艙內(nèi)并不受輻射照耀，則兩接點(diǎn)間產(chǎn)生溫差。熱電偶可檢測出10-6K的溫度變化。熱釋電檢測器(NH2CH2COOH)3H2SO4TGS。在電場中放一特定值時(shí)極化會(huì)消逝，此溫度稱為居里點(diǎn)。TGS47°C。熱釋電檢TGSDTGS，它的居里溫度是62°C，TGS。光電導(dǎo)檢測器Hg-Cd-Te〔碲鎘汞〕PbSInSb〔銻化銦性的價(jià)電子躍遷至高能量的導(dǎo)電帶，從而降低半導(dǎo)體的電阻，產(chǎn)生信號。電檢測器靈敏〔至少比DTGS10倍〕，在FTIRGC-FTIR〔氣相色譜-傅立外區(qū)室溫下的檢測。件。下表是一些分束器的介紹：常用分束器類型和適用波段范圍FTIRKBrGe溴化鉈－碘化鉈組成，有毒，很少使用〕。紅外光譜儀的分類色散型紅外光譜儀7080還有廠家在生產(chǎn)，用戶還有很多。該儀器的特點(diǎn)是：H2O、CO2在重要的紅外區(qū)承受雙光束光路可以消退它們的影響，測定時(shí)不必嚴(yán)格掌握室內(nèi)的濕度及人數(shù)。單色器在樣品室之后。由于紅外光源的低強(qiáng)度，檢測器的低靈敏度(使用熱電偶時(shí))，故需要對信號進(jìn)展大幅度放大。而紅外光譜儀的光源能量低，即使靠而不至于到達(dá)檢測器。色散型儀器的主要缺乏：需承受狹縫，光能量受到限制；掃描速度慢，不適于動(dòng)態(tài)分析及和其它儀器聯(lián)用；不適于過強(qiáng)或過弱的吸取信號的分析。身局限性很大，現(xiàn)在已經(jīng)逐步被傅立葉紅外光譜儀取代。以下圖是色散型紅外光譜儀的構(gòu)造：光柵式紅外光譜儀的構(gòu)造M7，利用參比光路的衰減器〔又稱為光楔或減光器〕對影響被消退，得到的譜圖就是樣品本身的吸取。傅立葉變換紅外光譜儀〔FourierTransformInfraredSpectrometerFTIR〕的特點(diǎn)和構(gòu)造前面介紹的以光柵作為色散元件的紅外光譜儀在很多方面已不能完全滿足〔如色譜〕的聯(lián)用發(fā)生困難；對一限制。隨著光電子學(xué)尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速進(jìn)展，70Fourier變換的紅外光譜儀。這的全部信息。它具有很多優(yōu)點(diǎn)：掃描速度快，測量時(shí)間短，可在1s內(nèi)獲得紅外10-9～10-12g；區(qū)分本領(lǐng)高，波數(shù)精度可達(dá)0.01cm-1〔10000～10cm-1〕0.1%，而雜散光小于0.01％。FTIR的構(gòu)造傅立葉變換紅外光譜儀的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),因而干預(yù)條紋產(chǎn)生連續(xù)的變換。干預(yù)光在分束器會(huì)合后通過樣品池，然后〔TGS，DTGS，MCT〕接收，計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)并輸出。FTIR周期性的運(yùn)動(dòng)可在兩種域(Domain)可統(tǒng)稱為頻域。這兩種城中表征同一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．可通過傅里葉變換(FourierTransform，簡稱FT)的兩種單色光分別在空間域〔時(shí)域〕和頻域的表征。相干的復(fù)色光，在空間x處電場強(qiáng)度的疊加是：E(x)0

f()cos2xd其中f()是光強(qiáng)度按波數(shù)E(x)、f()分別是光時(shí)域FT的表征相互轉(zhuǎn)換：

E(x)cos2xdx0FT頻率〔波數(shù)〕分布。這就是儀器名稱的由來。紅外光譜儀各項(xiàng)指標(biāo)的含義光譜范圍紅外的整個(gè)譜區(qū)的波長范圍依據(jù)ASTM〔AmericanSocietyofTestingMaterials，美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)〕定義為780－2526nm。而在一般應(yīng)用中大家往往把700－2500nm或700－2600nm作為近紅外譜區(qū)，并通常把它分為2段，700－1100nm的短波近紅外譜區(qū)和1100－3600nm的長波近紅外諾區(qū)。短波近紅外譜區(qū)射分析，也稱之為近紅外反射區(qū)。ZeltexZXl01區(qū)分率器最重要的性能指標(biāo)之一，也是儀器質(zhì)量的綜合反映。要得到滿足的分析結(jié)果，就要求較高的儀器區(qū)分率。波長準(zhǔn)確度波長準(zhǔn)確度是指儀器所顯示的波長值和分光系統(tǒng)實(shí)際輸出單色光的波長值些，需用波長值且性質(zhì)比較穩(wěn)定的標(biāo)推物質(zhì)常常進(jìn)展校正。波長準(zhǔn)確度動(dòng)，則儀器的波長的準(zhǔn)確度就會(huì)很高。光度準(zhǔn)確度直接影響近紅外定量分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。信噪比105。雜散光強(qiáng)度雜散光是指分析光以外被檢測器接收的光，主要是由于光學(xué)器件外表的缺非線性的主要緣由。雜散光對分析測量的影響在分析高吸光度樣品時(shí)更為明顯。分析速度1s左右；而〔Foss〕NIRSystem系列光柵型近紅外型近紅外光譜儀器由于承受聲光調(diào)制產(chǎn)5000個(gè)波長點(diǎn)/s。還有一個(gè)指標(biāo)簡潔被無視，這就是軟件功能及數(shù)據(jù)處理力量：可能準(zhǔn)確地供給樣品信息。三．紅外光譜儀的應(yīng)用〔氘代試劑〕中，質(zhì)譜樣品需有〔一般只需數(shù)毫克〔FTIR〕，儀器操作簡便、重現(xiàn)件好；設(shè)備比核磁、質(zhì)譜廉價(jià)得多，并且已析中已得到普及應(yīng)用?！睞r、Ne、He等〕，單原子離于〔K+、Na+、Ca2+等〕，同質(zhì)雙原于分子〔H2、2 O、N等〕以及對稱分子都無吸取峰：有些物質(zhì)不能用紅外光譜法鑒別，例如2 3 4 都有廣泛應(yīng)用。在煤和石油化工產(chǎn)品以及染料、藥物、生物制品、食品、環(huán)保等的推斷，化學(xué)反響機(jī)理的爭論以及定量分析；在合成纖維、橡膠、塑料、涂料和端基、支化度、共聚物系列分布等鏈構(gòu)造的爭論，以及結(jié)晶度、取向性等聚攏態(tài)SiNSiOSi／N比的測定，OHO2CGaAs3 4 過測定簡振頻率、計(jì)算力常數(shù)來推想化學(xué)鍵的強(qiáng)弱等等。四．紅外試樣制備對試樣的要求〔>98%〕，通常在分析前，樣品需要純化；對于GC-FTIR則無此要求。試樣不含有水〔水可產(chǎn)生紅外吸取且可侵蝕鹽窗〕；T在適宜范圍。制樣方法液體或溶液試樣沸點(diǎn)低易揮發(fā)的樣品：液體池法。高沸點(diǎn)的樣品：液膜法〔夾于兩窗片之間〕。固體式樣1〕壓片法：1~2mg樣品+200mgKBr→枯燥處理→研細(xì)。2〕石蠟糊法：(石蠟為高碳數(shù)飽和烷烴，因此該法不適于爭論飽和烷烴)。3〕薄膜法：高分子試樣→加熱熔融→涂制或壓制成膜；紅外光譜儀壓片技巧壓片質(zhì)量不正常的分析射2.不規(guī)章疙瘩斑緣由1.KBr不純，至少混有其次種堿金屬鹵化物2.KBr1.KBr2.枯燥。1.片子消滅很多白色斑點(diǎn)，其余局部清楚透亮2.1.研磨不均，2.樣品受潮3.1.2.枯燥或3.選用其他制樣方法。1.分散不好2.抽真空不夠3.砧空或壓舌面不平坦訂正方法1.重研磨2.檢查