紅外光譜分析

1、第二章第二章紅外光譜分析紅外光譜分析2.1概述概述紅外光譜法（InfraredSpectroscopy）研究紅外光與物質(zhì)間相互作用的科學，即以連續(xù)變化的各種波長的紅外光為光源照射樣品時，引起分子振動和轉(zhuǎn)動能級之間的躍遷，所測得的吸收光譜為分子的振轉(zhuǎn)光譜，又稱紅外光譜。傅里葉光譜法就是利用干涉圖和光譜圖之間的對應關系，通過測量干涉圖和對干涉圖進行傅里葉積分變換的方法來測定和研究光譜圖。和傳統(tǒng)的色散型光譜儀相比較，傅里葉光譜儀可以理解為以某

2、種數(shù)學方式對光譜信息進行編碼的攝譜儀，它能同時測量、記錄所有譜元信號，并以更高的效率采集來自光源的輻射能量，從而使它具有比傳統(tǒng)光譜儀高得多的信噪比和分辨率；同時它的數(shù)字化的光譜數(shù)據(jù)，也便于數(shù)據(jù)的計算機處理和演繹。正是這些基本優(yōu)點，使傅里葉變換光譜方法發(fā)展為目前紅外和遠紅外波段中最有力的光譜工具，并向近紅外、可見和紫外波段擴展。紅外區(qū)可分為以下幾個區(qū)域如表2.1所示。表2.1紅外光譜區(qū)域的劃分區(qū)域波長（λ，μm）波數(shù)（ν，cm1）能級躍遷

3、類近紅外區(qū)中紅外區(qū)遠紅外區(qū)常用區(qū)域0.78～2.52.5～5050～10002.5～2512800～40004000～200200～104000～400NHOHCH倍頻區(qū)振動轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動紅外光譜在化學領域中的主要用于兩方面，一是分子結(jié)構(gòu)的基礎研究，應用紅外光譜可以測定分子的鍵長、鍵角，以此推斷出分子的立體構(gòu)型；根據(jù)所得的力常數(shù)可以知道化學鍵的強弱；由簡正頻率來計算熱力學函數(shù)。二是對物質(zhì)的化學組成的分析，用紅外光譜法可以根據(jù)光譜中吸收峰的位置

4、和形狀來推斷未知物結(jié)構(gòu)，依照特征吸收峰的強度來測定混合物中各組分的含量。物質(zhì)的紅外光譜是其分子結(jié)構(gòu)的反映，譜圖中的吸收峰與分子中各基團的振動形式相對應。其中應用最廣泛的還是化合物的結(jié)構(gòu)鑒定，根據(jù)紅外光譜的峰位、峰強及峰形判斷化合物中可能存在的官能團，從而推斷出未知物的結(jié)構(gòu)。通過比較大量已知化合物的紅外光譜，發(fā)現(xiàn)組成分子的各種基團，如OH、NH、CH、C=C、C=O和CC等，都有自己的特定的紅外吸收區(qū)域，分子的其它部分對其吸收位置影響較小

5、。通常把這種能代表基團存在、并有較高強度的吸收譜帶稱為基團頻率，其所在的位置一般又稱為特征吸收峰。另外除光學異構(gòu)體及長鏈烷烴同系物外，幾乎沒有兩種化合物具有相同的紅外吸收光譜，即所謂紅外光譜具有“指紋性”，特征區(qū)：40001300cm1高頻區(qū)光譜與基團的對應關系強，指紋區(qū)：1300400cm1低頻區(qū)光譜與基團不能一一對應，其價值在于表示整個分子的特征。因此紅外光譜法是有機藥物結(jié)構(gòu)測定和鑒定的重要方法之一。紅外光譜是由于分子振動能級（同時

6、伴隨轉(zhuǎn)動能級）躍遷而產(chǎn)生的，物質(zhì)吸收紅外輻射應滿足兩個條件：第一輻射具有的能量應能滿足物質(zhì)產(chǎn)生振動躍遷所需的能量；第二輻射與物質(zhì)間有相互偶合作用。對稱分子，沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅外活性。如：N2、O2、Cl2等。非對稱分子，有偶極矩，具備紅外活性。因紅外吸收只有振轉(zhuǎn)躍遷，所以能量低，且應用范圍廣，幾乎所有有機物均有紅外吸收；更精細的表征分子結(jié)構(gòu)，通過紅外光譜的波數(shù)位置、波峰數(shù)目及強度確定分子基團、分子結(jié)構(gòu)；分析速度快，2.3

7、.1儀器的基本構(gòu)成儀器的基本構(gòu)成1）光源：光源能發(fā)射出穩(wěn)定、高強度連續(xù)波長的紅外光，通常使用能斯特（Nernst）燈、碳化硅或涂有稀土化合物的鎳鉻旋狀燈絲。2）干涉儀：邁克爾遜（Michelson）干涉儀的作用是將復色光變?yōu)楦缮婀狻Ｖ屑t外干涉儀中的分束器主要是由溴化鉀材料制成的；近紅外分束器一般以石英和CaF2為材料；遠紅外分束器一般由Mylar膜和網(wǎng)格固體材料制成。3）檢測器：檢測器一般分為熱檢測器和光檢測器兩大類。熱檢測器是把某些熱

8、電材料的晶體放在兩塊金屬板中，當光照射到晶體上時，晶體表面電荷分布變化，由此可以測量紅外輻射的功率。熱檢測器有氘代硫酸三甘肽（DTGS）、鉭酸鋰（LiTaO3）等類型。光檢測器是利用材料受光照射后，由于導電性能的變化而產(chǎn)生信號，最常用的光檢測器有銻化煙、汞鎘碲等類型。2.3.2工作原理工作原理用一定頻率的紅外線聚焦照射被分析的試樣，如果分子中某個基團的振動頻率與照射紅外線相同就會產(chǎn)生共振，這個基團就吸收一定頻率的紅外線，把分子吸收的紅外