傅立叶红外光谱样品调制及图谱解析技巧解读
FTIR红外光谱原理及图谱解析(一)(精)
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——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 720cm-1 的 CH2 的摇摆 振动峰。
问题：没有干涉图
Check signal 没有干涉图，只是一根直线
检查 IR 光源参数: Optic Source Setting: MIR Source OK ? 检查IR光源: 取出光源 (警告, 光源是热的): 发光吗? 不 关闭仪器，更换光源
FT-IR: 基本原理 ...
问题：没有干涉图
Check signal 没有信号
在干涉图测试数据点之间，我们必须进行数学插值。
这个过程，透光率的准确度受到影响。
FT-IR: 基本原理 ...
干涉图数据的采集
尖桩篱栅效应
为了避免尖桩篱栅效应，在FT变换之前必须在干涉图的尾部增加强度值 为0的数据点，这个过程就是所谓：充零。
FT-IR: 基本原理 ...
测试
打开测试窗口
或
Measure ...Measurement
带宽限制 有折叠可能 尖桩篱栅效应
谱图充零
相位校正
得到的干涉图不是对称的
相位问题
FT-IR: 基本原理 ...
谱图范围
谱图范围的选择，决定了仪器采用的光学组件
FT-IR: 基本原理 ...
分辨率
两个不同频率的单色光，得到的干涉图以及相应的谱图。
Байду номын сангаас
51845红外光谱讲座——傅立叶红外光谱样品调制及图谱解析技巧
常规气体池：长度100mm，直径30-40mm，由窗片和 玻璃筒密封而成 小体积气体池：池的直径较小，适用于样品量少的气体 长光程气体池：最长有1000m，适用于ppm级极稀浓 度样品的测试 高温、低温、加压气体池：适用于高温、低温、高压气 体的特殊研究
气体池以及气体池架
将气体池放在气体池架上即可，气体池的 两边由KBr窗片或其它类型的盐片密封，要特 别注意防止盐片受潮。
单次反射ATR
3、液体样品的制备
对于沸点较高且粘度较大的液体样品，取2mg或
一滴样品直接涂在KBr窗片上进行测试
对于沸点较低的样品及粘度小、流动性较大的高沸
点液体样品放在液体池中测试 液体池是由两片KBr窗片和能产生一定厚度的垫片 所组成 切记不得有水
液体池的安装过程
4、气体样品的制备
• • • 气体样品采用气体池，直接测试； 浓度高的样品，采用光程短的气体池，或者减小压 力，或者用氮气或氦气进行稀释； 对于浓度低至PPM或PPB量级的样品，采用光程长 的气体池以及更高灵敏度的MCT检测器。
CH3-CO-CH3 1715 Cl-CO-CH3 1806 波数升高越多 Cl-CO-Cl 1828 CH2Cl-CO-CH3 1724 F-CO-F 1928
相同的吸电子取代基越多
取代基吸电子性（电负性）越强
波数升高越多
(2) 共轭效应（C效应）
在有不饱和键存在的化合物，共轭体系经常会影响基团
傅立叶红外光谱
样品调制及图谱解析技巧
品制备
• 卤化物压片法：基质有氯化钠、溴化钾、氯化银、
碘化铯，最常用的是溴化钾，压成直径13mm，厚度0.5 mm的薄片，溴化钾与样品的比例为100：1（样品约1－ 2mg） 注意：溴化钾必须干燥 溴化钾研磨很细 控制溴化钾与样品的比例
傅里叶变换红外光谱仪操作步骤解析
傅里叶变换红外光谱仪操作步骤
1.顺序打开计算机和红外光谱仪主机电源。
2.双击OMINC图标——进入工作界面。
3.点“采集”下拉菜单中的“实验设置”，检查“Y轴格式”应为Absorbance，
“背景光谱管理”应为：已选采集样品前采集背景，其它参数为默认。
4.点“光学台”——Max 为8左右，表示仪器稳定。
点“确定”。
5.点左起第3个图标“采集样品（s）”——点“确定”，先采背景，等待扫描完
成，看左下角五个菱形图标全黑，出现对话框“准备样品采集”，快速将样品插入样品架，关好窗门，点“确定”，开始样品采集。
出现对话框，输入谱图标题，点“确定”，采集完成点“是”。
6.出现红外吸收光谱图——点“自动基线校正”图标——点“数据处理”下拉
菜单中的“％透过率”——将原吸收曲线点红，按Ctrl + Delete键，删除原图。
7.点“标峰”图标——点谱图右上角“替代”——点“满刻度显示”图标。
若
要增加峰波数标注，点左下工具栏T键，光标移至要标注的峰处，按住鼠标左键选取合适位置，标注完后，点工具栏箭头状图标。
8.点“谱图分析”——“检索设置”，选“HR Aldrich FT-IR Collection Edition I”
——点“加入”——点“确定”。
回到样品红外图谱，点“检索”图标，出现检索结果。
9.实验结束时，先关闭工作界面，再顺序关闭红外光谱仪主机和计算机电源。
傅里叶红外光谱分析
k
1307 k
K化学键的力常数，与键能和键长有关，
为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）
发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的 折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。
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表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型 力常数 峰位
—CC — > —C =C — > —C — C — 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6 4.5m 6.0 m 7.0 m
吸收峰强度跃迁几率偶极矩变化 吸收峰强度 偶极矩的平方 偶极矩变化——结构对称性； 对称性差偶极矩变化大吸收峰强度大
符号：s(强)；m(中)；w(弱)
红外吸收峰强度比紫外吸收峰小2～3个数量级；
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2、仪器类型与结构
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2.1、仪器类型与结构
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(动画)
分子振动方程式
双原子分子的简谐振动及其频率
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
分子的振动能级（量子化）： E振=（V+1/2）h
V ：化学键的 振动频率；
：振动量子数。
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任意两个相邻的能级间的能量差为：
h E h 2 1 2c 1 k
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傅里叶红外光谱分析
德国布鲁克TENSOR27 程德军
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•时间安排 总共1小时 •理论25分钟 •操作讲解10分钟 •学生实验25分钟
傅里叶红外光谱分析原理与方法
特征频率
• 而且，整个分子的红外吸收光谱与其分子结构有一一对应 关系
- 分子的身份证，指纹 • 特征吸收峰：代表基团存在并具有较强强度的吸收峰
这些特征频率是如何得到的？
• 理论计算 • 从大量的同类型物质进行对比总结 • 最有说服力的方法：
当两个相同原子和一个中心原子相连时
亚甲基
H CH
二氧化碳
O=C=O
其伸缩振动有两种方式：
如果两个相同（H）原子同时沿键轴；离开中心
（C）原子，则称为对称伸缩振动，用符号vs表示
如果一个（HⅠ ）原子移向中心（ C ）原子，
而另一个（HⅡ ）原子离开中心（C)原子，
则称为反对称伸缩振动，用符号vas表示
y
有效
有效
因此 线性分子的振动自由度为3N-5
非线性分子（H2O)有三种转动方式：转动 自由度=3
x
H
H
y
H
H
H zH
因此 非线性分子的振动自由度为3N-6
小结:
对于由N个原子组成的 分子,非线形者有3N-6个振 动自由度,线形者有3N-5个振动自由度。对于有M个自 由度的分子的振动状况，可认为是由M个互相独立的基
• 但二者各有优缺点。
一个光谱的例子
• 波长与透光度的关系 • 每一个吸收峰对应于一个振动模式
T1=0.9; T2=0.15
T1=0.99; T2=0.01
红外光谱原理
• 用一束红外光（连续波长）照射试样； • 若其频率相应的能量与某个分子的振动或转动
能量差相当时，就被分子吸收； ΔE=E’’-E’ =hv=hc/λ
傅里叶变换红外光谱分析
傅里叶变换红外光谱分析傅里叶变换红外光谱分析是一种重要的分析技术，可以用来研究化学物质的结构和成分。
它基于傅里叶变换的原理，将复杂的红外光谱信号分解成一系列简单的单频信号，从而实现对样品的定性和定量分析。
本文将详细介绍傅里叶变换红外光谱分析的原理、仪器和应用。
傅里叶变换的基本思想是，将一个信号分解成一系列单频信号的叠加。
在傅里叶变换红外光谱分析中，将一个复杂的光谱信号分解成一系列不同频率的单频信号，可以得到红外光谱的频谱信息。
通过分析这些频谱信息，可以推断样品的结构和成分。
傅里叶变换红外光谱分析的仪器主要是FT-IR光谱仪。
FT-IR光谱仪是一种利用傅里叶变换原理进行光谱分析的仪器。
它采用一种干涉仪的原理，将样品辐射的光束与参考光束进行干涉，得到干涉信号。
通过改变光程差，可以得到不同频率的光谱信号。
FT-IR光谱仪的工作原理是，将红外光通过一个干涉仪分成两束光。
一束光通过样品，另一束光直接穿过参考器。
两束光再次合并后经过一个检测器。
通过改变干涉仪的光程差，可以得到不同频率的光谱信号。
检测器将这些光谱信号转换成电信号，并经过傅里叶变换，将时域信号转换成频域信号。
傅里叶变换红外光谱分析在分析化学中有广泛的应用。
它可以用来研究有机和无机化合物的结构和性质。
通过对红外光谱的解析，可以确定化学键的存在和类型，推断功能团的结构和位置。
傅里叶变换红外光谱分析还可以用来鉴定化合物的纯度和标定分析仪器。
除了在实验室中的应用，傅里叶变换红外光谱分析还可以应用于环境监测和工业生产中。
例如，可以用来分析水和土壤中的污染物，以及食品和药品中的化学成分。
总之，傅里叶变换红外光谱分析是一种重要的分析技术。
它基于傅里叶变换的原理，可以将复杂的红外光谱信号分解成一系列单频信号，从而实现对样品的定性和定量分析。
傅里叶变换红外光谱分析在化学和相关领域有广泛的应用，对于研究化学物质的结构和性质具有重要意义。
傅立叶红外图谱详细分析方法大全
傅立叶红外光谱图详细解析一、分析红外谱图（1）首先依据谱图推出化合物碳架类型，根据分子式计算不饱和度。
公式：不饱和度＝F+1+(T-O)/2其中：F：化合价为4价的原子个数（主要是C原子）；T：化合价为3价的原子个数（主要是N原子）；O：化合价为1价的原子个数（主要是H原子）。
F、T、O分别是英文4,3 1的首字母，这样记起来就不会忘了举个例子：例如苯（C6H6），不饱和度＝6+1+（0-6）/2＝4，3个双键加一个环，正好为4个不饱和度。
（2）分析3300~2800cm^-1区域C-H伸缩振动吸收，以3000 cm^-1为界，高于3000cm^-1为不饱和碳C-H伸缩振动吸收，有可能为烯、炔、芳香化合物吗，而低于3000cm^-1一般为饱和C-H伸缩振动吸收。
（3）若在稍高于3000cm^-1有吸收，则应在2250~1450cm^-1频区，分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰，其中：炔—2200~2100 cm^-1烯—1680~1640 cm^-1芳环—1600、1580、1500、1450 cm^-1若已确定为烯或芳香化合物，则应进一步解析指纹区，即1000~650cm^-1的频区，以确定取代基个数和位置（顺反，邻、间、对）。
（4）碳骨架类型确定后，再依据其他官能团，如C=O，O-H，C-N 等特征吸收来判定化合物的官能团。
（5）解析时应注意把描述各官能团的相关峰联系起来，以准确判定官能团的存在，如2820、2720和1750~1700cm^-1的三个峰，说明醛基的存在。
解析的过程基本就是这样吧，至于制样以及红外谱图软件的使用，一般的有机实验书上都有比较详细的介绍的。
二、记住常见常用的健值1.烷烃3000-2850 cm-1C-H伸缩振动1465-1340 cm-1C-H弯曲振动一般饱和烃C-H伸缩均在3000 cm-1以下，接近3000 cm-1的频率吸收。
2.烯烃3100~3010 cm-1烯烃C-H伸缩1675~1640 cm-1C=C伸缩烯烃C-H面外弯曲振动（1000~675cm^1）。
傅里叶红外光谱分析原理与方法
傅里叶红外光谱分析原理与方法傅里叶红外光谱分析的原理是光的吸收和散射现象。
当物质与红外光照射时，红外光能量与物质分子振动能级能量相匹配时，分子会吸收红外光，从而产生光谱峰。
每个峰对应于特定的化学键或功能团，因此可以通过分析光谱峰的位置和强度来确定物质的结构和组成。
傅里叶变换是傅里叶红外光谱分析的关键步骤。
它是一种数学方法，能够将一个函数在时域（时间）中的表达式转换为在频域（波数）中的表达式。
在红外光谱分析中，将吸收谱进行傅里叶变换，可以得到红外光谱的波数谱。
波数谱中的峰对应于物质的吸收峰，可以用来推断物质的化学成分和结构。
样品制备是傅里叶红外光谱分析的第一步。
样品应该符合分析要求，通常需要将样品制备成固态、液态或气态的形式。
固态样品需要通过压制成片的方式制备，液态样品可以直接滴在红外吸收盘上，气态样品需要通过气体通道引入仪器中进行分析。
实验测量是傅里叶红外光谱分析的第二步。
实验测量通常使用红外光谱仪进行，玻璃或晶体光学组件用于分离和调整红外光。
光谱仪通过扫描样品在不同波数范围内的吸收峰，并记录光谱数据。
数据处理是傅里叶红外光谱分析的最后一步。
在数据处理中，需要对测量的光谱进行预处理和解析。
预处理包括背景扣除、噪声消除和基线校正等步骤，以获得更准确的光谱数据。
解析包括寻峰、峰面积计算和谱峰匹配等步骤，以推断物质的结构和组成。
傅里叶红外光谱分析具有许多优点。
首先，该方法无需特殊的样品准备，可以使用各种形式的样品进行分析。
其次，傅里叶变换能够提供丰富的光谱信息，可以准确地揭示物质的结构和组成。
此外，操作简单、快速且非破坏性，可以进行实时监测和高通量分析。
在应用上，傅里叶红外光谱分析广泛应用于化学、生物、材料科学等领域。
例如，在化学研究中，可以通过跟踪吸收峰的变化来研究反应的动力学和机理；在生物医学研究中，可以通过分析生物体的红外光谱来诊断疾病和监测治疗效果；在材料科学中，可以通过红外光谱分析来研究材料的性能和结构等。
红外光谱样品调制及图谱解析技巧
如：化合物 υC=O/cm-1
CH3-CO-CH3 1715
CH3-CH=CH-CO-CH3 1677
Ph-CO-Ph 1665
(3) 振动偶合与费米（Feimi）共振
如果一个分子内邻近的两个基团位置很靠近， 它们的振动频率几乎相同，并有相同的对称性， 就会偶合产生两个吸收带，这叫振动偶合。在 许多化合物中都可以发生这种现象。（6种情 况） • 一个碳原子上含有两个或三个甲基，则在1385 －1350cm-1出现两个吸收带。 • 酸酐上两个羰基互相偶合产生两个吸收带
在双原子分子中，基团的吸收不是固定在某一个频率 上，而在一定范围内波动。
如：C-H的伸缩振动频率受到与这个碳原子邻接方式的影响
C-C-H：
3000－2850cm-1
C=C-H:
3100－3000cm-1
C≡C-H:
3300 cm-1附近
外部条件对吸收的影响有：物态效应、晶体状态和溶剂效应。
主要讨论分子结构的影响因素有以下7个方面：
C
CH3
O
υC=O/cm-1 1663
C
CH3
O
CH3
H3C
CH3 C
O
CH3
CH3
1686
1693
(7) 互变异构的影响
显示：各种异构体的吸收带。如乙酰乙酸乙 酯有酮式和烯醇式结构，可以看到烯醇式的羰基 吸收较酮式的弱,说明烯醇式较少.
CH3-CO-CH2-COO-C2H5→CH2-C(OH)=CH-COO-C2H5
１０００ ９００
＜５００
指 纹
氢
Ｃ－Ｎ－Ｏ Ｈ－Ｃ＝Ｃ－Ｈ Ｒ － Ａ r－ Ｈ
傅里叶红外光谱分析
C2H4O
1730cm-1 1165cm-1
H
O
C
CH
H 2720cm-1
H
（CH3）1460 cm-1，1375 cm-1。
（CH3）2930 cm-1，2850cm-1。
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1.4、红外吸收峰强度
intensity of Infrared absorption bend
问题：C=O 强；C=C 弱；为什么？ 吸收峰强度跃迁几率偶极矩变化
两种类型：色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）
04:49:36
2.1.1. 内部结构
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2.2.2. 傅里叶变换红外光谱仪结构框（图动画）
干涉仪
样品室
检测器
光源
计算机
显示器 绘图仪
干涉图 FTS
光谱图
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2.2.3. 傅立叶变换红外光谱仪的原理与 特点
(2) 单色器
光栅；傅立叶变换红外光谱仪不需要分光；
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(3) 检测器
真空热电偶；不同导体构成回路时的温差电现象 涂黑金箔接受红外辐射；
傅立叶变换红外光谱仪采用热释电(TGS)和碲镉 汞(MCT)检测器；
TGS：硫酸三苷肽单晶为热检测元件；极化效应 与温度有关，温度高表面电荷减少(热释电)；
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不对称δ as(CH3)1460㎝-1
２．峰位、峰数与峰强
（1）峰位 化学键的力常数K越大，原子折合质量越小， 键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）； 反之，出现在低波数区（高波长区）。 例１ 水分子 （非对称分子）
(动画)
（2）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变 化时，无红外吸收。