硕士生物仪器分析之红外光谱课件

干涉仪是红外光谱仪的心脏部件
到样品
红外光 源发出 的光束
在干涉仪的出口，两束有光程差的光发生干涉，然后到样品。
分辨率
IR光谱得到的结构信息
• IR光谱表示法： 横坐标为吸收波长（m），或吸收频率（波数/cm）； 纵坐标常用百分透过率T%表示。
• 从谱图可得信息： 1. 吸收峰的位置：吸收频率 2. 吸收峰的强度：常用 vs (very strong), s (strong), m (medium), w (weak), vw (very weak), b (broad), sh (sharp),v (variable) 表示 3. 吸收峰的形状 (尖峰、宽峰、肩峰)
伸缩振动 亚甲基：
变形振动 亚甲基:
峰位、峰数与峰强
1. 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）。
H2O分子
2. 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时，无红外吸收。
峰位、峰数与峰强
3. 瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大 （极性越大），吸收峰越强；
红外光谱
Infrared spectrum (IR)
不同波段的光连外 100~200 nm 近紫外 200~400 nm 可见光 400~800 nm 近红外 800~2500 nm 远红外 2500~3500 nm
FT-IR: 基本原理
当一束红外光射到物质上，可能发生：吸收、透 过、反射、散射或者激发荧光（即拉曼效应）。
正己烷的红外光谱图
顺式 反式
顺式和反式2，2，5，5四甲基己烯红外光谱
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
Publisher: Academic Press Press year: 2008 ISBN: 012374136X
• 红外线的波长大于可见光线，介乎可见光与微波之间的电 磁波。
• 覆盖室温下物体所发出的热辐射的波段。透过云雾能力比 可见光强。
• 在通讯、探测、医疗、军事等方面有广泛的用途。
• 生活中高温杀菌，红外线夜视仪，监控设备，手机的红外 口，宾馆的房门卡，
谱图范围的选择，决定了仪器采用的光学组件
红外光谱产生的条件
1. 辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； 2. 辐射与物质间有相互偶合作用。
对称分子：没有偶极矩，辐射 不能引起共振， 无红外活性。如： N2、O2、Cl2 等。
非对称分子：有偶极矩，红外 活性。
偶极子在交变电场中的作用示意图
分子中基团的基本振动形式
1. 内部因素 (1) 电子效应 a．诱导效应：吸电子基团使吸收峰向高频方向移动（兰移） b. 共轭效应 (2) 空间效应：场效应；空间位阻；环张力
2. 氢键效应 氢键(分子内氢键；分子间氢键)：对峰位，峰强产生极明显影响， 使伸缩振动频率向低波数方向移动。
傅立叶变换红外光谱仪
一个光源、一个干涉仪（分束器是它的一部分）以及一个检测器。
术、超临界流体色谱与红外光谱联用
辣椒红素的红外标准图谱
辣椒中的色素成份、结构及其波谱学特征
Capsanthin ((all-E,3R,3S,5R)-3,3’-Dihydroxy-β,κ,caroten-6’-one;
IR: 964vs (γ(=CH), C=C trans), 1049vs (ν(C-O)), 1184m (ν(C(CH3)2)), 1254m (ν(C(CH3)2)), 1365m (σs(CH3)), 1397m (σs(CH3)), 1455m (σas(CH3)), 1553vs (ν(C=C)), 1578s (ν(C=C)), 1601w (ν(C=C)), 1665m (ν(C=O)), 2867m (νs(CH3), νs(CH2)), 2917s (νas(CH2)), 2956s (νas(CH3)), 3028w (ν(=CH)) , 3329m (ν(OH))。
• 合频峰是在两个以上基频峰波数之和(组频 1+ 2)或 差(1 - 2处出现的吸收峰。合频峰均为弱峰。
• 热峰来源于跃迁时低能级不是基态的一些吸收峰。
影响峰位变化的因素
• 化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部结构和 外部因素影响。
• 各种化合物中相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上。
CO2分子
4. 由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰； 5. 由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰.
常见术语
基频峰、倍频峰、合频峰、热峰
• 基频峰是分子吸收光子后从一个能级跃迁到相邻的高 一能级产生的吸收。V =0 V=1
• 倍频峰(2)是分子吸收比原有能量大一倍的光子之后， 跃迁两个以上能基产生的吸收峰，出现在基频峰波数n 倍处。2 为弱吸收。
基团存在。
红外光谱技术的进展及其应用
• 红外显微镜(IR microscope) • 漫 反 射 傅 立 叶 变 换 红 外 光 谱 技 术 （ diffuse
reflectance spectroscopy, DRS） • 衰减全反射傅立叶变换红外光谱技术（attenuated
total internal reflectance FTIR, ATR-FTIR） • 光声光谱技术（photoacoustic spectoscopu, PAS） • 红外联用技术：气相色谱/红外联用（GC/IR）技