大型分析仪器讲座红外光谱仪2010年

(2).干涉仪（光谱仪核心部件）
干涉仪类型：迈克尔逊干涉仪、 秋 千式、 叉骨式、摆动式、光楔形等。 干涉仪设计虽不同，但目的均求稳 定、精确； 干涉仪红外光入射角度：30（60） 或 45，二者能量比为2:1.4
(3)迈克尔逊干涉仪
•由两个互成直角 的平面镜构成；
固定镜
•一部分红外入射 光经分束器反射 到动镜，其余的 则透射至固定镜。 动镜 (恒定速度)
红外光谱的基团频率
Wavenumber (cm-1)
4000 100 2500 2000 1500 625
N-H O-H C-H
C=N C=C
C=O C=N C=C Fingerprint region
（红外指纹区、灵敏区）Βιβλιοθήκη Baidu
0 2.5 4 5 7 16
Wavelength (µ m)
三、傅立叶变换红外光谱仪类型与结构原理
1.类型:色散型
干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）
色散型与干涉型红外光谱仪的区别:
色散型用棱镜或衍射光栅进行分光；
干涉型用干涉仪代替色散装置，形成干 涉光束后通过样品
2.色散型红外光谱仪结构原理
1.色散型 将光源发射的红外光 分成两束，一束通过试样， 另一束通过参比，利用半 圆扇形镜使试样光束和参 比光束交替通过单色器， 然后被检测器检测。当试 样光束与参比光束强度相 等时，检测器不产生交流 信号；当试样有吸收，两 光束强度不等时，检测器 产生与光强差成正比的交 流信号，从而获得吸收光 谱。
固体制样所用仪器
玛 瑙 研 钵
SSp-10型手压机
KBr压片模具
2.液体样品制样方法
液体样品： 溶液法；液膜；涂膜法；
固定式液体池
可拆式液体池
3.气体样品制样技术
气体样品的测定：气体池
开气阀
KRS-5 窗片
KBr 窗片
红外特殊取样技术
1.衰减全反射的应用
Attenuated Total Reflection (ATR)
120-150℃干燥3小时，放入干燥器以备后用；
• 为避免手汗对压片的影响，准备一双白手套，研磨和 压片过程中戴手套；
2 、样品的研磨操作 • 取400毫克备用KBr粉末于玛瑙研钵中， 加入0.5%~2%样品，在红外灯下研细混 匀，放入烘箱中120~150℃干燥1小时； • 注意：干燥温度依样品性质而定； • 使用丙酮（或乙醇、石油醚等溶剂）棉 清洗样品底座；
5.傅立叶变换红外光谱仪应用范围
广泛用于:有机化学(有机合成和金属有机等)； 高分子化学(高分子材料和复合材料);无机化学; 生
物学(生物制药,功能生物材料,蛋白质结构,药物及药
物中间体);物理化学;材料科学(新型材料等); 石油
化工;环境科学(环境监测、环境污染控制,);地质学
(石油、煤、土壤及矿物分析);公安物证分析研究等，
因此是现代结构化学、有机化学和分析化学等领域中
最强有力的测试手段之一。
五、IRPrestige-21光谱仪基本操作
1、样品的准备工作：
• 保持使用压片机的房间湿度较低； • 将压片机配件表面的油脂用四氯化碳或苯清除（否则 得到的样品片有黄色。），放入干燥器备用； • 用玛瑙研钵一次研磨大量KBr晶体并过筛，放入烘箱中
可用ATR 法测定的样品
• 纸，薄膜，织物，纱 • 涂层或树脂 (more than 1x10-6m) 通常，样品要有光滑平整表面，样 品反射率小于棱镜.
衰减全反射(ATR)光谱的测量
ATR光谱测定深度为几个微米，一定程度上反映了 被测物的表面信息。测量时，样品需紧贴晶体表面； 液体样品可直接滴在晶体表面上。
– 高光通量优势 ：光源利用率高。 – 高信噪比优势 ：相同时间内光谱元更多。 – 波数精度高：用He-Ne激光控制取样，精度 达±0.01cm-1 – 杂散光低：某一波长光的强度通过杂散光方 式叠加到另一波长光的强度的可能性很小。 – 具有灵敏度高、分析速度快、试样用量少， 而且分析不受试样物态的限制。
置于吸收池之后可 避免杂散光的干扰
双光束红外光谱仪结构原理图
2、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
He-Ne激光检测器
3.傅里叶变换红外光谱仪结构框图
干涉仪
样品室 检测器 显示器 光源 计算机 绘图仪
干涉图
FTS
光谱图
(1). 红外光源
• 红外光源通常为惰性固体物质 构成，电热可达1500 ~ 2000K； • 高辉度陶瓷光源：中、远红外区 卤钨灯：近红外区 高压汞弧灯：远红外区专用光源
Deuterated triglycine sulfate detector ；
—高灵敏度的氘代L-丙氨酸硫酸三甘肽
( DLATGS ) deuterated L-alanine triglycine
sulfate ；用于中、远红外
• 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；
ATR晶体
2.漫反射的应用
Diffuse Reflectance Spectroscopy (DRS)
红外漫反射方式(DRS)
光源
红外漫反射DRS附件
DRS附件示意图
红外漫反射方式(DRS)应用
• 原则上，漫反射方法(DRS)适用于几乎 所有能被研磨的样品。如样品为深色的 粉末，可将其与KBr一起研磨、稀释后 放入样品杯中测量； • 对于某些粉末状样品，如高分子聚合物 很难在溴化钾中研磨均化 ，也可采用除 KBr以外的稀释剂，如硫磺来制样。
电磁波谱
波长 (cm) 能量 紫外 UV 10-5 波长 (mm) 波数 (cm-1) 可见 VIS 近红 外 NIR 中红外 Mid-IR 10-3 2.5 25 400 远红外 Far-IR 10-2 1000 10 微波 Microwave 10-1
10-5 10-4 0.78
12,800 4000
大型分析仪器讲座
------傅里叶变换红外光谱
一、红外光谱仪发展概况
二、红外光谱的基本原理
三、红外光谱仪类型与结构原理
四、红外光谱制样技术
五、IRPrestige-21 系统操作简介
一、红外光谱仪器发展概况
1930年第一台棱镜分光单光束
1946年棱镜分光双光束 60年代光栅分光 70年代傅立叶变换光谱仪
红外光谱仪简单介绍
岛津FTIR光谱仪系列
FTIR-8400S
红外显微镜AIM-8800
IRPrestige-21
德国布鲁克公司
EQUINOX-55 红外光谱仪
二、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， • 红外吸收谱带的位置（波数cm-1 ）对应分 子振动能级跃迁的能级差； • 红外吸收谱带强度反映能级跃迁的几率。 • 红外光在电磁波谱中的波数范围： • 近红外：12800~4000 cm-1 (0.78~2.5 µm ) • 中红外：4000~400 cm-1 (2.5~25 µm ) • 远红外：400~10 cm-1 (25~1000 µm )
• 用户自创立谱库； • 样品光谱与谱库中标准谱图匹配的程度以 HQI指标来衡量； • 谱图搜索建立在谱图相似性，峰位，峰强或 与该谱图相应的文字信息。
谱峰匹配度检验
• 比较两红外光谱的相似性； • 两光谱间完全相同的匹配，HQI 指数为 1000 (Pearson 相关系 数)
4.傅立叶变换红外光谱仪的优点
至检测器
来自光源
分束器 补偿板
(4)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。
(5). 常用红外检测器
• 热电检测器：广泛应用于中红外区，
• —钽酸锂 (LiTaO3)
—氘代硫酸三甘肽( DTGS )
3.红外定量分析
被测物样品池
检测器
透射光 I1
入射光 I0
光源
光程
吸光度 A = lg(I0/I) 比尔定律：A = CL (一定浓度范围内)
标准样品谱图
0.6
0.5 The absorption increases with standard concentration 0.4 at ~3300 cm-1. Absorbance 0.3 0.2 0.1 0.0 3600.0 3400.0 3200.0 3000.0 2800.0 2600.0 2400.0 2200.0 2000.0 Wavenumber 1/cm
• 近红外检测器：InSb (锑化铟) InGaAs(铟镓砷) PbS (硫化铅) 远红外检测器： DLATGS(氘代L-丙氨酸硫 酸三甘肽专用窗片)
四、红外光谱仪制样方法
1.固体样品 • 压片法：样品和KBr取量； • 研糊法：固体样品与稀释剂(石蜡油、氟油) 研磨调糊；
• 成膜法：高分子样品等可用热压膜机制； 某些固体样品溶解在溶剂中，溶剂蒸发成 膜；
3 、固体样品压片步骤
KBr 样品
→
样品的研磨
→
样品进行压片
→
成片后进 行测试
SSp-10型手压机压片
→
→
2、IRPrestige-21光谱仪基本操作
开机及起动软件的操作见软件操作
标准工作曲线
400.0 Concentration (%)
350.0
300.0
250.0 200.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0 42.5 45.0 47.5 50.0 52.5 55.0 57.5 Corr. Area
膜厚测定
4.使用谱库搜索功能
• 多种商用谱库可供选购；