红外光谱
红外光谱解析
10 （cm ） （m）
1
4
各种振动方式及能量
分子振动方式分为：
伸缩振动 -----对称伸缩振动 s ----反对称伸缩振动 as 弯曲振动 ----面内弯曲振动 ----剪式振动 s -----平面摇摆 -----面外弯曲振动- ----非平面摇摆 -----扭曲振动 按能量高低为： as >
的，只有在立体结构上互相靠近的基团之间才能产生F效应， 例如：
环己酮 4，4-二甲基环己酮 2-溴-环己酮 4，4-二甲基-2-溴-环己酮
C=O
1712
1712
1716
1728
-氯代丙酮的三个异构体的C=O 吸收频率不同
氢键效应
氢键使吸收峰向低波数位移，并使吸收强度加强，
例如： - 和-羟基蒽醌
二氧化碳的IR光谱
O=C=O
对称伸缩振动 不产生吸收峰
O=C=O
反对称伸缩振动 2349
O=C=O
面内弯曲振动 667
O=C=O
面外弯曲振动 667
因此O=C=O的 IR光谱只有2349 和 667/cm 二个吸收峰
二、IR光谱得到的结构信息
IR光谱表示法：
红外光谱产生的原理
红外光谱产生的原理红外光谱是一种常用的分析方法，它通过测量物质对红外辐射的吸收、散射或透射来确定物质的化学组成和结构。
红外光谱具有非破坏性、快速、高灵敏度、无污染等优点，因此在化学、生物、环境、食品等领域得到了广泛应用。
红外光谱的产生原理可以通过电磁辐射的能量变化来解释。
电磁辐射是由电场和磁场通过振荡产生的，其频率范围划分为不同的区域，其中包括红外区域。
红外光谱所使用的辐射主要来自于红外辐射源，该源产生的电磁辐射频率与分子或原子的振动频率相匹配。
分子或原子在红外辐射的作用下，会发生振动、转动和电子跃迁等过程。
其中，红外辐射主要引起分子或原子的振动。
分子振动是分子中原子相对于彼此的运动，包括拉伸、弯曲、扭转等运动模式。
不同的分子或原子具有不同的振动频率和形式，因此在红外光谱图中呈现出不同的吸收峰。
分子或原子的振动能量与红外光谱中的光子能量相匹配，当振动频率与红外辐射频率相同或相近时，分子或原子可以吸收红外光子的能量，从而产生光谱吸收峰。
吸收峰的强度与物质中特定键的吸收强度成正比，通过测量光谱吸收峰的强度可以获取物质中特定官能团的存在和浓度。
红外光谱的产生涉及到一系列的光学元件，包括红外光源、样品室、光学分析仪器等。
红外光源主要用于产生红外辐射，常用的光源包括热电偶、半导体激光器、四极管等。
样品室则用于容纳样品，并提供适当的环境条件，以确保测量的准确性和可靠性。
光学分析仪器是红外光谱的核心部分，它包括光学元件和光学检测器。
光学元件用于对红外辐射进行分光和聚焦，以分离出各个波长的光子，并准确地聚焦到检测器上。
光学检测器则将光子转化为电信号，通过电子学处理和数据转换，最终得到红外光谱图。
红外光谱的测量方法有很多种类，包括红外吸收光谱、红外发射光谱、红外散射光谱等。
每种方法都有其特定的应用范围和优缺点。
总之，红外光谱的产生是通过物质吸收红外辐射能量而引起的，通过测量物质对红外光的吸收特征可以得知物质的化学组成和结构信息。
红外吸收光谱的原理及应用
红外吸收光谱的原理及应用一、红外吸收光谱的原理红外吸收光谱（Infrared Absorption Spectroscopy）是一种常见的光谱分析技术，它利用物质分子对红外辐射的吸收特性进行分析和研究。
红外光谱的原理基于分子的振动和转动引起的能量变化。
在红外辐射的作用下，分子会吸收特定波长或频率的光，从而发生能级跃迁并产生吸收峰。
根据不同的吸收峰位置和强度，可以推断物质的结构、组成和化学环境等信息。
红外吸收光谱的原理主要包括以下几个方面： 1. 分子的振动和转动：分子在吸收红外辐射时，会发生振动和转动。
振动包括拉伸、弯曲和扭转等不同形式，每个分子都有特定的振动模式和频率，使其能够吸收不同波长的红外辐射。
2. 分子吸收特定波长的光：分子在特定波长范围内吸收红外辐射，产生吸收峰。
根据吸收峰的位置和强度，可以确定分子的化学键、官能团和分子结构等信息。
3. 光谱图的解读：通过测量物质对红外辐射的吸收情况，可以得到红外光谱图。
光谱图通常以波数为横轴，吸收峰强度为纵轴，常用峰位和峰形进行分析和判断。
二、红外吸收光谱的应用红外吸收光谱具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1. 化学分析红外光谱在化学分析中起着重要作用，可以用于鉴定和分析各种有机和无机化合物。
通过测量样品的红外光谱，可以获得化学键和官能团的信息，从而判断物质的结构和组成。
红外光谱被广泛应用于有机化学、药物分析、环境监测等领域。
2. 药物研发红外光谱在药物研发中具有重要的应用价值。
通过红外光谱分析药物的结构和成分，可以判断药物的稳定性、纯度和相态等性质。
红外光谱还可以用于药物的质量控制和检验，确保药物的安全有效。
3. 材料科学在材料科学领域，红外光谱可以用于材料的表征和分析。
不同材料的红外光谱具有独特的特征，可以用于识别和鉴别材料，评估材料的结构、质量和性能。
红外光谱被广泛应用于聚合物材料、无机材料、涂层材料等领域。
4. 生物医学研究红外光谱在生物医学研究中有着重要的应用。
红外光谱
不明显
醇、酚、醚
C-O RNH2 R2NH
胺
特征峰
类别 醛、酮
键和官能团
C=O R-CHO C=O
拉
1750-1680 2720
伸 (cm-1)
说
明
上的氢） （C=O上的氢） 上的氢
与CH3和CH2容易区分 和 容易区分
羧酸 OH 酰卤 酸酐 酯 酰胺 腈 C=O C=O C=O; C-O-C C=O NH2 C≡N ≡
２、必须能引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外 必须能引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外 偶极矩变化 吸收光谱 偶极矩变化与原子电负性、 偶极矩变化与原子电负性、振动类型以及分子 的对称性有关。 的对称性有关。
H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。 C≡C
3、影响吸收峰减少的因素 、 （１） （２） （３） 偶极矩不发生变化的， 偶极矩不发生变化的，没有红外吸收 发生峰的简并 吸收峰在中红外区外
（４） 吸收强度太弱 （５） 强峰对弱峰的覆盖
三、分子的振动类型 (1) ) 伸缩振动： 伸缩振动：
沿轴振动，只改变键长，不改变键角
C
称 缩 动 对 伸 振 (νs) -1 (2853 cm )
二、分子振动 1、双原子分子振动为近似的简谐振动 、双原子分子振动为近似 近似的简谐振动 简正振动：反映的是某一化学键的键长和键角变化， 简正振动：反映的是某一化学键的键长和键角变化， 吸收频率为化学键的特征吸收峰。 吸收频率为化学键的特征吸收峰。 光谱选律为 双原子分子可产生 红外吸收峰 ∆ν ＝±１ 的振动。 ∆ν ＝ ± ３的振动。 ∆ν ＝ ± 1 的跃迁所产生的吸收 ∆ν ＝ ± 2 的跃迁所产生的吸收 ∆ν ＝ ± ２或
红外光谱(最全-最详细明了)
1. 收集谱图数据
通过红外光谱仪获取样品的光 谱数据。
3. 峰识别与标记
识别谱图中的特征峰，并对其 进行标记。
5. 结果输出
得出样品成分的红外光谱解析 结果。
谱图解析技巧
1. 峰归属参考
查阅相关资料，了解常见官能团或分子结构 的红外光谱峰归属。
3. 多谱图比对
将待测样品谱图与标准样品谱图进行比对， 提高解析准确性。
红外光谱与其他谱学的联用技术
红外光谱与拉曼光谱联用
拉曼光谱可以提供分子振动信息，与红外光 谱结合，可更全面地解析分子结构和化学组 成。
红外光谱与核磁共振谱联用
核磁共振谱可以提供分子内部结构的详细信息，与 红外光谱结合，有助于深入理解分子结构和化学键 。
红外光谱与质谱联用
质谱可以提供分子质量和结构信息，与红外 光谱结合，有助于对复杂化合物进行鉴定和 分析。
红外光谱在大数据与人工智能领域的应用
红外光谱数据的处理与分析
利用大数据技术对大量红外光谱数据进行处理、分析和挖掘，提取有用的化学和物理信息 。
人工智能在红外光谱中的应用
利用人工智能技术对红外光谱数据进行模式识别和预测，提高红外光谱的解析能力和应用 范围。
红外光谱数据库的建立与完善
建立和完善红外光谱数据库，为科研和工业界提供方便、快捷的红外光谱查询和服务。
分子振动与转动能级
1 2
分子振动
分子中的原子或分子的振动，产生振动能级间的 跃迁。
转动能级
分子整体的转动，产生转动能级间的跃迁。
3
振动与转动能级间的耦合
某些特定的振动模式会导致分子的转动能级发生 跃迁。
红外光谱的吸收峰与跃迁类型
吸收峰
由于分子振动或转动能级间的跃迁，导致光谱上出现暗线或 暗带。
红外光谱(ir、傅立叶)
红外光谱(ir、傅立叶)红外光谱（Infrared Spectroscopy）是一种常见的分析技术，可以用来研究物质的分子结构和化学键。
它主要通过测量物质对红外光的吸收来揭示分子内原子间晶格振动的信息。
傅立叶变换红外光谱是一种建立在红外光谱基础上的数据处理方法，通过傅立叶变换将时间域信号转换为频率域信号，可以简化和提高数据处理的效率。
红外光谱技术广泛应用于化学、生物、材料科学等领域，成为分析样品结构的常见手段。
其原理基于分子中原子之间的振动，当分子受到特定的红外辐射时，分子将吸收特定的红外光的能量，从而让分子中的原子发生振动。
这种振动能够在红外区域形成特定的振动谱带，称为谱指纹。
每种物质的红外吸收谱带独特，可以用来鉴定化学成分和判断分子结构。
红外光谱仪是用来测量样品的红外光谱的仪器。
红外光谱仪主要包括光源、样品室、光学系统、检测器和数据处理装置等几个部分。
光源通常采用弧光灯或红外激光器，样品室是一个密封的狭缝，样品被放置在狭缝中以使红外光能够通过它。
光学系统通过选取和分离光束，将红外光聚焦到样品上，并且将样品上的红外光传输到检测器上。
检测器是用来测量红外光强度的设备，可以将光信号转换为电信号。
而数据处理装置则用来处理检测器输出的电信号，转换为红外光谱图。
红外光谱图通常是以波数为横坐标，吸收强度（或吸收率）为纵坐标。
波数的单位一般是cm-1，它是光波的频率和振动的周期之间的倒数。
红外光谱图包含了一系列吸收带，每个吸收带对应着分子不同振动。
红外吸收带的位置和强度与分子结构有关，可以用来推测不同官能团的存在和化学键的性质。
例如，C-H键通常在3000-2850 cm-1范围内吸收，而C=O键则在1800-1600 cm-1范围内吸收。
通过比较待测物质的红外光谱与参考谱图或数据库中的标准谱图，可以对待测物质的结构和成分进行初步判断和鉴定。
傅立叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，简称FTIR）是红外光谱的一种常用技术。
红外光谱计算公式
红外光谱计算公式红外光谱是一种用于研究物质结构和特性的重要分析方法。
它通过检测物质对红外辐射的吸收或散射来确定物质的分子组成、化学结构和功能基团等信息。
红外光谱计算公式可以帮助解释红外光谱的吸收带和峰值位置，进一步了解物质的性质。
1.波数和波长的换算关系光谱中所用的波数和波长之间存在一定的换算关系，常用的换算公式为：波长(λ)=c/波数（ν）其中，λ表示波长，ν表示波数，c为光速。
2.峰值强度的计算红外光谱中吸收峰的强度通常用吸收峰的阿贝尔吸收系数计算。
阿贝尔吸收系数与吸收能级大小和浓度成正比。
一般情况下，峰值强度与阿贝尔吸收系数呈线性关系。
3.波数和振动模式的关系红外光谱可以提供物质的分子振动信息。
不同的振动模式对应特定的波数范围。
例如：- C-H伸缩振动的波数范围为2850-3000 cm^-1- C=O伸缩振动的波数范围为1630-1850 cm^-1- N-H伸缩振动的波数范围为3200-3600 cm^-14.化学官能团和峰位的关系红外光谱中的吸收峰位可以与特定的化学官能团相关联。
通过对红外光谱的解析，可以确定物质中存在的化学官能团。
例如，瞬时电偶极矩较大的双键会导致吸收峰位置向高波数方向移动。
5.标准物质和未知物质的比较红外光谱通常会与已知化合物的光谱进行比较，以确定物质的成分。
比较时，需要注意相同官能团或化学键所对应的吸收峰的位置和强度。
如果未知物质的红外光谱与其中一种标准物质的光谱非常接近，可以确定未知物质与标准物质的化学结构相似。
总的来说，红外光谱计算公式主要涉及波数与波长的换算、峰值强度的计算、波数与振动模式的关系、化学官能团与峰位的关系以及未知物质的比较等方面。
通过运用这些计算公式，可以准确解读红外光谱，深入了解物质的结构和特性。
红外光谱计算公式的应用广泛，对于化学、材料科学、生物医药等领域的研究有着重要意义。
红外光谱技术的原理与应用
红外光谱技术的原理与应用近年来，红外光谱技术因其在分析领域中的广泛应用而备受瞩目。
它是一种非破坏性的分析技术，能够准确地确定目标物质的分子结构和功能组成。
本文将介绍红外光谱技术的原理、基础知识和应用。
一、红外光谱技术的原理红外光谱技术是一种利用物质对红外辐射的吸收和发射谱线进行分析的技术。
红外辐射可以被物质中的化学键吸收或发射，这些化学键的振动和转动运动产生了特定的谱线，对应于物质的分子结构。
红外光谱图展示了分子内各个化学键的谱线，可用于确定样品中不同分子的存在和浓度。
二、基础知识：红外光谱图的读取红外光谱图由x轴和y轴组成。
x轴表示波数（单位为cm-1），而y轴则表示对应波数下吸收带的相对强度。
红外光谱图的预处理非常重要。
为了获得最佳效果，我们需要对光谱图进行基线校正、去除噪声、调整基于吸收线强度等组合过程的光谱数据。
在光谱图上，各吸收带也需要进行标记和解释。
三、红外光谱技术的应用1. 化学分析红外光谱技术可以用于分析有机化合物的结构和组成。
化学家们可以用红外光谱图来检测样品中特定的化学键，以及确定这些化学键的类型和位置。
这项技术对于药物合成、有机化学和聚合物工程等领域的研究非常重要。
2. 食品安全红外光谱技术可以用于检测食品中的有害物质和营养成分。
例如，它可以用于测量食品中各种脂肪、糖类和蛋白质的含量。
此外，红外光谱技术还可以分析食品中的添加剂和农药残留情况。
3. 医学诊断红外光谱技术对于疾病的早期诊断和治疗也具有很大的帮助作用。
例如，红外光谱技术可以用于分析血液样品中患者的代谢物质，以及检测特定疾病标志物的存在。
此外，它还可以用于研究不同组织和器官的结构和组成。
4. 环境监测红外光谱技术可以用于分析环境样品中的有害物质和化学物质。
例如，可以通过分析水体中的化学物质来确保其安全饮用。
它还可以测定大气中的污染物质和土壤中的重金属含量。
四、未来发展随着科技的进步和新技术的出现，红外光谱技术也在不断发展。
红外光谱
红外光谱法一、红外光谱1.1 简介各种物质对不同波长(或波数)红外辐射的吸收程度是不同的，因此当不同波长(或波数)的红外辐射依次照射到样品物质时，由于某些波长的辐射能被样品选择吸收而减弱于是形成红外吸收光谱。
通常用透过(或吸收)与波长(或波数)所作的红外吸收光谱曲线来表征各种物质的红外吸收光谱，简称红外图谱或红外谱图。
1.2红外光谱分析原理将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，分子发生振动能级迁移，某些特定波长的红外射线被吸收，从而形成这一分子的红外吸收光谱。
每种分子都有其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，红外光谱分析可用于研究分子的结构和化学键，也可以作为表征和鉴别化学物种的方法。
红外光谱的范围很广，为0.75～1000μm(13300～10 cm-1)。
按应用波段不同，红外光谱划分为三个区域：a.近红外（NIR）区：0.75～2.5μm(13300～4000 cm-1)，b.中红外（MIR）区：2.5～25μm(4000～400 cm-1)．远红外（FIR）区25～1000 μm(400～10 cm-1)。
远红外光谱主要由小分子的转动能级跃迁产生的转动光谱。
此外还包括离子晶体、原子晶体和分子晶体产生的晶格振动光谱以及原子量较大或键力常数较小分子的振动光谱；中红外和近红外光谱是由分子振动能级跃迁产生的振动光谱。
在各类分子中只有简单的气体或气态分子才产生纯转动光谱，而对于大量复杂的气、液、固态物质分子主要产生振动光谱。
并且目前被广泛应用于化合物定性、定量和结构分析以及其他化学过程研究的红外吸收光谱，主要是波长处于中红外区的振动光谱。
在红外光谱分析中，2.5～15μm(4000～667 cm-1)的中红外区域是应用最广泛的光潜区。
其中2.5～7.5μm(4000～1330 cm-1)称为特征谱带区。
因为羟基、胺基、甲基、亚甲檗、各类羰基和羧酸盐基等官能团的特征吸收峰都出现在这区域，所以又称它为基团区；7.5～15μm(1330～667cm-1)称为指纹区，物质分子的红外吸收峰在这一区域特别多，像人的指纹一样稠密，又有一定的特征性，所以称它为指纹区。
红外光谱
06:51:17
1． X—H伸缩振动区（4000 cm-1 ）
（1）—O—H 3650 3200 cm-1 确定
2500
醇、酚、酸
在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强吸收；当浓度较大 时，収生缔合作用，峰形较宽。 注意区分
—NH伸缩振动：
3500 3100 cm-1
06:51:17
—CH3 —CH2— —C—H
2960 cm-1 2870 cm-1 2930 cm-1 2850 2890 cm-1 cm-1
反对称伸缩振动 对称伸缩振动 对称伸缩振动 弱吸收
反对称伸缩振动
3000 cm-1 以 下
（3）丌饱和碳原子上的=C—H（ C—H ）
苯环上的C—H =C—H C—H 3030 cm-1 3010 2260 cm-1 3300 cm-1
3.峰形
不同基团的某一种振动形式可能会在同一频率范围内都有红外吸收， 如-OH、-NH的伸缩振动峰都在34003200 cm-1但二者峰形状有显著不同。 此时峰形的不同有助于官能团的鉴别。
红外光谱的最大特点是具有特征性，谱图 上的每个吸收峰代表了分子中某个基团的 特定振动形式。 定性分析 定量分析
(2) 试样中不应含有游离水。水本身有红外吸收，会严重
先用分馏、萃取、重结晶、区域熔融或色谱法进行分离提纯。
干扰样品谱，而且还会侵蚀吸收池的盐窗。
(3) 试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中的 大多数吸收峰的透射比处于10%~80%范围内。
样品制备技术
(1) 固体样品的制备 a.压片法:
将 1~2mg 固 体 试 样 与 200mg 纯 KBr 研 细 混 合 ， 研 磨 到 粒 度 小 于 2μ m，在油压机上压成透明薄片，即可用于测定。
什么是红外光谱
什么是红外光谱
红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。
样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。
红外光谱与紫外光谱、质谱、核磁共振并称物质结构分析“四大谱”，是仪器分析中重要的分析手段之一。
通过与标准谱图比较，可以确定化合物的结构；对于未知样品，通过官能团、顺反异构、取代基位置、氢键结合以及络合物的形成等结构信息可以推测结构。
以上信息仅供参考，建议查阅专业书籍或咨询专业人士。
红外光谱图的两种表示方法
红外光谱图的两种表示方法红外光谱图是一种表明某种物质或物质组合中吸收和发射特殊波长光的光谱图，它通常用于形象地检测、分离、鉴别和分析物质。
由于它的灵敏度高、分析准确性强，红外光谱图广泛应用于食品、环境保护、分子鉴定、犯罪侦查和农药监测等领域。
红外光谱图一般有两种表示方法，即光谱谱图和拉曼谱图。
光谱谱图是按照物质的不同吸收波长，将红外光谱从短波长到长波长排成折线图，或将激发分子所产生的形成的红外光谱以及它的能量绘制成折线图。
折线图可以直接观察出激发分子所发射出的特定波长光的强度和特定物质的吸收波长，从而更容易识别物质的结构特性，做到定性识别。
大多数分析实验室都使用光谱谱图作为标准表示红外光谱图，因为它更易于量化分析、比较和识别。
拉曼谱图是通过拉曼光谱技术，将红外光谱折射率(R)和激发分子的能量(-E)绘制成三维曲线图。
拉曼谱图可以动态地观测激发分子的颗粒的结构特性和改变，从而更好地辨别不同分子。
它可以用于定性比较、定量分析和分离混合物中的某一物质，增强物质分析的准确性、灵敏度和效率。
光谱谱图和拉曼谱图都是常见的红外光谱图表示方法，两者各有优劣，一般采用它们结合使用更能发挥它们的优势，达到科学分析的最佳效果。
比如，可以通过光谱谱图定性分析物质，然后通过拉曼谱图进行定量分析；可以同时采用光谱谱图和拉曼谱图，进行比较研究，以判断某种物质是否存在；可以利用光谱谱图来获取横坐标的波长值，再将其和拉曼谱图的拉曼光谱值进行比较，以进一步确定物质组成，等等。
红外光谱图表示方法的不同，有利于改进实验室中红外光谱分析的灵敏度和准确性，为物质分析提供新的思路和方法。
所以，在实验室中，有关红外光谱图的表示方法，改进和发展将成为更加重要的研究课题。
红外光谱
定量分析方法示意图
二甲苯中邻、间和对位三种同分异构体的定量
二甲苯的工作曲线
不同产地赤芍的FT－IR指纹图谱对比分析
目的：寻找能够鉴别不同产地赤芍成分差异的新方法， 探讨赤芍道地性的形成原因 方法：利用傅利叶变换红外光谱仪测定不同产地的样品， 对所获得的指纹图谱进行特征峰指认和对比分析、结果 赤芍野生品与栽培品的红外吸收频率、吸收峰的相对强 度都存在比较大的差异、多伦赤芍（道地药材）的红外 吸收峰形状也有一定的特异性 结论：首次运用傅利叶变换红外光谱技术对不同产地芍 药根部的混合化学体系进行了全组分快速分析，为赤芍 道地商品的鉴别及质量控制提供了可靠的依据。
空间障碍
指分子中的大基团在空间的位阻作用，迫使邻近 基团间的键角变小成共轭体系之间单键键角偏转， 使基团的振动波数和峰形发生变化．
场效应
基团在空间的极化作用，常使伸缩振动能量增 加，弯曲振动能量减小．同分旋转异构体中同一 基团的吸收峰位置之所以不同，通常是场效应引 起的．例如1，2—二氯乙烷的反式和顺式
红外非活性振动
顺式二氯乙烯在1580cm－1处有双键振动的强吸收峰 反式二氯乙烯分子中的双键，由于分子振动前后的偶极 矩没有改变，此种双键在红外光谱中无吸收峰 3-甲基-1，2-丁二烯的红外光谱在2000－1925cm－1处有 丙二烯基团特征峰；四甲基丙二烯，由于分子对称，在 振动中无偶极矩变化而无此吸收峰
液态样品的制备
夹片法：压制两片空白KBr片，将液态样品滴入 一片上，盖上另一片夹紧，用于挥发性不大的液 态样品 涂片法：可涂在一空白片上测定，可用于粘度在 的液态样品 液体池法：将液态样品装入具有岩盐窗片的液体 池中测定。
红外光谱
这个能量范围的辐射，与大多 数分子中共价键的伸缩和弯曲振动 的频率相当。只有频率与分子的自 然震动频率相匹配的红外辐射才可 被吸收，吸收的能量被用于增大分 子中键的各种振动方式的振幅。
⑵即使红外辐射的频率与键 振动的自然频率恰好相配，该键 也不一定吸收。键必须是一个电 偶极，而且电偶极的改变要不等 于零。
⑵ 倍频峰
在红外吸收光谱上，除基频峰外，还有振动能 级由基态（n=0），跃迁至第二激发态（n=2），第 三激发态（n=3）……等，所产生的吸收峰称为第二 倍频峰，第三倍频峰……，或统称为倍频峰。由n=0 跃迁至n=2，则Δn=2，所以γL =2γ。所吸收的红外 光频率（γL）是基团基本振动频率（γ）的二倍，产 生的吸收峰就叫二倍频峰。同理，γL =3γ所产生的 吸收峰就叫三倍频峰。其他类推。 在倍频峰中，二倍频峰还比较强，三倍频峰以上， 因跃迁几率很小，一般均较弱，往往测不出来。
分光后又被利特罗 (littrow)反射镜 M13 反射而返回棱镜进行第二次分光。 经过分光，色散的光通过出射狭缝S1， S2 及反射镜M14 ，最后由轴对称旋转椭 球面反射镜Mi，聚焦于半导体辐射热电 接收器Tn上，把光讯号变为交流电讯号， 再由电子记录系统记录下来。
利用扫描马达通过凸轮转 动反射镜M13，使4000-650厘米1 的单色光陆续进人接收器，因 而可以把不同波段的光谱连续记 录下来，横坐标即为波数读数。
(1) 4000—2400厘米-1区：在这一 区域出现的基频吸收，都是由于带有氢 原子的基团振动所致。如3700—3100厘 米 -1 为NH及OH的伸展振动区,因此水、 醇、酚的羟基以及胺、酰胺的氨基都在 这个区域内有吸收。 我们把这一区域称做含氢基团的特 征频率区。
红外光谱
KK
1 1
m m m m
ν (cm )
-1
-1
C 2150
C
C 1650
C
C 1200
C
b、轨道中S成分越多，键的强度越大，吸收频率越高
ν (cm )
C__H sp 3300
C__H sp2 3100
C__H sp3 2900
1 K 1 c、原子的质量越大，振动吸收频率越低。 m1 m2 2 m1 m2 2 __ __ __ -1 C H C C C O (cm ) 3000 1200 1100
C-H N-H O-H S-H
C=C C=O
C=N
六.各类有机物的红外吸收:
1.烷烃的红外吸收:
正辛烷
甲基: Vas=2960, Vs=2860,δas=1450, 亚甲基: Vas=2930, Vs=2850, δas=1450 4个以上亚甲基: δs =720(cm-1)
δs =1380
2.烯烃的红外吸收
6 9 0 c m-1 6 9 0 c m-1 C＝C H C＝C H
2
2-甲基-1-丙烯
(E)-2-己烯
(Z)-3-己烯
3.炔烃的红外吸收:
1-己炔
C H 伸缩振动 3300
C C 伸缩振动 2100
C H 弯曲振动 630
2-己炔
HC
CCH2CH2CH2CH2CH2CH3
CH3C
CCH2CH2CH2CH2CH3
H H2 N ， O 2 к Ó ìÍ âÎ üÕ Ê
CH3-CH2-C C-H Ð ÓÍ 箭头表示振动方向 O C O Þ Î ì º â ü Î CH -CH -C 3 2 âÎ Í üÊ Õ
光谱的红外区域
光谱的红外区域
光谱的红外区域是指位于可见光红色端之外的那部分光谱。
红外辐射在光谱中的位置紧跟在可见光的红色之后，因此被称为“红外”（即“红色之外”）。
红外光谱的特点和应用包括：
1.波长范围：红外区域的波长一般在大约700纳米
（nm）到1毫米（mm）之间。
这个范围被进一步划
分为近红外（约700 nm至2,500 nm）、中红外（约
2,500 nm至50,000 nm）和远红外（约50,000 nm
至1 mm）。
2.热辐射：红外辐射通常与热相关联。
物体发出的红
外辐射强度取决于其温度，因此红外技术常用于热
成像和温度测量。
3.分子振动和旋转：红外辐射能够引起分子的振动和
旋转，因此在化学中，红外光谱学是用来识别和分
析化合物的重要手段。
通过分析样品吸收红外辐射
的特定波长，可以确定其化学结构。
4.遥感应用：红外遥感技术广泛应用于地球科学和天
文学。
它可以用于观测地表温度、植被状态、云层
和大气成分，以及探测宇宙中的天体。
5.通信技术：近红外波段常用于光纤通信，因为在这
个波段光纤的损耗较低，有利于长距离传输。
6.生物医学应用：红外光谱也在生物医学领域有应
用，例如在组织成像和生物分子分析中。
7.安全检测：红外辐射用于安全和监控应用，例如夜
视设备和热成像相机，可以在无光或低光条件下进
行监控。
红外光谱的这些特性使其成为科学研究、工业应用和日常生活中的一个重要工具。
红外光谱的范围
红外光谱的范围红外光谱，也被称为傅立叶变换红外光谱（FTIR），是一种广泛应用在化学、物理、生物等领域的分析技术。
它通过测量分子对不同波长的红外辐射的吸收情况，来获取样品中各种化合物的信息。
一、红外光谱的基本原理红外光谱的工作原理基于分子振动理论。
当一个分子受到红外光照射时，如果入射光的能量与分子内部某些特定振动模式的能量相匹配，就会发生共振吸收，从而导致光强的下降。
这个过程就像音叉在接收到与其固有频率相同的声波时会产生共振一样。
根据所吸收的红外光的波长和强度，可以推断出分子中存在哪些化学键以及它们的相对强度。
二、红外光谱的范围红外光谱通常被分为三个区域：近红外区（NIR）、中红外区（MIR）和远红外区（FIR）。
这三个区域分别对应着不同的光子能量和分子振动类型。
1. 近红外区（NIR）：近红外区的波长范围大约为780-2500纳米（对应频率为12825-4000厘米^-1），主要包含分子的非谐振性振动和电子跃迁。
在这个范围内，由于吸收较弱，主要用于测定样品的水分、脂肪、蛋白质、糖类等大分子物质的含量。
2. 中红外区（MIR）：中红外区是红外光谱的主要工作区域，其波长范围约为2.5-25微米（对应频率为4000-400厘米^-1）。
在这个范围内，大多数有机化合物的化学键都能产生特征吸收峰，因此常用于定性和定量分析。
3. 远红外区（FIR）：远红外区的波长范围约为25-1000微米（对应频率为400-10厘米^-1），主要涉及分子的整体旋转和低频振动。
这一区域的吸收信息对于研究晶格振动、热性能、晶体结构等方面具有重要意义。
三、红外光谱的应用红外光谱在各个领域都有广泛的应用。
例如，在化学工业中，它可以用于鉴定未知化合物、监控生产过程；在环境科学中，可用于检测大气污染物、水质监测等；在生物学中，可用于研究生物大分子如蛋白质、核酸的结构和功能；在材料科学中，可用于研究新型材料的性质和结构等。
红外光谱
13
水分子——非线性分子
f 3 3 6 3
1 as 3756 cm OH 1 s 3652 cm OH
OH 1595cm 1
14
CO2分子 ——线性分子
f 3 3 5 4
S CO 1388 as CO 2349 CO 667 CO 667
三、红外光谱的吸收强度
四、红外吸收强度及其表示符号
摩尔消光系数(ε)
＞200 75~200 25~75 5~25
强度
很强 强 中等 弱
符号
VS S M W
0~5
很弱
VW
分子振动
一、红外光谱产生的第一个条件
•
当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分 子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的 频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振(转 动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级，分子吸收 红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波 长的光就被物质吸收。所以，红外光谱法实质上 是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转 动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分 析方法。将分子吸收红外光的情况用仪器记录下 来，就得到红外光谱图。红外光谱图通常用波长 (λ)或波数(σ)为横坐标，表示吸收峰的位置，用透 光率(T%)或者吸光度(A)为纵坐标，表示吸收强度
23
第三节
红外分光光谱仪与制样
一、 傅立叶变换红外吸收光谱仪（FT-IR）
光源
迈克尔逊干涉仪
吸收池
干涉图 检测器
傅里叶变换
红外吸收光谱 图
数据处理 仪器控制
二、制样方法
(1) 气体样品: 气态样品 可在玻璃气槽内进行测定， 它的两端粘有红外透光的NaCl或KBr窗片。先将气槽抽 真空，再将试样注入。 (2) 液体和溶液样品(液体池)：液体样品可滴在可
红外光谱
某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型 力常数 峰 位
ห้องสมุดไป่ตู้
－CC－>－C =C－>－C－C－ 15 17 4.5 m 9.5 9.9 6.0 m 4.5 5.6 7.0 m
化学键越强（即键的力常数K越大）,原子折合质量越小，化 学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。
2. 非谐振子
（1）没有偶极矩变化的振动Δμ=0，不产生红外吸收； （2）相同频率的振动吸收重叠，即简并； （3）仪器不能区别频率十分接近的振动，或吸收带 很弱，仪器无法检测； （4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。
产生红外吸收是有条件的.
例如：线性分子CO2，理论上计算其基本振动数为？ 但在红外图谱上，只出现2个基频吸收峰。 具体振动形式：
其所在的位臵一般又称为特征吸收峰。
例：
2800 3000 cm-1
－CH3
特征峰
特征峰
1600 1850 cm-1 －C=O
基频峰与泛频峰
a）基频峰：分子吸收一定频率红外线，振动能级从 基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰 （即υ=0 → 1产生的峰）
基频峰的峰位等于分子的振动频率 基频峰强度大——是红外主要吸收峰
X－H伸缩振动区（X=O，N，C，S）；
三键，累积双键伸缩振动区； 双键伸缩振动区；
(4) 1650 1350 cm-1
X－H弯曲振动区。
(1) X－H伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ） a. －O－H 3650 3200 cm-1 确定醇、酚、酸
在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强吸收；
比较内容 光谱产生
红外吸收光谱 分子的振动和转动能级的跃迁
红外光谱
例：某化合物分子式为C12H24O2，推测结构。
14
解 ：
不饱和度
=
1
+
12
+
1 2
×(0 - 24) = 1
由最强的吸收峰1703 cm-1知此化合物含羰基，与不饱
பைடு நூலகம்
和度为1吻合；
2920 cm-1、2851cm-1处吸收很强，而2956 cm-1、2866
cm-1处吸收较弱，说明-CH2-的数目多于-CH3的数目； 在723cm-1处（相当于720cm-1处）有吸收峰，证明有长
770~735cm-1
810~750cm-1 710~690cm-1 833~810cm-1
尖、强 一取代
强 二取代（邻位）
强 二取代（间位） 中 强 二取代（对位）
10
红外谱图解析
1. 观察特征频率区，找出特征吸收峰，判断苯环、双 键、羰基、三键、羟基、胺基等官能团，以确定所 属化合物的类型。
2. 观察指纹区，进一步确定基团的结合方式。指纹区 对用已知物鉴别未知物十分有用。
主要是：C－C、C－N、C－O等单 键和各种弯曲振动的吸收峰，其特 点是谱带密集、难以辨认。
3
各主要官能团红外光谱的特征吸收峰频率
4000cm-1
650cm-1
3600-3200 NH, OH d, br, s
3300
CC H
strong
2700 -CHO double
2960-2850 -C-H strong
5
-NH2： 与 –OH 相似，游离的 –NH2 在 3300~3500 cm-1，缔合
后吸收峰的位置会降低 100 cm-1，这里要区别几种不同的胺 ： ①伯胺有两个吸收峰，原因在–NH2有两个N-H键，振动有 对称和非对称两种伸缩振动，所以与–OH区别较大，吸收 强度比–OH弱； ②仲胺只有一种振动，吸收峰比 –OH 要尖锐； ③叔胺因 N 上无 H ，所以在此区域无吸收。
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材料分析测试技术一、名词解析：1.红外光谱（Infrared Spectroscopy, IR）是利用试样吸收红外光的特征对物质进行结构鉴定的表征技术。
2.拉曼光谱（Raman Spectroscopy）就是利用光经过试样产生的拉曼散射特征对物质进行结构鉴定的表征技术。
3.Raman位移就是Stokes或Anti-Stokes线频率与入射光频率的差值。
4.核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）是记录处于外磁场中磁核能级之间跃迁的一种技术。
5.化学位移：由于质子所处的化学环境不同，其周围的微磁场自然不同，因此，核磁共振发生时外加的磁场强度并不相同，而是相对有一定的位移，这种吸收峰位置的差距被称为化学位移。
6.凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography, GPC）是一种色谱技术，它用高度多孔性的、非离子型的凝胶小球将溶液中多分散的聚合物逐级分开，配合分子量检测器使用即可得到分子量分布，是目前测定分子量分布最广泛应用的方法。
7.X射线衍射如果试样具有周期性结构（结晶），则X射线被相干散射（相对于入射光，散射光没有波长和相关系的改变），该现象被称为X射线衍射8.漫射X射线衍射如果试样具有不同电子密度的非周期性结构，则X射线被不相干散射（相对于入射光，散射光有波长和相关系的改变），该现象被称为漫射X 射线衍射（简称散射）。
9.热分析（Thermal Analysis, TA）是指在程序控温下测量物质的物化性质与温度关系的一类技术10.热重分析（Thermalgravimetry or Thermalgravimetric analysis, TG or TGA）是在程序控温下测量试样质量对温度的变化。
11.热机械分析（Thermomechanical analysis, TMA）是在程序控温和加载静态载荷（压或拉）下测量样品尺寸对温度的变化。
12.动态热机械分析（Dynamic mechanical thermal analysis, DMTA）或称为动态力学分析（Dynamic mechanical analysis, DMA）是指在程序控温和加载周期变化载荷下测量动态模量、力学损耗等对温度、频率等的变化。
13.应力松弛就是对样品施加阶跃恒定应变，记录应力（或模量）对时间的变化14.流动测试是指对样品施加单向旋转刺激（剪切速率或应力）驱动样品流动，并测量其响应（应力或剪切速率）特征的测试项目。
二、填空题：1.IR谱图解析：1.谱带位置2.谱带宽度3.谱带强度2.理想的谱图应有2~3个强峰接近100 %的吸收，相应的样品厚度约为10~30 μm 左右3.解析NMR谱图要从谱线位置（化学位移）、谱线劈裂和谱线强度三个特征入手。
4.离子源的种类很多，常用的离子源有电子轰击源（Electron Ionization, EI）、化学电离源（Chemical Ionization, CI）、场致电离源（Field Ionization, FI）、基质辅助激光解吸源（Matrix-assisted Laser Desorption Ionization, MALDI）等。
5.质谱在聚合物结构表征中可用于鉴别聚合物、测定端基、分析立体规整性和测定分子量分布等。
6.静态光散射测定重均分子量7.散射中心为小粒子（线团直径小于入射光波长1/20）时，不会产生内干涉，散射光的强度在各个方向上都是相同的.通常在稀溶液中分子量小于105的高分子可视为小粒子。
8.分子量标定的方法有单分散标准样品法和普适标定法等9.光学显微镜的极限分辨率约为0.2微米10.直接透射电子以及透过的弹性或非弹性散射电子用于透射电子显微镜TEM成像。
背景散射电子和二次电子用于扫描电子显微镜SEM成像。
11.TEM制样：用于TEM测试的薄膜试样制备方法有溶液浇注和超薄切片等。
12.用四氧化锇染色的实施方法有溶液浸泡和蒸气熏蒸两种13.SEM制样; 主要的蚀刻方法有溶剂蚀刻、酸蚀刻和等离子蚀刻。
14.AFM的成型模式主要有接触模式、非接触模式和敲击模式（共振模式）三种，15.小角光散射可测定的结构尺寸范围从0.5微米到几十微米。
16.SALS可用于研究聚合物的结晶过程、球晶的大小和形态、球晶的生长速率、球晶的变形、晶粒的取向、共混体系的相分离和嵌段共聚物的微相分离等17.测定X射线衍射的方法主要有两类，一是粉末法，另一是单晶旋转法。
18.SAXS要在1-2o内测定衍射强度或记录衍射花样19.TG在聚合物表征中主要用于热稳定性、热降解（动力学和机理）和增塑剂挥发等20.DMA的测试模式有应力或应变振幅扫描、频率扫描、变温振荡、时间扫描、蠕变和应力松弛等。
21.振幅扫描的主要目的在于获取材料的线性黏弹区。
SAXS能用于研究数纳米到几十纳米的聚合物结构，如晶片尺寸、溶液中聚合物的回转半径、共混物和嵌段共聚物的层片结构等。
三、简答题：1.IR制样方法及影响：薄膜法、溴化钾压片法、晶片负载法样品。
影响：太薄，吸收峰弱，容易被基线噪音所掩盖；反之样品太厚，峰形变宽甚至产生截顶。
2.Raman光谱与IR光谱异同拉曼光谱与红外光谱同属分子振动光谱。
前者中的Raman位移相当于后者中的吸收频率，两种光谱中每条谱带都相应于分子中某官能团的振动。
但要注意，拉曼光谱与红外光谱产生的机制有着本质的区别。
前者是散射光谱，后者是吸收光谱。
前者是由于诱导偶极矩的变化而产生的，后者是由于固有偶极矩的变化而产生的，因此，前者对分子中的非极性基团敏感，而后者对极性基团敏感。
一些对称性较高的基团，极性很小，红外吸收很弱，但在拉曼光谱中却有较强谱带。
总的来说，红外光谱更适合表征聚合物的侧基和端基，而拉曼光谱更多用于研究聚合物的骨架结构。
3.NMR制样： 1. 做NMR测试时，样品必须配成溶液，才能得到高分辨NMR谱。
2聚合物的一些常用溶剂如四氢呋喃等由于均含质子而不能用于NMR的溶液制备，因此，常需要用氘代溶剂3. ，即使采用氘代溶剂，也总有少量氢未被氘代，从而仍有残余质子峰，所以在选用溶剂时，要避免试样的吸收峰与溶剂峰相重合。
4、分子量分布的测定方法：分子量分布的测定方法大致可分为三类：（1）利用高分子溶解度的分子量依赖性，将试样分成分子量不同的级分，从而得到分子量分布，例如沉淀分级、柱上溶解分级和梯度淋洗分级。
（2）利用高分子在溶液中的分子运动性质得到分子量分布，例如超速离心沉降法。
（3）利用高分子颗粒大小的不同得到分子量分布，例如直接用电子显微镜观察和凝胶渗透色谱法。
5、SEC分级原理：色谱柱内装有多孔性填料（凝胶），凝胶的表面遍布各种大小不同的孔洞和通道。
当试样随淋洗溶剂进入柱子后，溶质分子即向多孔性凝胶的内部孔洞扩散。
较小的分子除了能进入大的孔洞外，还能进入较小的孔洞，而较大的分子只能进入较大的孔洞，甚至完全不能进入孔洞而先被洗提，因此，尺寸大的分子先被洗提出来因而淋洗体积较小，而尺寸小的分子后被洗提出来因而淋洗体积较大，分子按尺寸从大到小的次序进行分离。
6、定性分析WAXS图案可得到信息：（i）试样的形态（结晶或非晶）；（ii）结晶的类型；（iii）结晶的大致程度；（iv）晶粒的取向及大致程度。
定量分析WAXS数据可得到信息：（i）晶胞参数；（ii）结晶度；（iii）取向度。
7、DTA/DSC谱图解析的一般规则为：（i）比较尖锐的峰对应于一级相转变（图13-6中的1）、结晶（图13-6中的6）、熔融等（图13-6中的3）；（ii）基线的突变对于玻璃化转变（图13-6中的2）；（iii）宽峰对应于化学反应，如聚合、固化、氧化交联（图13-6中的7）等。
8，染色技术在TEM中衬度是由于结构中存在电子密度差异的结果，但由于多数聚合物是由C、H等低原子序数的元素组成，电子密度差别很小，加上样品很薄，所以聚合物试样的反差很小。
染色可用于增加反差，所谓染色是指给特定的结构引入重原子而改变衬度的方法。
常用的染色剂有四氧化锇、四氧化钌、三氟乙酸汞、磷钨酸、碘、氯磺酸和硫化银等。
其中四氧化锇广泛应用于含不饱和双键的聚合物染色，四、应用图像题1.聚合物定性鉴别，聚异丁烯和聚异戊烯都只有-CH3和-CH2峰，但由于两种峰的质子数目之比不同，所以很容易区别，如图4-11所示。
图4-11 不同聚烯烃的NMR氢谱对于聚异丁烯，2CH3:CH2=6:2，所以-CH3峰高（或面积）是-CH2的三倍。
而对于聚异戊烯，2CH3:2CH2=6:4，所以-CH3峰与-CH2峰之比为3:2。
2.MS应用实例，全氟乙烯和全氟丙烯的共聚物（FEP）透气性低，耐磨损，高抗冲；而聚四氟乙烯却耐疲劳，耐热，耐腐蚀且摩擦系数小。
可是二者外观相近，不容易区分，用热解质谱法则可以加以区别。
上述两种氟塑料的质谱图见图5-13，从图中可以看出FEP的m/e 69 (CF3+)、m/e 119 (C2F5+)、m/e 131 (C3F5+)的相对丰度都比TFE的强。
图3，区别结晶和非晶聚合物非晶聚合物的粉末衍射图是一个弥散环，如图12-8左图所示；而结晶聚合物应有比较明显的衍射环，如图12-8右图所示。
非晶聚合物的粉末衍射强度分布是一个弥散峰，如图12-9左图所示；而结晶聚合物通过有几个比较锐的衍射峰，如图12-9右图所示。
图12-10为聚乙烯的衍射曲线，试判断哪个为高密聚乙烯（HDPE），哪个低密聚乙烯为（LDPE）？4，测定取向度未取向的非晶聚合物的WAXS图是弥散环，如图12-13左图所示；而在取向的非晶聚合物的WAXS图中弥散环退化为弥散斑点，如图12-13右图所示。
未取向的结晶聚合物的WAXS图是衍射环，如图12-14左图所示；而在取向的结晶聚合物的WAXS图中衍射环退化为点，如图12-14右图所示。
,5，DTA/DSC应用及实例DTA/DSC在聚合物表征中主要用于物理转变（结晶、熔融和玻璃化转变等）和化学反应（聚合、固化、交联和氧化等）。
DTA/DSC通常被用于测定玻璃化转变温度和熔点等，还可测定结晶度、反应热，研究结晶动力学、反应动力学等。
结晶度测定6，TMA应用实例TMA在聚合物表征中可用于测定膨胀系数、玻璃化转变温度、软化点、热变形温度、熔点、杨氏模量、蠕变、应力松弛、抗弯强度、剪切模量和溶胀度等。
刺激和响应不一定同步，即存在一定的相位差δ。
对于纯弹性材料，δ=0，即刺激和响应同步；对于纯黏性材料，δ=90o，即响应完全滞后于刺激；对于黏弹性材料，0<δ<90o，即响应存在一定程度上的滞后，如图13-19所示。
蠕变与回复就是先对样品施加一段时间的阶跃应力然后撤去，记录应变（或柔量）对时间的变化，如图14-15所示。