红外分光光度法

红外光谱法

红外光谱法又称“红外分光光度分析法”。简称“IR”,分子吸收光谱的一种。利用物质对红外光区的电磁辐射的选择性吸收来进行结构分析及对各种吸收红外光的化合物的定性和定量分析的一法。

红外光谱法的一般特点

特征性强、测定快速、不破坏试样、试样用量少、操作简便、能分析各种状态的试样、分析灵敏度较低、定量分析误差较大。

红外光谱法的应用

1.定性分析和结构分析

红外光谱具有鲜明的特征性，其谱带的数目、位置、形状和强度都随化合物不同而各不相同。因此，红外光谱法是定性鉴定和结构分析的有力工具

2.定量分析

红外光谱法对试样的要求

红外光谱的试样可以是液体、固体或气体，一般应要求：

（1）试样应该是单一组份的纯物质，纯度应>98%或符合商业规格才便于与纯物质的标准光谱进行对照。多组份试样应在测定前尽量预先用分馏、萃取、重结晶或色谱法进行分离提纯，否则各组份光谱相互重叠，难于判断。

（2）试样中不应含有游离水。水本身有红外吸收，会严重干扰样品谱，而且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。

目前主要有两类红外光谱仪：色散型红外光谱仪和傅立叶变换红外光谱仪。

一、色散型红外光谱仪

1 . 光源

红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体，同电加热使之发射高强度的连续红外辐射。常用的是Nernst灯或硅碳棒。Nernst灯是用氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结而成的中空棒和实心棒。工作温度约为1700℃，在此高温下导电并发射红外线。但在室温下是非导体，因此，在工作之前要预热。它的特点是发射强度高，使用寿命长，稳定性较好。缺点是价格地硅碳棒贵，机械强度差，操

作不如硅碳棒方便。硅碳棒是由碳化硅烧结而成，工作温度在1200-1500℃。

2 . 吸收池

因玻璃、石英等材料不能透过红外光，红外吸收池要用可透过红外光的NaCl、KBr、CsI、KRS-5（TlI 58%，TlBr42%）等材料制成窗片。用NaCl、KBr、CsI等材料制成的窗片需注意防潮。

固体试样常与纯KBr混匀压片，然后直接进行测定。

3 . 单色器

单色器由色散元件、准直镜和狭缝构成。

色散元件常用复制的闪耀光栅。由于闪耀光栅存在次级光谱的干扰，因此，需要将光栅和用来分离次光谱的滤光器或前置棱镜结合起来使用。

4 . 检测器

常用的红外检测器有高真空热电偶、热释电检测器及碲镉汞检测器。

1.高真空热电偶是利用不同导体构成回路时温差电现象，将温差转变为电位差。

2.热释电检测器是利用硫酸三苷肽的单晶片作为检测元件。

5. 记录系统

二、Fou rier变换红外光谱仪（FTIR）

主要部件有：光源、样品池、单色器、检测器、放大记录系统

1.光源——能够发射高强度连续红外辐射的物质，通常采用惰性固体作光源，如（1）能斯特灯—由锆、钇、铈或钍的氧化物。特点是发射强度大，尤其在高于1000mm的区域稳定性较好，但机械强度较差，价格较贵。（2）硅碳棒—由碳化硅烧结而成特点：在低波数区发射较强，波数范围宽，400~4000mm；坚固、寿命长，发光面积大

用的较多

2.吸收池

红外吸收池窗口，一般用一些盐类的单晶制作：如KBr或NaCl等（它们极易吸湿，吸湿后会引起吸收池窗口模糊。要求恒湿环境。可测定固、液、气态样品。

3.单色器

单色器的作用是把通过样品池和参比池的复合光色散成单色光，再射到检测器上加以检测

光栅——光栅单色器不仅对恒温恒湿要求不高，而且具有线性色散，分辨率高和能量损失小等优点。

棱镜——早期的红外光谱仪使用一些能透过红外光的无机盐如NaCl、KBr等晶体制作棱镜；易吸湿，需恒温、恒湿；近年来已被淘汰。

4.检测器:检测器的作用是将照射在它上面的红外光变成电信号。红外区光子能量低，不能使用紫外可见吸收光谱仪上的光电管或光电倍增管。常用的红外检测器有三种：真空热电偶、测辐射热计、热电检测器

5.记录器

由检测器产生的微弱电信号经电子放大器放大后，由记录笔自动记录下来新型的仪器配有微处理机以控制仪器操作、谱图检查等

2.Fourier变换红外光谱仪的特点：

（1）扫描速度极快

Fourier变换仪器是在整扫描时间内同时测定所有频率的信

息，一般只要1s左右即可。因此，它可用于测定不稳定物质的红外

光谱。而色散型红外光谱仪，在任何一瞬间只能观测一个很窄的频

率范围，一次完整扫描通常需要8、15、30s等。

（2）具有很高的分辨率

通常Fourier变换红外光谱仪分辨率达0.1~0.005 cm-1，而一

般棱镜型的仪器分辨率在1000 cm-1处有3 cm-1 ，光栅型红外光谱

仪分辨率也只有0.2cm-1 。

（3）灵敏度高

因Fourier变换红外光谱仪不用狭缝和单色器，反射镜面又

大，故能量损失小，到达检测器的能量大，可检测10-8g数量级的样

品。除此之外，还有光谱范围宽（1000~10 cm-1 ）；测量精度高，

重复性可达0.1%；杂散光干扰小；样品不受因红外聚焦而产生的热

效应的影响；特别适合于与气相色谱联机或研究化学反应机理等。

红外光谱制样的方法

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 . 液体和溶液试样

（1）液体池法

沸点较低，挥发性较大的试样，可注入封闭液体池中，液层厚

度一般为0.01~1mm。

（2）液膜法

沸点较高的试样，直接直接滴在两片盐片之间，形成液膜。