宝石的红外光谱检测30页PPT
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红外光谱谱图分析PPT课件
4. -N＝C＝S n as 1990-2130; -C＝C＝C- n as 1950-1930;
.
22
• 图9
.
23
• 图10
.
24
• 图11
.
25
• 图9a IRtutor1.1 1-heptyne, 1-庚-炔 ,forth P.1 of 4
.
26
• 图10a IRTutor, IRTutor1.1, Heptylcyanide, 庚氰化物, 1st , p.2 of 4
振动频率 770-730（很强）710-690（强） 770-735（很强） 810-750（很强） 710-690 860-800（很强）
900-860（中等） 1,2,4 – 三取代还有820-805吸收带 1,3,5 – 三取代还有860-810 （强）
和730-650（强）吸收带 1,2,3,5 – 四取代还有850-840吸收带
红外光谱谱图分析(1)
.
1
• 一．几个基本概念 • 二．有关基团的特征频率 • 三．影响基团频率位移的因素
1.分子内部结构 2.分子外部环境的影响 3.同位素位移 • 四. 红外与拉曼关系 • 五．近红外 • 六．远红外
.
2
一 几个基本概念
1.红外及拉曼光谱基本原理， 基频
2.特征基团频率与指纹频率 3.基频、倍频、合频和费米
v0
E1
v2
电子能级跃迁
5
4 3 2 1 0
v1
振动能级跃迁
v0
E0
E = hn 其中 h 为普朗克常数 (6.626 × 10-34 焦耳·秒）
n 为频率
.
5
图2
Anti-stokes
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• 图9
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• 图10
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24
• 图11
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• 图9a IRtutor1.1 1-heptyne, 1-庚-炔 ,forth P.1 of 4
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• 图10a IRTutor, IRTutor1.1, Heptylcyanide, 庚氰化物, 1st , p.2 of 4
振动频率 770-730（很强）710-690（强） 770-735（很强） 810-750（很强） 710-690 860-800（很强）
900-860（中等） 1,2,4 – 三取代还有820-805吸收带 1,3,5 – 三取代还有860-810 （强）
和730-650（强）吸收带 1,2,3,5 – 四取代还有850-840吸收带
红外光谱谱图分析(1)
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1
• 一．几个基本概念 • 二．有关基团的特征频率 • 三．影响基团频率位移的因素
1.分子内部结构 2.分子外部环境的影响 3.同位素位移 • 四. 红外与拉曼关系 • 五．近红外 • 六．远红外
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2
一 几个基本概念
1.红外及拉曼光谱基本原理， 基频
2.特征基团频率与指纹频率 3.基频、倍频、合频和费米
v0
E1
v2
电子能级跃迁
5
4 3 2 1 0
v1
振动能级跃迁
v0
E0
E = hn 其中 h 为普朗克常数 (6.626 × 10-34 焦耳·秒）
n 为频率
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图2
Anti-stokes
红外光谱技术在宝石鉴定和研究中的应用ppt课件
平面镜：不同入射角的平面镜、ATR 曲面镜：球面镜、抛物面镜、漫反射镜、积分球镜等
25
反射附件：曲面（右）反射镜、60度角平面（左）反射镜
26
27
反射光谱是弱信号，要求光谱仪要有高的信噪比
28
4-4 反射光谱特点
4-4.1 信息准确可靠
29
4-4.2 反射测量得到的红外光谱形态比较复杂
由于反射光谱测量光的入射角通常大于全反射临界角，检测器实际测 到的并不是纯的反射谱，还叠加有透过谱； 反射光谱还受到物质的折光率影响，可能在强吸收带附近产生折光率 异常色散，光谱发生畸变； 由此引起反射光谱的谱带位置与吸收光谱有差异，使得读谱困难。
包括微量元素、杂质、包裹体等
45
确定宝石中的非化学计量水
46
根据钻石晶体中的杂质氮确定钻类型石
47
确定钻石单晶体中氮的分布状态，判断其形成环境
金刚石中的杂质氮含量变化，图中从中心到边缘，N含量由少到多，呈环带状分布，表明在 金刚石形成过程中N的聚集过程。
据林 淼 48
根据宝石中的杂质矿物（包裹体）确定天然/合成宝石
21
单晶体透过测量在近红外波段能够获得满意的光谱
22
微区测量
23
偏振测量
24
4-3 反射光谱技术
• 特点：
是一种成熟的老技术，近十多年有飞快的发展； 现场/原位测量，需要配备反射附件； 不污染/消耗样品、不需制样； 需要有足够放置样品的空间； 尽可能高的仪器的信噪比。
• 反射附件有许多种，用于不同场合
8
3-2 化学性质
1. 主要元素组成； 2. 微量元素； 3. 杂质元素。
9
微量元素及杂质
From Navon, O. et al (1988)
25
反射附件：曲面（右）反射镜、60度角平面（左）反射镜
26
27
反射光谱是弱信号，要求光谱仪要有高的信噪比
28
4-4 反射光谱特点
4-4.1 信息准确可靠
29
4-4.2 反射测量得到的红外光谱形态比较复杂
由于反射光谱测量光的入射角通常大于全反射临界角，检测器实际测 到的并不是纯的反射谱，还叠加有透过谱； 反射光谱还受到物质的折光率影响，可能在强吸收带附近产生折光率 异常色散，光谱发生畸变； 由此引起反射光谱的谱带位置与吸收光谱有差异，使得读谱困难。
包括微量元素、杂质、包裹体等
45
确定宝石中的非化学计量水
46
根据钻石晶体中的杂质氮确定钻类型石
47
确定钻石单晶体中氮的分布状态，判断其形成环境
金刚石中的杂质氮含量变化，图中从中心到边缘，N含量由少到多，呈环带状分布，表明在 金刚石形成过程中N的聚集过程。
据林 淼 48
根据宝石中的杂质矿物（包裹体）确定天然/合成宝石
21
单晶体透过测量在近红外波段能够获得满意的光谱
22
微区测量
23
偏振测量
24
4-3 反射光谱技术
• 特点：
是一种成熟的老技术，近十多年有飞快的发展； 现场/原位测量，需要配备反射附件； 不污染/消耗样品、不需制样； 需要有足够放置样品的空间； 尽可能高的仪器的信噪比。
• 反射附件有许多种，用于不同场合
8
3-2 化学性质
1. 主要元素组成； 2. 微量元素； 3. 杂质元素。
9
微量元素及杂质
From Navon, O. et al (1988)
红外光谱谱图解析Ppt讲课文档
（1）两类基本振动形式
伸缩振动 亚甲基：
变形振动
亚甲基
202222//44//1133
第六页，共六十九页。
甲基的振动形式
伸缩振动 甲基：
对称
υs(CH3) 2870 ㎝-1
不对称
υas(CH3) 2960㎝-1
变形振动 甲基
202222//44//1133
对称δs(CH3)1380㎝-1
不对称δas(CH3)1460㎝-1
202222//44//1133
第四页，共六十九页。
２、为什么红外光谱图纵坐标的范围为4000~400 cm-1？
红外光波波长位于可见光波和微波波长之间0.75~1000μm（1μm=10-4 cm）范围。
0.75~2.5μm为近红外区 2.5~25μm为中红外区
25~1000μm为远红外区 2.5~15.4μm的中红外区应用最广
202222//44//1133
第二页，共六十九页。
一、认识红外光谱图
202222//44//1133
第三页，共六十九页。
1、红外光谱图
峰强：Vs（Very strong）：很
强；s（strong）：强；
m（medium）：中强；
w（weak）：弱。
峰形：表示形状的为宽峰、尖峰、肩峰
、双峰等类型
常见的标准红外光谱图集有Sadtler红外谱图集、Coblentz学会 谱图集、API光谱图集、DMS光谱图集。
202222//44//1133
第十四页，共六十九页。
1、红外光谱信息区
常见的有机化合物基团频率出现的范围：4000 670 cm-1
依据基团的振动形式，分为四个区：
(1)4000 2500 cm-1 X—H伸缩振动区（X=O，N，C，S）
伸缩振动 亚甲基：
变形振动
亚甲基
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第六页，共六十九页。
甲基的振动形式
伸缩振动 甲基：
对称
υs(CH3) 2870 ㎝-1
不对称
υas(CH3) 2960㎝-1
变形振动 甲基
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对称δs(CH3)1380㎝-1
不对称δas(CH3)1460㎝-1
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第四页，共六十九页。
２、为什么红外光谱图纵坐标的范围为4000~400 cm-1？
红外光波波长位于可见光波和微波波长之间0.75~1000μm（1μm=10-4 cm）范围。
0.75~2.5μm为近红外区 2.5~25μm为中红外区
25~1000μm为远红外区 2.5~15.4μm的中红外区应用最广
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第二页，共六十九页。
一、认识红外光谱图
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第三页，共六十九页。
1、红外光谱图
峰强：Vs（Very strong）：很
强；s（strong）：强；
m（medium）：中强；
w（weak）：弱。
峰形：表示形状的为宽峰、尖峰、肩峰
、双峰等类型
常见的标准红外光谱图集有Sadtler红外谱图集、Coblentz学会 谱图集、API光谱图集、DMS光谱图集。
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第十四页，共六十九页。
1、红外光谱信息区
常见的有机化合物基团频率出现的范围：4000 670 cm-1
依据基团的振动形式，分为四个区：
(1)4000 2500 cm-1 X—H伸缩振动区（X=O，N，C，S）
红外光谱分析全解课堂PPT
红外分光光度计测量分辨率主要决定于狭缝的宽 度，光谱狭缝宽度愈小，仪器的分辨率愈好。所以为 提高仪器的分辨率，应尽可能使狭缝的宽度小。
29
图4-16是聚苯乙烯膜C—H伸缩振动吸收区分辨率与狭 缝宽度的关系。由于狭缝宽不仅分辨率降低，而且谱带形 状和强度也发生变化。
30
2．测量准确度 指仪器记录的样品真实透过度的准确程度。影响测
由于检测器产生的信号很微小，因此，必须将信 号放大，才能记录成红外光谱。
28
三、红外分光光度计的操作性能及影响因素
1．分辨率 分辨率是仪器的重要性能之一，它表示仪器分开
相邻光谱波数（或波长）的能力。普通红外分光光度 计的分辨率至少应为2cm-1或1cm-1，更精密的仪器， 如付里叶变换光谱仪的分辨率可达到0.1cm-1，甚至 更小。
振动光谱分类
定义： 所谓振动光谱是指物质由于吸收了能量而引
起其分子或原子内部基团振动的能量改变所产生 的光谱。 分类：
主要包括红外吸收光谱和激光拉曼光谱。 如果用的光源是红外光谱范围，即0.781000µm，就是红外吸收光谱。如果用的是强单色 光，例如激光，产生的是激光拉曼光谱。
1
第一节 红外光谱的基本原理
9
（5）谱带的划分：
10
11
高岭石{Al4[Si4O10](OH)8 }红外吸收光谱
透过率/%
80 70 60 50 40 30 20 10
0 -10
4000
3500
3000
2500
2000
波 数/cm-1
1500
1000
80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 500
12
三、红外光谱产生的原理
光源 单色器 检测器 电子放大器 记录系统
29
图4-16是聚苯乙烯膜C—H伸缩振动吸收区分辨率与狭 缝宽度的关系。由于狭缝宽不仅分辨率降低，而且谱带形 状和强度也发生变化。
30
2．测量准确度 指仪器记录的样品真实透过度的准确程度。影响测
由于检测器产生的信号很微小，因此，必须将信 号放大，才能记录成红外光谱。
28
三、红外分光光度计的操作性能及影响因素
1．分辨率 分辨率是仪器的重要性能之一，它表示仪器分开
相邻光谱波数（或波长）的能力。普通红外分光光度 计的分辨率至少应为2cm-1或1cm-1，更精密的仪器， 如付里叶变换光谱仪的分辨率可达到0.1cm-1，甚至 更小。
振动光谱分类
定义： 所谓振动光谱是指物质由于吸收了能量而引
起其分子或原子内部基团振动的能量改变所产生 的光谱。 分类：
主要包括红外吸收光谱和激光拉曼光谱。 如果用的光源是红外光谱范围，即0.781000µm，就是红外吸收光谱。如果用的是强单色 光，例如激光，产生的是激光拉曼光谱。
1
第一节 红外光谱的基本原理
9
（5）谱带的划分：
10
11
高岭石{Al4[Si4O10](OH)8 }红外吸收光谱
透过率/%
80 70 60 50 40 30 20 10
0 -10
4000
3500
3000
2500
2000
波 数/cm-1
1500
1000
80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 500
12
三、红外光谱产生的原理
光源 单色器 检测器 电子放大器 记录系统
红外光谱课件 PPT
• 依据基团得振动频率主要取决于组成基团得原子种 类,常见元素:C、H、N、O、 P、 S、F、Cl、Br、 Na等;
• 将红外光谱划分四个区。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
1、基本振动频率 σ 1 K 2C
• 依据基团振动频率与化学键力常数得关系规律,表
中数据说明:μ相同得基团,K ↓, σ ↓。
单键区(指纹区)得特点
• 单键区由于下述原因使其吸收峰多而复杂:
–由大量存在得有机化合物基本骨架C-C单键产生 得吸收峰;
–由于N、O原子量与C相差小,使C-O、C-N与C-C得 伸缩振动峰很难区别;
–由于C-H、N-H、O-H得弯曲振动也在该区域,使 其增加了复杂性;
–由于C与N就是多价元素,增加了其复杂性。
共轭效应
当两个或更多双键共轭时,因π电子离域↑,即共 轭体系中电子云密度平均化,使双键性↓,K ↓ ,其 基团↓,仍以羰基C=O为例。
O H3CCCH3
O C CH3
1715cm -1 1685cm -1
O
O
C CH3
C
1685cm -1 1660cm -1
共轭体系中得单键特点:K ↑ ,振动 ↑ 例:酚与脂肪醇:为什么酚C-O >醇C-O ？
OH
Ｏ与苯环共轭,
使C-O 键K ↑,C-O ↑
1230～1200 cm-1 。
CH2CH2 C O H
C-O 在1150～1050 cm-1
-I与+M共存时,应考虑主导效应
• 以酰胺为例:-I无法解释c=o↓ ,酰胺主导效应就是+M,结果 c=o↓ , c=o在1689 cm-1左右。N-H变成＝N-H键,键长缩短, =N-H反而↑。
• 将红外光谱划分四个区。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
1、基本振动频率 σ 1 K 2C
• 依据基团振动频率与化学键力常数得关系规律,表
中数据说明:μ相同得基团,K ↓, σ ↓。
单键区(指纹区)得特点
• 单键区由于下述原因使其吸收峰多而复杂:
–由大量存在得有机化合物基本骨架C-C单键产生 得吸收峰;
–由于N、O原子量与C相差小,使C-O、C-N与C-C得 伸缩振动峰很难区别;
–由于C-H、N-H、O-H得弯曲振动也在该区域,使 其增加了复杂性;
–由于C与N就是多价元素,增加了其复杂性。
共轭效应
当两个或更多双键共轭时,因π电子离域↑,即共 轭体系中电子云密度平均化,使双键性↓,K ↓ ,其 基团↓,仍以羰基C=O为例。
O H3CCCH3
O C CH3
1715cm -1 1685cm -1
O
O
C CH3
C
1685cm -1 1660cm -1
共轭体系中得单键特点:K ↑ ,振动 ↑ 例:酚与脂肪醇:为什么酚C-O >醇C-O ？
OH
Ｏ与苯环共轭,
使C-O 键K ↑,C-O ↑
1230～1200 cm-1 。
CH2CH2 C O H
C-O 在1150～1050 cm-1
-I与+M共存时,应考虑主导效应
• 以酰胺为例:-I无法解释c=o↓ ,酰胺主导效应就是+M,结果 c=o↓ , c=o在1689 cm-1左右。N-H变成＝N-H键,键长缩短, =N-H反而↑。
红外光谱检测PPT(完整版)
s s s s
二峰约相隔60cm-1
二聚体（单体：1760cm-1） 二聚体（单体：1700～ 1680cm-1）
(5).区域Ⅵ（1680～1500cm-1）是双键伸缩振动区。
双键类型
C＝C C＝N N＝O
波数
1680～1620 1690～1640 1680～1610
峰强度
可变 可变 可变
苯环的骨架振动: 1600,1580,1500, 1450
又如用同位素D取代H，这时的k大小改变不大，而D（氘）的质量是 H的2倍，所以μ的改变很大，比较C－H键的伸缩振动频率如下：
C－H（～3000cm-1）>
C－D(2600cm-1)，
C－D峰的吸收频率的明显改变，使它们的红外分析比较容易进行， 可以应用在有机合成化学上。
2．振动类型 1）伸缩振动：又分为对称和不对称伸缩振动。对称伸缩振
(4)热峰来源于跃迁时低能级不是基态的一些吸收峰。频率比相应的 基频低一些，一般使基频峰变宽，很少能单独观察到。
第二节 红外光谱的产生原理
红外光使样品产生的是振动能级与转动能级的跃迁。由于每个振动 能级的变化都伴随许多转动能级的变化，因此红外光谱也是带状光谱。 分子在振动和转动过程中只有伴随净的偶极矩变化的键才有红外活性。 因为分子振动伴随偶极矩改变时，分子内电荷分布变化会产生交变电场 ，当其频率与入射辐射电磁波频率相等时才会产生红外吸收。因此，除 少数同核双原子分子如O2，N2，Cl2等无红外吸收外，大多数分子都有红 外活性。 1．振动频率
(6).区域Ⅶ（δC－H（面内）1475～1300cm-1）与区域ⅧδC－H（面外)) 1000～650cm-1），该区域也称为指纹区。在指纹区有些峰可用来判别 官能团：
二峰约相隔60cm-1
二聚体（单体：1760cm-1） 二聚体（单体：1700～ 1680cm-1）
(5).区域Ⅵ（1680～1500cm-1）是双键伸缩振动区。
双键类型
C＝C C＝N N＝O
波数
1680～1620 1690～1640 1680～1610
峰强度
可变 可变 可变
苯环的骨架振动: 1600,1580,1500, 1450
又如用同位素D取代H，这时的k大小改变不大，而D（氘）的质量是 H的2倍，所以μ的改变很大，比较C－H键的伸缩振动频率如下：
C－H（～3000cm-1）>
C－D(2600cm-1)，
C－D峰的吸收频率的明显改变，使它们的红外分析比较容易进行， 可以应用在有机合成化学上。
2．振动类型 1）伸缩振动：又分为对称和不对称伸缩振动。对称伸缩振
(4)热峰来源于跃迁时低能级不是基态的一些吸收峰。频率比相应的 基频低一些，一般使基频峰变宽，很少能单独观察到。
第二节 红外光谱的产生原理
红外光使样品产生的是振动能级与转动能级的跃迁。由于每个振动 能级的变化都伴随许多转动能级的变化，因此红外光谱也是带状光谱。 分子在振动和转动过程中只有伴随净的偶极矩变化的键才有红外活性。 因为分子振动伴随偶极矩改变时，分子内电荷分布变化会产生交变电场 ，当其频率与入射辐射电磁波频率相等时才会产生红外吸收。因此，除 少数同核双原子分子如O2，N2，Cl2等无红外吸收外，大多数分子都有红 外活性。 1．振动频率
(6).区域Ⅶ（δC－H（面内）1475～1300cm-1）与区域ⅧδC－H（面外)) 1000～650cm-1），该区域也称为指纹区。在指纹区有些峰可用来判别 官能团：
红外光谱 ppt课件
饱和醛(酮)1740-1720 cm-1 ；强、尖；不饱和向低波移动；
ppt课件
29
酸酐的C=O
双吸收峰：1820～1750 cm-1 ，两个羰基振动偶合裂分； 线性酸酐：两吸收峰高度接近，高波数峰稍强；
环形结构：低波数峰强；
羧酸的C=O
1820ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1750 cm-1 ， 氢键，二分子缔合体；
22:21:44
22:21:44
ppt课件
22
常见的有机化合物基团频率出现的范围：4000 670 cm-1 依据基团的振动形式，分为四个区： (1)4000 2500 cm-1 X—H伸缩振动区（X=O，N，C，S） (2)2500 1900 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区
(3)1900 1200 cm-1 双键伸缩振动区 (4)1200 670 cm-1 X—Y伸缩， X—H变形振动区
ppt课件
30
4. X—Y，X—H 变形振动区 < 1650 cm-1
指纹区(1350 650 cm-1 ) ,较复杂。 C-H，N-H的变形振动； C-O，C-X的伸缩振动； C-C骨架振动等。精细结构的区分。 顺、反结构区分；
ppt课件
31
基团吸收带数据
特 征 吸 收 带 （ 伸 缩 振 动 ） 指 纹 吸 收 带 含 氢 化 学 键 伸 缩 振 动 变 形 振 动 活 泼 氢 不 饱 和 氢 饱 和 氢 三 键 双 键
H H H
C
H
-1 2 7 2 0 cm
C
（CH3）1460 cm-1，1375 cm-1。 （CH3）2930 cm-1，2850cm-1。
ppt课件
21
与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键振动频率——基团 特征频率（特征峰）； 例： 2800 3000 cm-1 —CH3 特征峰； 1600 1850 cm-1 — C=O 特征峰； 基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化： —CH2—CO—CH2— —CH2—CO—O— —CH2—CO—NH— 1715 cm-1 1735 cm-1 1680 cm-1 酮 酯 酰胺