红外分光光度法
红外分光光度法
第十四章
答：C－H键的振动频率为3030cm-1。
第二节 基本原理
第十四章
由于有机化合物的结构不同，化学键连接 的两原子折合质量和化学键的力常数各不相同， 就会出现不同的吸收频率，因此，不同的化合 物各有其特征的红外光谱。
第二节 基本原理
第十四章
2.多原子分子的振动
伸缩振动
第二节 基本原理
自由度。 所以 非线性分子的振动自由度＝3N-3-3=3N-6
线性分子的振动自由度＝3N-3-2=3N-5
第二节 基本原理
第十四章
如H2O的振动自由度等于 3×3－6＝3
水的红外光谱图
第二节 基本原理
第十四章
(四)吸收峰的类型
基频：振动能级由基态跃迁到第一激发态时产生的 吸收峰称为基频峰，相应的频率称为基频。
第二节 基本原理
第十四章
分子振动的自由度
N个原子组成分子。
有3N个独立运动＝平动数＋振动数＋转动数
N个原子中每个原子都能向X，Y，Z三
个坐标方向独立运动。
即N个原子有3N个独立运动。
Z
3个平动自由度
y X
第二节 基本原理
第十四章
转动：非线性：3个转动自由度 线 性：2个转动自由度，键轴为轴的转 动原子的位置没有改变。不形成转动的
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。
第二节 基本原理
第十四章
IR谱带的强度用 s(strong，强)、m(middle，中等)、 w(weak，弱)、vw(very weak，极弱) 表示。
第二节 基本原理
第十四章
红外分光光度法培训
在透射光谱分析法中，红外光通过样品后，被检测器测量透 射光强度。通过分析透射光强度与波长的关系，可以确定样 品中分子的结构和组成。透射光谱分析法适用于固体、液体 和气体样品的测定。
反射光谱分析法
总结词
反射光谱分析法是通过测量反射光强度来分析物质的方法。
详细描述
在反射光谱分析法中，红外光照射到样品表面后，被反射回来并被检测器测量。 通过分析反射光强度与波长的关系，可以确定样品表面的分子结构和组成。反 射光谱分析法特别适用于固体样品的测定。
表格或图表形式。
实验数据解析
解析一
谱图分析：对测量的红外光谱图进行 分析，识别特征峰对应的官能团或分 子结构。
解析二
定量分析：根据谱图中的特征峰强度， 对样品中目标成分的含量进行定量分 析。
解析三
结构推断：结合已知的红外光谱数据 和理论知识，推断样品中可能存在的 官能团或分子结构。
解析四
误差分析：对测量结果进行误差分析， 评估测量结果的可靠性和准确性。
用于检测环境中的污染物和有 毒物质，评估环境质量和安全。
02 红外分光光度计的组成与 操作
红外分光光度计的组成
01
02
03
04
光源
发射特定波长的红外光，为样 品提供能量。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ干涉仪
将光源发出的红外光分成两束 ，分别经过动镜和静镜反射后
再重新组合，形成干涉。
检测器
检测干涉后的红外光强度，并 将其转换为电信号。
红外分光光度法的应用领域
无机化学
用于分析无机化合物的组成和 结构，如矿物、陶瓷、玻璃等。
医学
用于检测人体内的生物分子和 药物代谢产物，辅助疾病诊断 和治疗。
红外吸收分光光度法
01 红外吸收分光光度法简介
定义与原理
定义
红外吸收分光光度法是一种基于物质吸收红外辐射的特性进行物质分析的方法。
原理
当特定波长的红外光通过物质时，物质分子会吸收特定波长的光，导致光强减弱。通过测量不同波长 下的光强衰减程度，可以确定物质分子中特定化学键的振动频率，从而推断出物质的成分和含量。
结构推断
结合已知的化学知识和光 谱特征，推断分子的可能 结构。
04 实验误差与质量控制
误差来源
仪器误差
仪器本身的性能差异、老化或维护不 当，可能导致测量结果偏离真实值。
环境因素
实验环境中的温度、湿度、气压等变 化可能影响仪器的性能和测量结果。
操作误差
实验操作过程中，由于人为因素导致 的误差，如样品处理不当、仪器参数 设置错误等。
数据处理
对实验数据进行处理和分析， 绘制红外光谱图。
实验注意事项
样品纯度
确保待测样品的纯度，以避免杂质干扰实验 结果。
光路清洁
定期清洁光路系统，确保实验过程中无灰尘 和杂散光干扰。
温度控制
保持实验室内温度的恒定，以减小温度变化 对实验结果的影响。
数据处理严谨
对实验数据进行严谨的数据处理和分析，确 保结果的准确性和可靠性。
样品不均匀
样品本身的不均匀性可能导致测量结 果的不准确。
质量控制方法
校准
环境控制
定期对仪器进行校准，确保仪器性能稳定 ，测量结果准确。
保持实验室内恒定的温度、湿度和气压， 以减少环境因素对测量结果的影响。
操作规范
样品处理
制定详细的操作规程，规范实验操作过程 ，减少人为误差。
红外分光光度法
31
红外活性振动： 偶极矩发生变化的振动
产生红外吸收 红外非活性振动：偶极矩不发生变化的振动 不产生红外吸收
N2、O2、Cl2、H2 没有红外活性 。
＋
－
CO2
+ -
qr q 0 0 0
qr＞0 0
32
2.吸收峰峰数
苯的振动自由度=3*12-6=30，但实际观 察到的红外吸收峰数目并不等于分子振动 自由度即基本振动数，其主要原因是：
19
分子总自由度等于该分子中各原子在空间 坐标的总和。在空间确定一原子的位置需三个 坐标(x.y.z)，故一原子有三个自由度.含N个 原子的分子总自由度为3N, 而分子作为一个整 体,其运动状态可分为平动、转动,、振动三类. 分子总自由度应该等于平动、转动和振动自由 度的总和，即: f总＝f振+f平+f转＝3N f振＝3N －f平－f转 振动自由度 基本振动数目 基频峰峰数
1
分子振动
E1 υ 32 v υ2 1 v
v υ 10
3 2 1 0 43 32 21 10
4 3 2 1
J J J
43 32 21 10 43 32 21 10
E0
分子振动吸收光谱
J
分子转动吸收光谱
2
红外光谱通常是指中红外吸收光谱, 由振 动能级跃迁产生，同时伴随转动能级的变化。 二、红外吸收光谱的表示方法
图6-1 聚苯乙烯薄膜的红外光栅光谱（T-σ曲线）
3
10 4 1 (cm ) ( m)
4
三、IR与UV的区别 IR 起源 分子振动能级伴随 转动能级跃迁 适用 所有有机化合物 UV 分子外层价电子能级 跃迁 具n-π*、π-π*跃迁 有机化合物 特征性光谱复杂，特征性强 光谱简单、特征性不强 用途 鉴定化合物类别 定量 鉴定官能团 推测有机化合物共轭骨架 推测结构
红外分光光度法
• 为了增加吸收峰强度，提高测试店噪比，现代 ATR附件采用增加全反射次数来使吸收谱带增 强．这就是多重衰减全反射
衰减全反射傅里叶变换红外光谱技术
• 谱学特点 （1）不破坏样品，不需要象透射红外光谱那样要将样品进
应用实例
• ATR红外光谱技术在药品包装材料检测中的 应用
方法：分别采用衰减全反射(ATR)红外光谱 法、透射光谱薄膜法等对药品包装材料材 质进行定性分析
• 高密度聚乙烯瓶（含遮光剂，且瓶壁较厚）
透射法：取样品适量敷于微热的的溴化钾晶片上， 照分光光度法《中国药典》测定。
全反射法：从瓶体上直接剪取少许样品，置于晶 体上，直接进行摄谱
红外分光光度法
• 一、红外分光光度法概述 • 二、图谱解析 • 三、样品的制备方法 • 四、近代红外光谱技术的发展
一、红外分光光度法概述
红外分光光度法：利用物质对红外光区电 磁辐射的选择性吸收的特性来进行结构分 析、定性和定量的分析方法，又称红外吸 收光谱法
红外线区划
区域 近红外区 中红外区 远红外区
• 倍频峰中，二倍频可经常观测到，三倍及三倍以 上，跃迁几率小，一般都很弱，常观测不到。
二、图谱解析
• 基频峰分布
σ ：波数 K ：键的力常数 u ：折合质量
u Ma•Mb MaMb
1 2
K u
• 基频峰分布
• （1）折合质量越小，伸缩频率越高。因此，含氢 官能团的伸缩振动，出现在中红外光谱的高频区。
• PA／PE双层复合膜 该复合膜为透明材质，故直接剪取样品少 许，以透射光谱直接摄谱
采用ATR红外光谱技术，从该PA／PE双层
红外分光光度法课件
红外分光光度法课件
二、红外光谱图 T-或T-曲线
波数：cm-1，线性波数表示法
透 射 比
波长、波数
红外分光光度法课件
波长：m，线性波长表示法
（cm-1)=104/ (m)
红外分光光度法课件
第二节 红外吸收基本理论
一、分子的振动
分子简谐振动方程式
红外分光光度法课件
HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science
2、只有能使偶极矩发生变化的振动才能吸收红外 辐射。
红外分光光度法课件
红外活性与非红外活性
• 不对称极性分子，正负电荷中心不重合，当发 生振动时，偶极矩发生有规则的波动，产生的 振动电磁场，与红外辐射的电磁场发生相互作 用，如果二者频率相同，则红外辐射被吸收， 发生振动能级跃迁——红外活性
• 非极性的同核分子的正负电荷中心重合，原子 振动不能引起偶极矩的改变——非红外活性
红外分光光度法课件
化学键两端所连接的原子电负性差别越大， 分子的对称性越差，振动时偶极矩的变化就 越大，吸收就越强。
伸缩振动的吸收强于弯曲振动，非对称振动 的吸收强于对称振动。
红外分光光度法课件
极性较强的基团（如C=O，C-X等）振动， 吸收强度较大； 极性较弱的基团（如C=C、 C-H、C=N等） 振动，吸收较弱。
< 1
极弱（vw）
红外分光光度法课件
三、基团振动与红外光谱区域
• 基频区（特征区或官能团区）4000-1350cm-1
• 化学键和基团的特征振动频率区，吸收光谱反 映分子中特征基团的振动，特征吸收峰可作为 鉴定基团的依据。
红外分光光度法
二、核磁共振基本原理
自旋量子数I≠0旳原子核具有自旋现象，称自旋核。
氢原子核旳自旋量子数I=1/2，可看成电荷均匀分布旳球体， 绕自旋轴转动时，产生磁场，类似一种小磁铁。
当氢原子核置于外加磁场B0中时，相对于外加磁场，可有 （2I+1）种取向。氢核I=1/2，故有两种取向（两个能级）：
（1）与外磁场平行，能量稍低，磁量子数m=+1/2
1385cm1和
1375cm1双峰
s C
(CH3
不等强度裂分为
)3
1395cm1和
1365cm1双峰
3. C-C骨架振动
CC 1250 ~ 1140cm（1 弱 中）
（二）烯烃 1．C-H振动
CH 3100 ~ 3000cm（1 弱 中强） CH 1010 ~ 650cm（1 强）
CCH (顺式） ~ 960cm（1 中 强）
实际上氢核周围有运动旳电子，在外磁场作用下，运动旳电 子产生相对于外磁场方向旳感应磁场，起到屏蔽作用，使氢核
实际受外磁场作用减小 即：B=(1 )B0
式中：σ为屏蔽常数，σ越大，屏蔽效应越大。
所以，共振条件修正为： =[ B0 / 2 ] (1 )
因为屏蔽作用旳存在，氢核产生共振需更大旳外磁场强度， 来抵消屏蔽影响
C
（芳环）
C
~
1600
，~
1580，~ 1500
和
~
1450cm（1 四峰）
Hale Waihona Puke 、醇、酚、醚（一）醇、酚1．O-H伸缩振动： OH 3650 ~ 3200cm（1 强） O（H 游离）3650 ~ 3600cm（1 较强 变，锐峰） O（H 缔合）3500 ~ 3200cm（1 强 中强，宽、钝峰）
仪器分析红外分光光度法
红外分光光度法的优势与局限性
优势
红外光谱具有高灵敏度、高分辨率和 无损检测等优点，能够提供丰富的化 学结构信息，有助于快速准确地鉴定 和鉴别物质。
局限性
对于一些低浓度的物质，可能需要较 高的检测限；另外，对于一些复杂的 样品或未知物，解析红外光谱可能会 比较困难，需要结合其他分析方法进 行综合判断。
01
采用棱镜作为分束器，能够提供高分辨率和高精度的光谱数据，
但体积较大。
傅里叶变换型红外分光光度计
02
采用干涉仪作为分束器，能够快速扫描并获得连续光谱数据，
具有高灵敏度和高分辨率，体积较小。
光栅型红外分光光度计
03
采用光栅作为分束器，能够提供高精度的光谱数据，但扫描速
度较慢。
04
实验操作流程与注意事项
红外分光光度法的应用领域
有机化合物分析
生物样品分析
红外光谱能够提供有机化合物的官能 团、化学键和分子结构等信息，广泛 应用于有机化合物的定性和定量分析。
在生物领域，红外光谱可以用于研究 生物大分子的结构和功能，如蛋白质、 核酸等。
无机物分析
对于一些无机物，如矿物、金属氧化 物等，红外光谱也可以提供有关其结 构和组成的信息。
数据处理与分析
05 对记录的数据进行处理和分析
，计算样品的浓度、含量等参 数。
结果报告
06 整理实验数据，撰写实验报告
，将结果报告给相关人员。
实验注意事项
样品纯度
仪器保养
操作规范
确保待测样品的纯度， 以减小误差。
定期对仪器进行保养和 维护，确保其正常运转。
严格遵守操作规程，避 免因操作不当导致实验
仪器分析红外分光光度法
• 红外分光光度法简介 • 仪器分析在红外分光光度法中的作用 • 红外分光光度计的组成与工作原理 • 实验操作流程与注意事项 • 案例分析
红外分光光度法
二、振动形式
2）面外弯曲γ：弯曲振动垂直几个原子构成的平面 A：面外摇摆振动 ω：两个X 原子同时向面下或面上的振动
B：蜷曲振动 τ：一个X原子在面上，一个X原子在面下的振动
二、振动形式
3、变形振动
1）对称的变形振动δs：三个AX键与轴线的夹角同时变大 或缩小。形如花瓣开、闭的振动。
区
波数：13158—4000cm-1
中红外区：2.5—25μm
振动、伴随转动光谱
波数：4000—400cm-1
远红外区：25—1000μm 纯转动光谱
波数：400—10cm-1
二、红外光谱的表示方法
T~λ 曲线 →前密后疏 波长等距
T ~σ 曲线→ 前疏后密 波数等距
“谷”是IR中的吸收峰
三、红外光谱与紫外光谱的区别
定量（准确）
结构研究的主要手段（官能团、化合物类别、 结构研究（推测有机化合物
结构异构、氢键以及某些链状化合物的链长等）共轭骨架）
4—2 IR 基本原理
一、振动-转动光谱 二、振动形式 三、振动自由度 四、红外光谱产生的条件 五、吸收峰强度 六、吸收峰的分类 七、吸收峰的峰位及其影响因素 八、吸收峰峰数的影响因素
二、振动形式
振动频率不仅受化学键性质和原子质量的影响，也受到整个 分子的影响
双原子分子 多原子分子
伸缩振动（）
1、伸缩振动 1）对称伸缩振动s 2）反称伸缩振动as
1）面内弯曲振动β
A：剪式振动δ B：面内摇摆ρ
2、弯曲振动
2）面外弯曲γ
A：面外摇摆振动 ω B：蜷曲振动 τ
3）变形振动
A：对称的变形振动δs B：不对称的变形振动δas
第4章 红外分光光度法
第4章 红外分光光度法一、内容提要红外线（infrared ray ）是波长为0.76～1000μm 的电磁波。
红外分光光度法（infrared spectrophotometry ）是依据物质对红外辐射的特征吸收而建立的一种分析方法，即红外光谱法。
红外分为近、中、远三个区域，通常红外光谱指中红外吸收光谱，由分子中原子的振动能级跃迁和分子的转动能级跃迁所产生的光谱，故为振动-转动光谱，简称振-转光谱。
红外吸收光谱又称红外吸收曲线，多用透光率－波数（T －σ）曲线描述，所谓吸收峰实际上是曲线的“谷”。
一条红外吸收曲线的特征主要由吸收峰的位置（λmax 、σmax ）、吸收峰的个数及吸收峰的强度来描述。
分子吸收适当频率的红外辐射（L νh ）后，可以由基态跃迁至激发态，其所吸收的光子能量必须等于分子振动能量之差，即ννh E h V V L ∆=∆=，即ννV L ∆= 或σσV L ∆= 是产生红外吸收峰的必要条件之一。
双原子分子只有一类振动形式（mode of vibration ）为伸缩振动。
多原子分子有两类振动形式为伸缩振动和弯曲振动。
振动自由度(f )是分子基本振动的数目，非线性分子， 63-=N f ；线性分子，53-=N f 。
在红外光谱中，某一基团或分子的基本振动能吸收红外线而发生能级跃迁，必须满足两个基本条件：（1）振动过程中，△μ≠0；（2）必须服从 νL =ΔV ν，两者缺一不可。
泛频峰使吸收峰数多于基本振动数，简并和红外非活性振动使基频峰数少于基本振动数。
吸收峰的位置或称峰位通常用σmax （或νmax 、λmax ）表示，对基频峰而言，σmax =σ，基频峰的峰位即是基团或分子的基本振动频率。
μk σ'=1307（cm -1） 折合相对质量相同时，化学键力常数越大，则基本振动频率越大。
化学键相同时，随着折合相对质量μ'的增大，其吸收频率变低。
吸收峰峰位由化学键两端的原子质量和化学键的键力常数预测，在比较复杂的分子中，由于有诱导效应（induction effection ，I 效应）、共轭效应（conjugation effect ，M 效应）、空间位阻、氢键等因素影响，峰位产生10～100cm -1的位移。
红外分光光度法
一、红外分光光度法（infrared spectrophotometry）：通常指2～50 波长范围（波数为4 000～200cm-1）的中红外区的吸收光谱分析法。
（一）、原理：物质在红外光照射下选择性地吸收其中与分子振动、转动频率相同的红外线，而形成一些吸收谱带，称为红外光谱。
不同结构的分子具有不同的振动能级，因而出现代表分子结构的各不相同的特征红外光谱，由此可进行分子的定性与定量分析。
有机物中大多数基团相对独立地在红外光谱的一定频率范围内出现其特征吸收峰，从而可鉴定分子中的基团。
广泛用于制药、染料、石油、高分子、半导体及环境中有机污染物的分析鉴定。
（二）、红外分光光度法测定废水中石油类的含量根据《地表水和污水监测技术规范》（HJ91—2002）的定义，石油类是指矿物油和动物油脂的总称，即在p H≤2能够用规定的萃取剂萃取并测量的物质。
定义未明确指出用四氯化碳萃取，因为四氯化碳是破坏臭氧层的物质，随着技术的发展有被其他萃取剂取代的可能。
本法系用四氯化碳萃取水中的油类物质，测定总萃取物，然后将萃取物用硅酸镁吸附，经脱出动植物油等极性物质后，测定石油类的含量。
总萃取物和石油类的含量均由波数分别为2930cm-1（CH2基团中C-H键的伸缩振动）、2960cm-1（CH3基团中C-H键的伸缩振动）和3030cm-1（芳烃环中C-H键的伸缩振动）谱带处吸光度A2930、A2960和A3030进行计算。
动植物油的含量按总萃取物与石油类含量之差计算。
该方法测定要点是：首先用四氯化碳直接萃取或絮凝富集萃取（对石油类物质含量低的水样）水样中的总萃取物，并将萃取液定容后分为两份：一份用于测定总萃取物；另一份经硅酸镁吸附后用于测定石油类物质。
然后，以四氯化碳为溶剂，分别配制一定浓度的正十六烷、2，6，10，14-四甲基十五烷和甲苯溶液，用红外分光光度计分别测量它们在2930cm-1、2960cm-1、3030cm-1处的吸光度A2930、A2960和A3030，由以下通式列联立方程求解，分别求出相应的校正系数X、Y、Z和F：ρ=X·A2930 +Y·A2960+Z(A3030- A2930/F)式中：ρ——所配溶液中某一物质含量，mg/LA2930、A2960和A3030————三种物质溶液各对应波数下的吸光度;X、Y、Z——吸光度校正系数F——脂肪烃对芳烃影响的校正系数，即正十六烷在2960cm-1和3030cm-1处的吸光度之比。
红外分光光度法
红外分光光度法1 简述红外分光光度法是在4000~400cm -1波数范围内测定物质的吸收光谱，用于化合物的鉴别、检查或含量测定的方法，化合物受红外辐射照射后，使分子的振动和转动运动由较低能级向较高能级跃迁，从而导致对特定频率红外辐射的选择性吸收，形成特征性很强的红外吸收光谱，红外光谱又称振—转光谱。
红外光谱是鉴别物质和分析物质化学结构的有效手段，已被广泛应用于物质的定性鉴别、物相分析和定量测定，并用于研究分子间和分子内部的相互作用。
习惯上，往往把红外区分为3个区域，即近红外区(12800~4000cm -1，0.78~2.5µm)，中红外区(4000~400cm -1，2.5～25µm)和远红外区(400~10cm -1，25~1000µm)。
其中中红外区是药物分析中最常用的区域。
红外吸收与物质浓度的关系在一定范围内服从于朗伯—比尔定律，因而它也是红外分光光度法定量的基础。
红外分光光度计分为色散型和傅里叶变换型两种。
前者主要由光源、单色器（通常为光栅）、样品室、检测器、记录仪、控制和数据处理系统组成。
以光栅为色散元件的红外分光光度计，波数为线性刻度，以棱镜为色散元件的仪器以波长为线性刻度。
波数与波长的换算关系如下:)(10)41m cm μ波长波数（=-傅里叶变换型红外光谱仪（简称FT-IR ）则由光学台（包括光源、干涉仪、样品室和检测器）、记录装置和数据处理系统组成，由干涉图变为红外光谱需经快速傅里叶变换。
该型仪器现已成为最常用的仪器。
2 红外分光光度计的检定所用仪器应按现行国家质量与核查技术监督局“色散型红外分光光度计检定规程”、“傅里叶变换红外光谱仪检定规程”和《中国药典》2015年版四部通则0401规定，并参考仪器说明书，对仪器定期进行校正规定。
2.1 波数准确度2.1.1 波数准确度的允差范围 傅里叶变换红外光谱仪在3000cm -1附近的波数误差应不大于±5cm-1，在1000cm-1附近的波数误差应不大于±lcm-1。
红外分光光度法
某基本振动吸收红外线 而发生能级跃迁， 必须满足两个条件：
1）Δμ≠0
2） υL＝ ΔVυ
2.泛频峰
1）倍频峰 υL＝ nυ 2）组频峰
合频峰 υ1＋υ2 差频峰 υ1－υ2 强度弱,特征性明显,有利于结构 分析
四.特征峰与相关峰
1.特征峰（特征频率）
能证明某官能团存在的，又容易 辨认的一些吸收峰。 官能团（基团）的存在与吸收峰 的存在相对应。因此可用一些易 辨认、又代表性的吸收峰来确认 官能团的存在。
4. 吸收池
(1)液体池——分析液体样品 固定池：窗片间距离固定 密封池：用于测定挥发性样品 可拆卸池：用于测定高沸点液体或 糊剂，用于定性分析 (2)气体池——分析气体样品 用于测量气体及沸点较低的液体样品
二.傅立叶变换红外光谱仪简介
1. 工作原理
2. 检测器
热电型硫酸三甘肽(TGS) 或光电导 型如汞镉碲(MCT)
本章重点
吸收曲线的描述（峰数、峰 位、峰强），典型光谱（芳 烃、羰基化合物），光谱解析 方法。
本章难点
光谱解析方法
第一节 概述
一.定义
红外分光光度法是以红外区域 电磁波连续光谱作为辐射源照射样 品，记录样品吸收曲线的一种光学 分析方法，又称红外吸收光谱法。
二. 红外线的区别
区域 波长 名称 λ(μm)
了解基频峰的可能数目。 2.振动形式 伸缩振动（键长改变）：υ s，υ as
弯曲振动（键角改变）：β (δ ,ρ ) γ (ω ,τ )
伸缩振动
对称伸缩振动 不对称伸缩振动
弯曲振动（变角振动）
3. 振动自由度（f）
——独立的基本振动的数目(独立振动数) 中红外区没有电子跃迁，只需考虑分子中的 三种运动形式：平动(位移)、振动、转动。 分子的平动能改变，不产生光谱，转动能级 跃迁产生远红外光谱。 在讨论中红外光谱时，这两种运动形式要扣 除。
红外分光光度法
4
T % ~ ( )图：
图4-1 C6H6N2O2的红外光谱图
红外光谱一般比紫外和可见光谱要复杂得 多，可观测到许多由极大和极小组成的吸收带。
5
4.1 红外吸收的基本原理
一．红外吸收光谱的产生条件
•
– –
选择定则（selection rule）：
分子能级是量子化的； 在振动-转动跃迁过程中必须有偶极矩（dipole moment）的改变。
定性和结构分析程序：
① 弄清样品的来源、性质 ② 测定样品的吸收光谱 ③ 利用基频和相关图作出初步估计 ④ 用标准光谱图进行对照
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1.
相关图 correlation chart 如图4-12 – S＝强，M＝中强，W＝弱
25
2.
重要的红外光谱区
①单键区（氢伸展区） – 主要有 O–H、N–H、C–H 等 ②三键区 – 主要有炔键（–C≡C–）、腈键（–C≡N）等 ③双键区 – 主要有C＝C、C＝N、C＝O – 芳环的骨架（面外弯曲）振动等 ④指纹区 – 光谱复杂，单键在该区有吸收 – 主要有N–H、C–H – C–O、C–X（卤素）等
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– 红外光谱(IR)和拉曼光谱(RS)均属于分子振 动光谱，两者的区别在于信号产生的方式 不同。红外光谱类似于紫外-可见光谱，是 以吸收的方式得到的，而拉曼光谱则是一 种散射技术。 – 拉曼光谱以激光作为样品的激发光源，其 频率位于可见区（Vis）和近红外区 （NIR）。
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四.红外光谱技术的进展 • 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） 技术、超临界流体色谱与红外光谱联用
红外分光光度法
红外分光光度法具有非破坏性、快速、准确等优点，能够为化学分析、材料研 究、生物医学等领域提供重要的结构和组成信息。同时，随着红外光谱技术的 不断发展，其在更多领域的应用潜力将得到进一步挖掘。
02
红外分光光度法实验技术
样品制备与处理方法
01
02
03
固体样品制备
将固体样品研磨成粉末， 与干燥剂混合均匀后压制 成透明薄片。
外标法
使用已知浓度的标准品建立标准曲线，通过测量待测样品的吸收峰 强度来在标准曲线上查找对应的浓度值。
应用举例
红外分光光度法在化学、材料科学、生物医学等领域具有广泛应用， 如测定高分子材料的官能团含量、分析生物样品的化学成分等。
04
红外分光光度法在化学领 域应用
有机化合物结构鉴定
官能团鉴定
红外光谱可以提供化合物中官能团（如羟基、羰基、胺基 等）的信息，通过对特征吸收峰的识别，可以确定官能团 的存在及其类型。
水体污染物检测与治理技术探讨
水体污染物检测
红外分光光度法可用于检测水体中的多种污染物，如重金属、有 机物、营养盐等，具有灵敏度高、选择性好等优点。
污染物迁移转化研究
通过分析水体中污染物的红外光谱特征，可揭示其在环境中的迁移 转化规律，为水污染治理提供理论支持。
治理技术探讨
结合红外分光光度法检测结果，可针对性地研发和应用水污染治理 技术，提高治理效果并降低治理成本。
和应用土壤修复技术，实现土壤污染治理和生态恢复的目标。
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红外分光光度法在生物医 学领域应用
生物组织成分鉴定及功能研究
蛋白质结构和功能分析
利用红外光谱技术可以研究蛋白质二级结构，如α-螺旋、β-折叠等，进而推断蛋白质的功能 和活性。
红外分光光度法
红外分光光度法1 简述化合物受红外辐射照射后，使分子的振动和转动运动由较低能级向较高能及跃迁，从而导致对特定频率红外辐射的选择性吸收，形成特征性很强的红外吸收光谱，红外光谱又称振-转光谱。
红外光谱是鉴别物质和分析物质化学结构的有效手段，已被广泛应用于物质的定性鉴别、物相分析和定量测定，并用于研究分子间和分子内部的互相作用。
习惯上，往往把红外区分为3个区域，近红外区（12800~40000cm -1，0.78~2.5μ m），中红外区（4000~400cm -1 ，2.5~25 μ m）和远红外区（400~10cm -1 ，25~1000μ m）。
其中中红外区是药物分析中最常用的区域。
红外吸收与物质的关系在一定范围内服从朗伯-比尔定律，因而它也是红外分光光度法定量的基础。
红外分光光度计分为色散型和傅里叶变换型两种。
前者主要由光源、单色器（通常为光栅）、样品室、检测器、记录仪、控制盒数据处理系统组成。
以光栅为色散元件的红外分光光度计，以波数为线性刻度，以棱镜为色散元件的仪器，以波长为线性刻度。
波数与波长的换算关系如下：10000波数（cm -1）= ）波长（μm傅里叶变换型红外光谱仪（简称FT-IR）则由光学台（包括光源、干涉仪、样品室和检测器）、记录装置和数据处理系统组成，由干涉图变为红外光谱需经快速傅里叶变换。
该型号仪器现已成为最常用的仪器。
2 红外分光光度计的检定所用仪器应按现行国家质量与核查技术监督局“色散型红外分光光度计鉴定规程”、“傅里叶变换红外光谱仪鉴定规程”和《中国药典》附录规定，并参考仪器说明书，对仪器定期进行校正检定。
2.1 波数准确度2.1.1 波数准确度的允差范围傅里叶变换红外光谱仪在3000cm -1附近的波数误差应不大于±5cm -1，在1000cm -1附近的波数误差应不大于±1cm -1。
2.1.2 波数准确度检定方法2.1.2.1 以聚苯乙烯膜校正按仪器使用说明书要求设置参数，以常用的扫描速度记录厚度为50μ m 的聚苯乙烯膜红外光谱图。
红外分光光度法
红外分光光度法
红外分光光度法是当物质分子吸收-记波长的光能，能引起分子振动和转动能级跃迁，产生的吸收光谱一般在2.5~25nm的中红外光区，称为红外分子吸收光谱，简称红外光谱。
利用红外光谱对物质进行定性分析或定量测定的方法称红外分光光度法。
由于物质分子发生振动和转动能级跃迁所需的能量较低，几乎所有的有机化合物在红外光区均有吸收。
分子中不同官能团，在发生振动和转动能级跃迁时所需的能量各不相同，产生的吸收谱带其波长位置就成为鉴定分子中官能团特征的依据，其吸收强度则是定量检测的依据。
红外分光光度法可用于分子结构的基础研究(测定分子键长、键角、推断分子的立体构型等)，以及化学组成的分析（化合物的定性定量分析)，应用最广泛的是对未知毒物的结构分析、纯度鉴定。
缺点是灵敏度低，不宜进行微量成分定量测定，而1L要求样品必须纯化。
后来发展起来的傅立叶红外光谱法克服了灵敏度低的不足，可测定(T9g的微量样品。
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第一节 分光光度法
一、概述 二、紫外-可见分光光度法 三、红外分光光度法
一、概述
分光光度法： 测定被测物质在特定波长处或 一定波长范围内对光的吸收度，对物质进行 定性、定量分析的方法称为分光光度法。 主要包括:
紫外分光光度（电子光谱）法：吸收光波 长范围200～400nm，可用于物质的定性和 定量分析。 可见分光光度（电子光谱）法：吸收光波 长范围400～760nm，主要用于有色物质的 定性和定量分析。 二者合称为紫外-可见分光光度法即UV-ViS
光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波 动性可用波长、频率、光速c、波数（cm1）等参数来描述： = c ； 波数 = 1/ = /c 光是由光子流组成，光子的能量： E=h=hc/ （Planck常数：h=6.626 × 10 -34 J × S ) 光的波长越短（频率越高），其能量越大。
吸收池（比色皿）
玻璃—能吸收紫外光，仅适用于可见光区； 石英—不能吸收紫外光，适用于紫外和 可见光区； 要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致） 为了消除误差提高测量的准确度，两只比色 皿应配套使用
检测器（又叫接受器、光电转化器） 光电池 光电管 光电倍增管（检测弱光常用） 二极管阵列检测器
信号显示器 早期使用的是检流计、微安表、电位计、 数字电压表、自动记录仪等。 现代的分光光度计广泛采用数字电压表、 函数记录仪、示波器及自动记录型装置和数据 处理台（称为工作站）。
如果同时考虑溶液的浓度和液层的厚度都变化， 都影响物质对光的吸收，则上述两个定律可合并 为朗伯-比耳定律，得到：A=Kbc 此式为光吸收定律的数学表达式。
式中A称为吸光度； K是比例常数，与入射光的波长、 物质的性质和溶液的温度等因 素有关。
吸收系数 A=Kbc中比例常数K称为吸收系数； 物理意义：单位浓度的溶液液层厚度为1 cm 时，在一定波长下测得的吸光度。
蓝
450-480
光的互补色示意图
物质对光的选择性吸收
物质的颜色是基于物质对光有选择性吸收的结果 而物质呈现的颜色则是被物质吸收光的互补色。
物质的吸收光谱曲线： 将不同波长的光依次通过某一固定浓度和 厚度的有色溶液，分别测出它们对各种波 长光的吸收程度，以波长为横坐标，以吸 光度为纵坐标作图，画出曲线，此曲线即 称为该物质的光吸收曲线（或吸收光谱曲 线）
药品质量检测技术
第六章 仪器分析
学习目标
教学目标 1.掌握紫外分光光度法及可见分光光度法的 基本原理 2.掌握色谱法基本理论 3.了解分光光度法和色谱法在工业生产和科学研究 中的应用 知识要点 1.吸收光谱与物质结构的关系和光吸收基本定律 2.色谱法基本理论 技能要点 1.紫外-可见分光光度计的应用 2.GC、HPLC、TLC的基本应用
-胡罗卜素
咖啡因
阿斯匹林
几种有机化合物 的分子吸收光谱 图
丙酮
吸收定律
朗伯（Lambert）和比耳（beer）分别于1760年 和1852年研究了光的吸收与有色溶液按液层的厚 度及溶液浓度的定量关系，奠定了分光光度分析 法的理论基础。
吸光度：单色光通过溶液时被吸收的程度，用A表示。
Lamber定律： A l Beer定律：型
单光束分光光度计:
常用的有751G型、752型、721型、722型。 双光束分光光度计 ：
常用的有710型、730型、UV-210型等。 双波长分光光度计 ： 与单波长分光光度计的主要区别在于采用双单色 器。
T6新世纪紫外-可见分光光度计
三、红外分光光度法
红外分光光度法（IR，分子振-转光谱）： 利用红外吸收光谱对物质进行分析的方 法，吸收光波长范围2.5—1000m，主要 用于已知结构的有机化合物鉴别（定性）
二、紫外-可见分光光度法
光的基本特性 物质对光的选择性吸收 吸收定律 紫外吸收光谱的应用 紫外-可见分光光度计
光的基本特性
在药品检验的实际工作中，通常有两种表示方 法：
质量吸收系数a 当c的单位为g/L，b的单位为cm时，K用a表 示，称为质量吸收系数这时朗伯-比耳定律为： A＝abc。
在药品检验中经常使用的是百分吸收系数，用 （E1%1cm）表示。 物理意义:当吸光物质溶液浓度为1%(1g/100mL) ，液层 厚度为1cm时，在一定条件下的吸收度。
紫外-可见分光光度计
仪器的基本组成部件
一般由光源、单色器、吸收池、检测器和信号显 示器（数据处理系统）五部分组成。
光源 单色器 吸收池 检测器 显示
光源 钨灯或卤钨灯——可见光源，325～2500nm 氢灯或氘灯——紫外光源，185～375nm 单色器（分光系统） 包括狭缝、透镜系统（准直镜）和色散元件
单色光：单波长的光（由具有相同能量的光子 组成） 白光（太阳光）：由各种单色光组成的复合光 如果把适当颜色的两种光按一定强度比例混 合，也可成为白光，这两种颜色的光称为互 补色光。
绿 黄
580-600
500-580
青
490-500
橙
600-650
白光
青蓝
480-490
红
650-780
紫
400-450
红外吸收产生的原理与条件 红外光谱法的应用 红外光谱仪
红外吸收产生的原理与条件
原理：当分子中某个基团的振动频率和红外光的 频率一致时，分子就吸收红外光的能量，从原来 的基态振动能级跃迁到能量较高的振动能级。物 质对红外光的吸收曲线称为红外吸收光谱。 根据试样的红外吸收光谱进行定性、定量分 析和确定分子结构等分析的方法，称为红外分光 光度法。
摩尔吸收系数ε
当式中浓度c的单位为mol/L，液层厚度的单位 为cm时，则用另一符号ε表示，称为摩尔吸收 系数，它表示物质的浓度为1mol/L，液层厚度 为1cm时，溶液的吸光度。其单位为L/mol· cm。 这时朗伯-比耳定律就变为： A＝εbc
紫外吸收光谱的应用
鉴别：同一物质在相同条件下，测得的紫外可见吸收光谱应具有完全相同的特征。 对比吸收光谱特征参数 比较吸收度比值的一致性 对比吸收光谱的一致性 杂质检查：药物与杂质的吸收光谱有明显差别 含量测定：朗伯-比耳定律 对照品比较法 吸收系数法 计算分光光度法