红外光谱分析法

CH3反对称伸缩（2965） CH3对称伸缩（2875） CH3不对称变角（1460） CH3对称变角（1375） CH3摇摆（1050－920） CH2反对称伸缩（2925） CH2对称伸缩（2855） CH2变角（1465） CH2面内摇摆（720） CH2面外摇摆（1385－1100） CH2扭曲（1300） CH伸缩（2890） C-C伸缩（1100－1020）

压片模具实物图和装配图
压片模具 从压片机上取 下来，用压片 模具附带的开 口圆筒在压片 机上将压好的 锭片冲出来。
如果压得的锭片两个面非常平行且透明，在测得的光谱中， 在低频端（1200-400cm-1）会出现干涉条纹，影响谱带的辨认。
如果测试时出现干 涉条纹，可将磁性样品 夹的一侧用5毫米左右厚 的块状物垫高，另一侧 用磁片将锭片压住，使 锭片斜对着红外光路， 可防止光经过锭片时发 生干涉。
1.0
0.9
0.8
0.7
150mg左右纯KBr研 磨压片得到的光谱
0.6
Ab so r b a n ce
0.5
0.4
0.3
0.2
3434
0.1
0.0 4000 3000 2000 Wavenumbers (cm-1) 1000
1631
1.0
0.9
0.8
正二十二烷
0.7
A bs orbance
0.6
1纳米（nm）=10-3微米（）=10-7厘米（cm）=10埃(A)
。
分子振动
多原子分子
双原子的红外吸收频率
非线性三原子分子 （H2O）
线性三原子分子 （CO2）
多原子分子的振动有多种形式 （-CH2）
振动形式
选择红外光谱的原则
耦极矩的变化
红外光谱仪的组成
傅立叶变换红外光谱仪
石蜡油 ( Mineral oil 或Nujol )的光谱
氟油（Fluorolube）的光谱
在4000 - 1300cm-1之间没有吸收谱带。
在中红外区氟油和石蜡油是互补的。
薄膜法
薄膜法分为： （1）溶液制膜法 （2）热压制膜法
液体样品的制备和测试
有机溶液样品（纯有机液体和有机溶液）
水溶液样品（水溶液和重水溶液）
检测器上的信号
干涉图
快速傅立叶变换 （FFT）
透射谱图
3.红外光谱的样品制备 及测试技术
红外光谱仪的采样原理
透射
Io=0o
反射
Io=Ro
衰减全反射 (ATR)
D
D
S D
wk.baidu.com
漫反射 (DRIFTs)
D
镜反射
Io=Ro
透射原理
1 最基本的采样方式 2 适合于所有的样品：固态，液态，气态 3 用于样品的定性，定量分析 4 特点：灵敏度高 5 经济成本低 由于玻璃，石英等常规透明材料不能透过红外线，因此 红外吸收池必须采用特殊的透红外材料制作如： NaCl ， KBr 和CsI等作为窗口。固体粉体样品可以直接与KBr混合压片， 直接进行测定。
胶状样品、糊状样品直接涂在ATR晶体上，盖上 一片载玻片测试，不加压力 粉末状样品直接放在ATR晶体上，压力塔加压测 试；如有散射，将样品研细，刮下放在ATR晶体 上，压力塔加压测试。 薄膜、片材、板材直接放在ATR晶体上，压力塔 加压测试。


4. 红外光谱谱图解析
直链烷烃的特征吸收峰

28 54
1641:C=C伸缩 992:=CH2扭曲 909:=CH2面外摇摆
28 72
1.2 1.1 1.0
Ab so r b a n ce
0.8
72 1 99 2 90 9 30 78 16 41
14 67 14 66 13 78
0.9
十四烷
29 57
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0
66 3
0.2
11 15
10 29
1.0
0.9
32 45
1596，1500，1475，1373：C=C伸缩 1237：C-O伸缩 1072：=CH面内弯曲
15 00 75 3 13 73 69 0
0.8
0.7
Ab so r b a n ce
0.6
753，690：=CH面外弯曲
0.5
0.4
30 47
12 37
3047，3023：=CH伸缩
15 96
3245：OH伸缩
14 75
0.3
0.2
0.1 0.0 3000 Wavenumbers (cm-1) 2000 1000
苯酚
30 23
10 72
81 2
酮类特征吸收峰
C=O伸缩（脂肪1716；芳香1690-1650
）
醛类特征吸收峰
C=O伸缩（脂肪1727；芳香1710－1630）
光谱中出现水的吸收峰可能有三个 原因： （1）样品吸附空气中的水； （2）溴化钾吸附空气中的水；
（3）样品本身结晶水。
吸附水----低温烘干
如:将样品放入40℃烘箱中过夜； 真空干燥。
样品中的结晶水脱掉。
用KBr压片法如何 从光谱中消除因KBr吸 附水产生的两个吸收峰？
消除水吸收峰的方法
混合物研磨后，在红外灯下烤
羧酸类特征吸收峰
O-H伸缩（3400－2200） C=O伸缩（脂肪1700；芳香1695－1660） C-OH伸缩（1300） COH面内弯曲（1430） COH面外弯曲（950－900）
1.1
29 19
1.0
3400-2200:OH伸缩 2953:CH3反对称伸缩 2919：CH2反对称伸缩
对于某些含强极性基团的样品，这类样品用
量只需0.5毫克左右。
样品与溴化钾粉末使用之前应经120℃烘干，
置于干燥器中备用，或者长期保存在40℃烘 箱中。
分析纯溴化钾直接用作稀释剂。

混合物研磨到颗粒尺寸小于2.5微米以下。

用不锈钢小扁铲将研磨好的混合物全部转移到压 片模具中，将粉末堆成小山状。 混合物装好后，用手指的力量一面旋转压片模具 的压杆，一方面稍加向下的压力使混合物铺平。
用纯溴化钾锭片作背景测得的样品光谱
氯化钾压片法
对于分子式中含有 HCl的化合 物，应该采用氯化钾压片法。
溴化钾和氯化钾压片法对二甲基金刚烷胺盐酸盐（C12H21N.HCl）光谱的影响 （A）溴化钾压片法测得的光谱；（B）氯化钾压片法测得的光谱；（C）显微 红外光谱法测得的光谱
糊状法
糊状法是在玛瑙研钵中将待测 样品和糊剂一起研磨，将样品微细 颗粒均匀地分散在糊剂中测定光谱。 最常用的糊剂有石蜡油（液体 石蜡）和氟油。
KBr压片法使硫酸根 的反对称伸缩振动 向低频位移12cm-1
变形
1.0
0.9
显微红外法
溴化钾压片法
0.8
氨基乙酸
0.7
0.6
Ab so r b a n ce
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0 1500 Wavenumbers (cm-1) 1000
缺点 2
在3400 cm-1和1640 cm-1左右 会出现水的吸收峰。
溴化钾压片法制样的缺点

无机和配位化合物和溴化钾研磨，施加压力后， 通常会发生离子交换，使样品的谱带发生位移和 变形。 有机物采用溴化钾压片法制样时，溴化钾与有机 物中的极性基团也会发生作用，使样品谱带发生 位移和变形。但与无机物相比，这种位移小得多。
样品的晶型也可能发生改变。


位移12cm-1
FT-IR
在石油行业的应用
石油勘探中的应用，石油辛烷值测定，润滑剂调配，多相催 化剂结构研究。
在地学、矿物、珠宝行业应用 FT-IR 在法庭科学中应用 FT-IR 在日用化工行业应用 FT-IR 在原子能行业应用
FT-IR
2. 红外光谱分析基础知识
Molecular Spectroscopy
压片法
一种传统的红外光谱制样方法， 也称为卤化物压片法。
样品稀释剂有溴化钾和氯化钾。
溴化钾压片法
1mg
左右样品和150mg左右 KBr 研磨，加 8 吨左右的压力，压成透明或半透明的薄片。
粉末样品用天平称量。质量为1毫克的粉末样
品，很难估计准确。光谱的最强吸收峰吸光 度在0.5-1.4之间比较合适。
红外光谱分析法
现代分析技术研究中心 赵娟
主要内容
1.
红外光谱的应用 红外光谱分析基础知识
红外光谱的样品制备及测试技术 红外光谱谱图解析
2.
3.
4.
红外光谱的应用
红外光谱的应用
选择红外光谱仪时需要考虑的问题
红外光谱仪的结构与应用
FT-IR
在纺织工业中的应用
纺织材料的鉴定及化学品分析，反应过程研究等。
研磨时间不超过 1 min。
0.5 h 以上。
在相同条件下，纯KBr粉末研磨压片，测试光
谱。从样品光谱中减去水的吸收峰，参考因 子选 1 左右。
背景扣除法：用KBr粉末研磨压片作为背景。
（A）纯 KBr 光谱；（B）KBr压片法测得的光谱；（C）差减后的光谱
（A）纯 KBr 光谱；（D） KBr压片法测得的含结晶水或羟基 的样品光谱；（E）差减后的光谱
固体样品的制备和测试 液体样品的制备和测试
超薄样品的测试
气体样品的测试
固体样品的制备和测试
固体样品形态： 粉末，粒状，块状，薄膜，板材。 硬度不同的样品。 脆韧性不同的样品。
固体的常规透射光谱制样方法
压片法（KBr压片法和KCl压片法）
糊状法（石蜡油研磨法和氟油研磨法） 薄膜法（溶液制膜法和热压制膜法）
圆形可拆式液池实物图和装配图
液池窗片材料
水溶液样品光谱的测试

由于水的吸收峰非常强，即使使用光谱差减技术， 也不可能将水的吸收峰彻底减掉。 如果水溶液的浓度很稀,除水。可自然晾，或用氮 气吹，或低温烘箱（40℃）烘，或干燥器中除水。 窗片材料最好选用氟化钡晶片。


重水溶液样品光谱的测试
将溶质溶解在重水中，测试重水溶液
烯烃的特征吸收峰
=CH2反对称伸缩（3080） =CH2对称伸缩（2990）
=CH2变角（1420－1400）
=CH2面外摇摆（900）
=CH2扭曲（990）
=CH伸缩（3020） C=C伸缩（1700－1620）
1.6 1.5 1.4 1.3
29 57
29 24
3078:=CH2反对称伸缩
醇和酚的特征吸收峰
O-H伸缩（醇3400-3230；酚3400-3245）
C-OH伸缩（醇1100-1030；酚1280-1150） COH面内弯曲（醇1500－1350） COH面外弯曲（醇680－620）
1.0
3347:OH伸缩 2945:CH3反对称伸缩
33 47
0.9
0.8
十四烯－1
3000 2000 Wavenumbers (cm-1)
13 78
1000
十四烯－1：CH3(CH2)11CH=CH2
72 7
芳香烃的特征吸收峰
=CH伸缩（3100－3000） =CH面内弯曲（1300－990） =CH面外弯曲（860－670） C=C伸缩（1610－1370）
FT-IR 的制样附件
衰减全反射 ATR ( attenuated total reflectance)
ATR原理
光密到光疏，折射角 > 入射角
折射光光强为零，全反射
α 增大 α > 临界角
临界角 sinα 2=n2/n1
ATR原理
ATR校正谱图
原始谱图
对于任何样品，只要样品的量足够多，都可 以得到一张红外光谱。 对于同一样品，可以采用不同的制样技术。 不同操作者制备相同的样品，测试得到的光 谱可能会差别非常大 。 要得到一张高质量的光谱图，制样技术或制 样技巧是非常重要的。
2833:CH3对称伸缩
1450:CH3不对称变角
0.7
1420:COH面内弯曲
Ab so r b a n ce
0.6
1029:CO伸缩
28 33
0.5
29 45
663:COH面外弯曲
14 50
0.4
14 20
0.3
0.1 0.0 3000 2000 Wavenumbers (cm-1) 1000
甲醇CH3OH
的光谱。
水和重水的红外光谱是互补的。
C=O伸缩振动 C-N-D弯曲振动
蛋白质重水溶液的差减红外光谱
气体样品的测试
气体样品的测试需要有气体池，气体池的 长度为：
20cm
10m
100m
200m
最简单的短光程（20cm）气体池实物图
ATR 测试


液体样品直接滴在ATR晶体上测试，不加压力
样品不含结晶水，用 溴化钾压片法，在 3400和1640cm-1左 右会出现水的吸收峰。
0.5
0.4
0.3
0.2
0.0 3000 2000 1000
Wavenumbers (cm-1)
1634
0.1
3455
碳酸钠有0，1，7，10个结晶水之分 很难判断是否有结晶水
显微 Na2CO3.10H2O
KBr Na2CO3 显微 Na2CO3