傅里叶变换红外光谱仪丁齐课件.ppt

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1、主要内容基本定义与原理红外光谱仪发展史傅里叶变换红外光谱仪红外光谱图解析FTIR光谱仪应用主流厂商及仪器基本定义与原理红外光基本定义与原理红外光谱光谱仪测得的红外光谱是由于分子振动能级（同时伴随转动能级）跃迁而产生的，其吸收频率对应于分子的振动频率，物质吸收红外辐射应满足：(1)辐射光具有的能量应满足物质产生振动跃迁所需的能量(2)分子振动时，偶极矩的大小和方向必须有一定的变化双原子分子振动为简化讨论，采用谐振子模型来研究双原子分子的振动，即化学键的振动可近似看作两个刚性小球沿轴线方向的简谐振动。基本定义与原理根据虎克定律：频率：K是键力常数，μ是折合质量任意两个相邻能级之间的能

2、量差为：能量：波数：h是普朗克常数，λ是波长，c是光速。K与键能和键长有关。发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键力常数，即取决于分子的结构特征。基本定义与原理表一些键的伸缩振动的力常数化学键键能越强（即键的力常数K越大），原子折合质量μ越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。基本定义与原理多原子分子振动伸缩振动：键长沿键轴方向变化，键角不变。弯曲振动：键长不变，键角变化，又称为变形振动。以亚甲基为例，其振动方式和分类如下：伸缩振动变形振动基本定义与原理基频：每一种振动方式都有一个特征频率，叫基频。基频峰：分子吸收红外光后，E0→E1引起的一个吸

3、收峰。倍频峰：分子吸收红外光后，E0→E2、E0→E3……引起的一系列吸收峰。倍频峰通常很弱。理论上有几种振动方式就有几个吸收带。由于原子的种类和化学键的性质不同，以及各化学键所处的环境不同，导致不同化合物的吸收光谱具有各自的特征。大量实验结果表明，一定的官能团总是对应于一定的特征吸收频率，即有机分子的官能团具有特征红外吸收频率。这对于利用红外谱图进行分子结构鉴定具有重要意义，据此可以对化合物进行定性分析。基本定义与原理红外光谱仪是以连续变化的各种波长的红外光为光源照射样品，引起分子振动和转动能级之间的跃迁，从而测得样品的吸收光谱。红外光谱仪通常由光源，单色器，探测器和计算机处理

4、信息系统组成。红外光谱仪发展史第一代棱镜色散型对温度、湿度敏感，对环境要求苛刻。第二代光栅色散型60年代，由于光栅刻制和复制技术的发展，出现了光栅色散型红外光谱仪。分辨率得到了提高，测量波段范围拓宽，环境要求降低。红外光谱仪发展史这两代红外光谱仪属于色散型，利用分光镜将红外光分成两束，一束作为参考光，一束作为探测光照射样品，两束光交替通过反射镜、入射狭缝进入棱镜（或光栅），再由出射狭缝进入检测器。当这两束光强度相同时，检测器上的光强差为0，记录器上没有记录。当通过样品池的红外光被样品吸收而光强减弱时，在检测器上会显示一个信号，此信号与两光束的强度差成正比。当波长连续改变时，由于样

5、品对不同波长的光吸收强度不同，就可得到红外光谱图。棱镜和光栅色散型红外光谱仪原理图红外光谱仪发展史第三代干涉型70年代发展起来，其原理与色散型完全不同，特点是测量速度快，测量范围宽，精度和分辨率高，典型代表是傅里叶变换红外光谱仪。（原理后面讲）第四代激光红外光源70年代末开始发展，能量高，单色性好，具有极高的灵敏度，可调激光既作为光源又省去了分光系统。LumiereTech.Ltd.SalesSchool-PhaseI傅立叶变换红外光谱仪（FourierTransformInfraredSpectrometer，FTIR光谱仪）是第三代红外光谱仪。经过麦克尔逊干涉仪的两束相干光间

6、的光程差改变，探测器所测得的光强也随之变化，再与样品作用从而得到干涉图。探测器将得到的干涉信号送入到计算机进行傅立叶变换的数学处理，把干涉图还原成红外光谱图。傅立叶变换红外光谱仪FTIR光谱仪没有色散元件，主要部件有光源、麦克尔逊干涉仪、样品池、检测器、计算机。FTIR基本结构光源红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体，用电加热使之发射稳定、高强度的红外辐射。常用的是硅碳棒、能斯特（Nernst）灯。硅碳棒由碳化硅烧结而成的，两端粗中间细，在低电压大电流下工作（约4～5A）。耗电功率约200～400W，工作温度为1200～1500℃。优点：发光面积大，波长范围宽（可低至200c

7、m-1），坚固、耐用，使用方便及成本低。缺点：电极触头发热需水冷，工作时间长时电阻增大。能斯特灯由稀土氧化物烧结而成的空心棒或实心棒，主要成分为ZrO2（75％）、Y2O3、ThO2，参入少量Na2O、CaO或MgO。直径约1～2mm，长度25～30mm，两端绕有Pt丝作为导线。功率约50～200W，工作温度1300～1700℃。优点：发光强度大，稳定性好，寿命长，不需水冷。缺点：机械性能较差，脆，操作较不方便，价格较贵。FTIR基本结构迈克尔逊（Michelson）干涉仪及其工