第四部分 红外光谱分析 激光拉曼光谱分析武汉理工大学资环学院 管俊芳 1

红外-拉曼

第一章 红外光谱1 2 3 4 5 概述 红外光区的划分 红外吸收产生的原理 红外分析方法 典型红外图谱

武汉理工大学资环学院 管俊芳

红外-拉曼

1 概述(1) 红外光谱属于分子振动光谱。 当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分 子吸收了某些频率的辐射，并使得这些吸收区域 的透射光强度减弱。 记录红外光的百分透射比与波长关系的曲线， 即为红外光谱，所以又称之为红外吸收光谱。

武汉理工大学资环学院 管俊芳

红外-拉曼

1 概述(2) 红外光谱英文为 Infrared Spectrometry (IR) 样品吸收红外辐射的主要原因是： 分子中的化学键 因此, IR可用于鉴别化合物中的化学键 类型，可对分子结构进行推测。既适用于结 晶质物质，也适用于非晶质物质。武汉理工大学资环学院 管俊芳 4

红外-拉曼

2 红外光区的划分(1)

红外光区介于可见光与微波之间， 波长范围约为0.76-1000μm,为了便 于描述，引入一个新的概念——波数 (wave number)。 波数： ,波长的倒数，每厘米的波 长个数， 单位 cm-1 =1/ (cm) = 104/ ( m)武汉理工大学资环学院 管俊芳 5

红外-拉曼

2 红外光区的划分(2)

近红外：0.76―2.5μm,13158―4000cm-1 主要为OH,NH,CH的倍频吸收 中红外：2.5―25μm,4000―400cm-1 主要为分子振动，伴随振动吸收 远红外：25―1000μm,400―10cm-1 主要为分子的转动吸收 其中，中红外区是研究的最多、最深的区 域，一般所说的红外光谱就是指中红外区的红 外吸收光谱。武汉理工大学资环学院 管俊芳 6

红外-拉曼

3 红外吸收产生的原理(1) 红外光的能量： 与一般的电磁波一样，红外光亦具有波粒二像性： 既是一种振动波，又是一种高速运动的粒子流。 其波长表示为波数的形式 =1/ (cm) = 104/ ( m) 所具有的能量为： E=hc/ = hc 红外光所具有的能量正好相当于分子(化学键) 的不同能量状态之间的能量差异。因此才会发生对红 外光的吸收效应。武汉理工大学资环学院 管俊芳 7

红外-拉曼

3 红外吸收产生的原理(2)

武汉理工大学资环学院 管俊芳

红外-拉曼

3 红外吸收产生的原理(3)分子的振动所需的能量远大于分子的转 动所需的能量，因此对应的红外吸收频率 也有差异： 远红外区：波长长，能量低，对应分子 的转动吸收 中红外区：波长短，能量高，对应分子 的振动吸收 近红外区：能量更高，对应分子的倍频 吸收(从基态--第二或第 三振动态)武汉理工大学资环学院 管俊芳 9

红外-拉曼

3 红外

吸收产生的原理(4)

分子振动的类型

A)伸缩振动 分子沿成键的键轴方向振动，键的长度发生伸、缩 变化。分对称伸缩 s和不对称伸缩 sa。

武汉理工大学资环学院 管俊芳

红外-拉曼

3 红外吸收产生的原理(5)

一些化学键的伸缩振动对应的红外波数键 H-F H-Cl H-Br H-O H-O C-C 分子 波数 cm-1 HF 3958 HCl 2885 HBr 2559 H2O(结构水)(羟基) 3640 H2O(结晶水) 3200-3250 单键 1195 双键 1685 三键 2070武汉理工大学资环学院 管俊芳

红外-拉曼

3 红外吸收产生的原理(6) B)弯曲振动 亦称变形振动。记为 。

武汉理工大学资环学院 管俊芳

红外-拉曼

3 红外吸收产生的原理(7)

一些化学键的弯曲振动对应的红外波数键 XOH H2O NO3 CO3 BO3 SO4 SiO4 波数 cm-1 1200-600 1650-1600 900-800 900-700 800-600 680-580 560-420

武汉理工大学资环学院 管俊芳

红外-拉曼

3 红外吸收产生的原理(8)

红外吸收产生的条件：

(A) 振动的频率与红外光波段的某频 率相等。 即分子吸收了这一波段的光，可 以把自身 的能级从基态提高到某 一激发态。 这是产生红外吸收的必要条件。武汉理工大学资环学院 管俊芳 14

红外-拉曼

3 红外吸收产生的原理(8)

红外吸收产生的条件：

(B)偶极矩的变化： 分子在振动过程中，由于键长和键角的变化， 而引起分子的偶极矩的变化，结果产生交变的电场， 这个交变电场会与红外光的电磁辐射相互作用，从 而产生红外吸收。 而多非极性的双原子分子(H2,N2,O2),虽然 也会振动，但振动中没有偶极矩的变化，因此不产 生交变电场，不会与红外光发生作用，不吸收红外 辐射。称之为非红外活性。武汉理工大学资环学院 管俊芳 15

红外-拉曼

4 红外分析方法(1)红外辐射光源： a)能斯特灯：氧化锆、氧化钍、氧化钇的混 和物 b)硅碳棒：由合成的SiC加压而成 c)氧化铝棒：中间放置铂-铑加热丝的氧化 铝管棒 辐射源在加热1500-2000k时，会发射出 红外辐射光。武汉理工大学资环学院 管俊芳 16

红外-拉曼

4 红外分析方法(2)

从光源发射的红外辐射，被均 分为两路，一路通过标准参比物 质(无明显红外吸收),一路通 过试样。当两路光的某一波数到 达检测器的强度有差异时，即说 明试样吸收了某一波数的红外光。

武汉理工大学资环学院 管俊芳

红外-拉曼

4 红外分析方法(3)

武汉理工大学资环学院 管俊芳

4 红外分析方法(5)红外光谱测定中的样品处理技术 1液膜法 液体样品 溶液法 水溶液测定 压片法 固体样品 调糊法(或重烃油法，Nujol法) 薄膜法

ATR法、显微红外、DR、PAS、RAS气体样品 气体

池武汉理工大学资环学院 管俊芳 19

红外光谱测定中的样品处理技术 21 液 膜 法用组合窗板进行测定可通过干涉条纹求吸收池厚度：N 1 b 2n 1 2

右图武汉理工大学资环学院 管俊芳 20

红外光谱测定中的样品处理技术 32 溶 液 法用固定液池进行测定溶剂选择 易于溶解样品； 非极性，不与样品形成氢键； 溶剂的吸收不与样品吸收重合

图武汉理工大学资环学院 管俊芳 21