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1、红外光谱简单介绍 .,布鲁克光谱仪器公司,当一束红外光射到物质上，可能发生：吸收、透过、反射、散射或者激发荧光（即拉曼效应）。,FT-IR: 基本原理 .,红外光,不同波段的光连接起来构成成了整个光谱范围。,FT-IR: 基本原理 .,红外光,红外光,光的辐射可以看作是波的运动，波长是两个连续峰之间的距离。,频率是每秒光波通过的数目。,c：光在真空中的速度。,在红外中，经常使用的是波数。,：cm-1,FT-IR: 基本原理 .,红外光谱仪,每一台傅立叶变换红外光谱仪，由以下几部分构成：一个光源、一个干涉仪（分束器是它的一部分）以及一个检测器。,FT-IR: 基本原理 .,到样品,红外光源发出的
2、光束,红外光谱仪,干涉仪是红外光谱仪的心脏部件,在干涉仪的出口，两束有光程差的光发生干涉，然后到样品。,FT-IR: 基本原理 .,干涉仪,动镜移动距离为n/2 ，即光程差为n时,干涉仪（单色光说明）,FT-IR: 基本原理 .,动镜移动距离为n/4 ，即光程差为n/2 时,干涉仪（单色光说明）,干涉仪,FT-IR: 基本原理 .,干涉图（以单色光说明）,因为动镜以一定的速度（）移动，检测器上得到的信号是正弦波信号。,光束强度,在波数光源经过仪器调制后（分束器效率、检测器和放大器的响应）的强度,波数,光程差,动镜移动速率(cm/sec),时间(sec),得到的AC组分I（）：就是所谓的干涉图。
3、,FT-IR: 基本原理 .,HeNe激光用来控制动镜的位置。,单色光束,波长为632.8 nm,动镜,FT-IR: 基本原理 .,干涉图（非单色光）,多色光源（例如中红外的Globar光源或近红外的钨灯），许多连续波数（即频率）的光同时发射,检测器检测得到的干涉图是每一个波数的干涉图的矢量和。,理论上，我们可以从-到+范围，得到一张完整谱图，而且可以任何分辨率,为了满足上述要求，我们必须做到： 动镜的移动距离可以无限远； 数据采样间隔无限小。,相应的谱图,FT-IR: 基本原理 .,只是测试整个谱图范围的一部分,采用不同的光源、分束器以及检测器,分辨率受到限制,切趾函数,技术限制:,解决方案
4、:,相应问题:,旁瓣峰,牺牲谱图的分辨率,采用光圈,采样间隔不能无限小 (基于 HeNe激光),带宽限制 有折叠可能,满足Nyquist 采样条件,尖桩篱栅效应,谱图充零,得到的干涉图不是对称的,相位问题,相位校正,技术局限,事实上，分辨率、带宽以及采样间隔受到谱仪的限制,FT-IR: 基本原理 .,谱图范围,谱图范围的选择，决定了仪器采用的光学组件,FT-IR: 基本原理 .,分辨率,两个不同频率的单色光，得到的干涉图以及相应的谱图。,FT-IR: 基本原理 .,分辨率,FT-IR: 基本原理 .,切趾,旁瓣,FT-IR: 基本原理 .,切趾来减小旁瓣峰的强度,牺牲 分辨率,切趾,旁瓣峰引起
5、峰强度的变化，旁瓣峰削弱了主峰的强度,这意味：切趾函数的选择取决于所需的分辨率,FT-IR: 基本原理 .,带宽,波长: 632 nm,带宽: 31,600 cm-1,干涉图数据的采集,HeNe激光信号也用来控制干涉图数据的采集,在激光正弦波过零点时采集数据。,FT-IR: 基本原理 .,为了避免假峰，必须满足 Nyquist采样条件。,折叠,干涉图数据的采集,FT-IR: 基本原理 .,干涉图数据的采集,Nyquist采样条件,任何谱图数据的采集的采样频率必须等于或大于谱图带宽的两倍。,我们是采用激光来控制采样间隔，因为激光的波长为632.8nm，最大测试波长为31,600cm-1.,632
6、.8nm/2=316.4nm 31,600cm-1,FT-IR: 基本原理 .,如果不满足上述条件，就会出现假峰。,干涉图数据的采集,Nyquist采样条件,任何谱图数据的采集的采样频率必须等于或大于谱图带宽的两倍。,FT-IR: 基本原理 .,尖桩篱栅效应,谱图是根据ADC得到的干涉图经过傅立叶变换得到的。 在干涉图测试数据点之间，我们必须进行数学插值。 这个过程，透光率的准确度受到影响。,干涉图数据的采集,FT-IR: 基本原理 .,为了避免尖桩篱栅效应，在FT变换之前必须在干涉图的尾部增加强度值为0的数据点，这个过程就是所谓：充零。,尖桩篱栅效应,干涉图数据的采集,FT-IR: 基本原理
7、 .,采集样品信号,打开测试窗口,Check signal,采集背景,调整附件，使得光通量最大,测试,FT-IR: 基本原理 .,没有干涉图，只是一根直线,Check signal,检查样品仓 : 光路是否有东西挡住了光路?,清理光路,有,问题：没有干涉图,FT-IR: 基本原理 .,检查最大值（峰）的位置: Optic Setup and Service Interferometer/AQP Absolute Peak Position,用箭头改变扫描范围，使得干涉图的最大值（峰）在显示范围内。,没有干涉图，只是一根直线,检查扫描范围 (Check signal 对话框): 显示在合适的范围
8、内?,Check signal,不,问题：没有干涉图,FT-IR: 基本原理 .,检查 IR 光源参数: Optic Source Setting: MIR Source,关闭仪器，更换光源,没有干涉图，只是一根直线,检查IR光源: 取出光源 (警告, 光源是热的): 发光吗?,Check signal,不,OK ?,问题：没有干涉图,FT-IR: 基本原理 .,没有信号,Check signal,检查动镜扫描灯 : 闪绿灯 ?,关闭OPUS-NT, 仪器关闭, 几秒钟后，重新开启仪器, 启动 OPUS-NT.,不，是红灯,问题：没有干涉图,FT-IR: 基本原理 .,没有信号,Check s
9、ignal,检查干涉仪的动镜扫描灯 : 闪绿灯?,更换 HeNe激光管,不，是红灯,问题：没有干涉图,FT-IR: 基本原理 .,Bruker光谱仪,FT-IR: 基本原理 .,谱图解析正己烷,正己烷 最常见的有机化合物。,谱图解析正己烷,这个样品是液体样品，夹在两个KBr窗片之间得到的谱图。从谱图上来看，这个化合物的红外吸收峰比较宽，表明该化合物是一个饱和化合物。由于饱和化合物有很多低能量的构象，每一种构象吸收峰的位置有一定的差异，谱峰的加宽是由于不同构象的峰叠加而成的。,谱图解析正己烷,谱图的解析一般从高波数开始，因为高波数谱峰频率与基团一一对应，而且最容易解释。在3000cm-1以上没有
10、吸收峰，表明没有不饱和的CH伸缩振动。在3000cm-1以下的四个峰是饱和C-H伸缩振动峰。,谱图解析正己烷,在2962cm-1处的峰是CH3基团的反对称伸缩振动。这种反对称伸缩振动范围296210cm-1，事实上，存在两个简并的反对称伸缩振动（显示其中一个）。,谱图解析正己烷,在2926cm-1处，是CH2的不对称伸缩振动峰，一般在292610cm-1范围内。,谱图解析正己烷,2872cm-1处是CH3的对称伸缩振动峰，一般波数范围为：287210cm-1。,谱图解析正己烷,在2853cm-1处的吸收峰，是CH2的对称伸缩振动峰，一般这种振动峰的吸收位置在：285310cm-1。,谱图解析正
11、己烷,这是C-H弯曲振动区域，把该区域放大CH2和CH3的弯曲振动峰叠加在一起，关于这一点，我们可以比较环己烷和2,3-二甲基丁烷在该区间的吸收峰。,谱图解析正己烷,在1460cm-1出现的宽峰实际上是两个峰叠加而成的。一般地，CH3基团的反对称弯曲振动峰的位置在146010cm-1,这是一个简并弯曲振动（仅显示一种）。,谱图解析正己烷,在145510cm-1处，是CH2的弯曲振动峰吸收值（也叫剪刀振动）。,谱图解析正己烷,在137510cm-1，是CH3对称弯曲振动（也叫“伞”弯曲振动）吸收峰位置，这个峰通常时很有用的，因为这个峰比较孤立，比较环己烷的谱图，最大的差异就是在环己烷谱图中没有C
12、H3基团的对称弯曲振动峰。,谱图解析正己烷,这是指纹区，这一段区间的吸收有很多的因素，很难解释。不管多么复杂，利用参考谱图进行比对，即可对样品进行定性判断。,谱图解析正己烷,当四个或更多的CH2基团在一根链上，72010 cm-1是CH2基团的摇摆振动。,谱图解析2,3-二甲基丁烷,2,3-二甲基丁烷 与正己烷相比，这两个化合物均有CH3和CH2基团；而环己烷却仅有CH2基团。,谱图解析2,3-二甲基丁烷,2962cm-1,CH3反对称伸缩振动（仅显示两个简并反对称伸缩振动模式之一）。,谱图解析2,3-二甲基丁烷,2880cm-1,CH3基团的伸缩振动。注意：这里没有CH2基团的吸收峰，因为该
13、分子中没有CH2基团。,谱图解析2,3-二甲基丁烷,1460cm-1，是CH3的反对称弯曲振动峰（仅显示两个简并模式中的一个）。,谱图解析2,3-二甲基丁烷,1380和1365cm-1，是CH3”伞“形弯曲振动峰，在正己烷中，这是一个单峰；在2,3-二甲基丁烷中，两个CH3基团联在同一个季碳上，这个峰就裂分成双峰，表明有叔丁基基团存在。,谱图解析2,3-二甲基丁烷,指纹区：在这个区域与标准谱比较即可对该样品定性，注意这个样品没有720cm-1的CH2的摇摆振动峰。,谱图解析1-己烯,1-己烯 你能分辨出哪一个峰是双键峰？（提示：与己烷峰比较即可得出结论）。,谱图解析1-己烯,3080cm-1,
14、 是CH2反对称伸缩振动峰。在3000cm-1以上有吸收峰，表面有不饱和基团存在（双键或炔烃或芳烃）。,谱图解析1-己烯,2997cm-1, =CH2的对称伸缩振动。一般来说，反对称伸缩振动吸收峰的频率要高于对称伸缩振动的频率。,谱图解析1-己烯,2960cm-1，是CH3的反对称伸缩振动峰。,谱图解析1-己烯,2924cm-1, CH2的反对称伸缩振动峰。,谱图解析1-己烯,2870cm-1, 是CH3的对称伸缩振动。,谱图解析1-己烯,2861cm-1，是CH2对称伸缩振动峰。,谱图解析1-己烯,1821cm-1（红色），是=CH2面弯曲振动，这是909cm-1处的基频峰的倍频峰（灰色），
15、倍频峰的吸收强度要比基频峰弱得多。,谱图解析1-己烯,1642cm-1是C=C伸缩振动，一般来说，164020cm-1是顺式和乙烯基的伸缩振动峰的位置;167010cm-1是反式、叔碳、季碳取代的双键伸缩振动峰的位置。反式-2-己烯只有一个很弱的吸收峰，这是因为内双键伸缩仅会导致偶极矩的微小变化（近似于对称的情况）。,谱图解析1-己烯,1466cm-1,CH3的反对称弯曲振动。,谱图解析1-己烯,1455cm-1,CH2剪刀弯曲振动。,谱图解析1-己烯,1379cm-1，CH3的伞形弯曲振动峰。,谱图解析1-己烯,指纹区：与参考谱图对比，即可以定性归属样品。注意：该谱图中没有720cm-1的CH2的摇摆振动吸收峰（一般只有4个或4个以上的CH2存在时才出现720cm-1的峰）。,谱图解析1-己烯,993cm-1,是=CH2的面扭曲振动，只有单取代或反式双键有此振动，该振动峰必须有两个反式的H存在；顺式双键有一个不同的面弯曲振动峰。,谱图解析1-己烯,909cm-1，是CH2面弯曲振动峰，只有端基带
