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1、v偏振红外光谱法就是从谱带在不同偏振光偏振红外光谱法就是从谱带在不同偏振光照射时的吸光度的变化规律，研究吸收谱照射时的吸光度的变化规律，研究吸收谱带的性质，归属，研究单晶的结构，分子带的性质，归属，研究单晶的结构，分子链构象，取向度等等物质的凝聚态结构信链构象，取向度等等物质的凝聚态结构信息息偏振红外光谱法是用偏振红外光对样品进行偏振红外光谱法是用偏振红外光对样品进行红外光谱测定的方法。红外光谱测定的方法。1. 偏振红外光谱的原理偏振红外光谱的原理（1）偏振光）偏振光a)自然光自然光b)自然光的分解自然光的分解。偏振率偏振率 I/-I = I/+I 这里里I/和和I是自然光是自然光通通过偏振器
2、后偏振器后产生生的平行偏振光的平行偏振光强度度与垂直偏振光的与垂直偏振光的强度度 红外光谱中吸收光的强弱不仅与偶极矩的变化大小有关红外光谱中吸收光的强弱不仅与偶极矩的变化大小有关而且与偶极矩变化的方向而且与偶极矩变化的方向(振动的方向振动的方向)有关。如果跃迁矩有关。如果跃迁矩的矢量方向与入射光的电矢量方问平行，吸收就最强，的矢量方向与入射光的电矢量方问平行，吸收就最强，该谱带则称为平行谱带。反之，如振动跃迁矩的矢量方该谱带则称为平行谱带。反之，如振动跃迁矩的矢量方向与入射光的电矢量方向垂直，就不产吸收，该谱称为向与入射光的电矢量方向垂直，就不产吸收，该谱称为垂直谱带。通常由于红外光源产生的光
3、是自然光，在各垂直谱带。通常由于红外光源产生的光是自然光，在各个方向上都有振动，所以对于样品中的任何方向的红外个方向上都有振动，所以对于样品中的任何方向的红外活性振动都会产生吸收谱带。当入射光为偏振光时，就活性振动都会产生吸收谱带。当入射光为偏振光时，就会遵循上述吸收规律。平行谱带在平行偏振光的红外光会遵循上述吸收规律。平行谱带在平行偏振光的红外光谱图中吸收增强，垂直谱带强度下降。反之，垂直谱带谱图中吸收增强，垂直谱带强度下降。反之，垂直谱带在垂直偏振光红外光谱中谱带增强，平行谱带强度下降在垂直偏振光红外光谱中谱带增强，平行谱带强度下降，甚至消失。，甚至消失。2. 红外光谱的原理和特征红外光谱
4、的原理和特征光源光源偏振器偏振器SP红外二相色性基本原理示意图红外二相色性基本原理示意图S:红外光源红外光源 P:偏振器偏振器 M:振动矩跃迁方向振动矩跃迁方向平行谱带：跃迁矩的矢量方向与入射光的电矢量方向平行，吸收最强平行谱带：跃迁矩的矢量方向与入射光的电矢量方向平行，吸收最强垂直谱带：跃迁矩的矢量方向与入射光的电矢量方向垂直，就不产生吸收垂直谱带：跃迁矩的矢量方向与入射光的电矢量方向垂直，就不产生吸收3. 红外二向色性比红外二向色性比1. 1. 红外二向色性比的定义红外二向色性比的定义偏振光与晶轴平行或与高分子样品的拉伸方向平行时称为偏振光与晶轴平行或与高分子样品的拉伸方向平行时称为平行光
5、平行光，反之，称为反之，称为垂直光垂直光。二向色性比二向色性比: : R=A/AR大于大于1的的谱带称为称为平行平行谱带R小于小于1的的谱带称为称为垂直垂直谱带偏振红外光谱中谱带强度随偏振光的方向的改变而发生明偏振红外光谱中谱带强度随偏振光的方向的改变而发生明显起落的现象，称为谱带的显起落的现象，称为谱带的红外二向色性。红外二向色性。2. 2. 高分子的二向色性比高分子的二向色性比最简单的单轴取向形式的理想状态是分子最简单的单轴取向形式的理想状态是分子链全在拉伸方向取向，此时振动的跃迁矩方链全在拉伸方向取向，此时振动的跃迁矩方向相对于分子链是旋转对称分布的。此时的向相对于分子链是旋转对称分布的
6、。此时的二向色性与跃迁矩方向和分子链的夹角二向色性与跃迁矩方向和分子链的夹角a a有关有关R = 2ctg2 =5444=5444 时时,R,R就为就为1, 1, 该谱该谱带没有二向色性带没有二向色性, , 谱带的强度谱带的强度将与取向程度无关。将与取向程度无关。Schematic arrangement for the polarized infrared measurements0o90oIR检测器偏振片x xy yz z二、二、 偏振红外光谱的测定偏振红外光谱的测定1. 样品的制备样品的制备较大晶体较大晶体解理面剖开解理面剖开小晶粒样品小晶粒样品晶体培养晶体培养 表面抛光表面抛光高聚物高
7、聚物随研究目的而随研究目的而变化变化生物膜生物膜红外红外ATR技术技术溶于溶剂中制成膜溶于溶剂中制成膜 偏振红外光谱法对晶体样品和取向高聚物的样品制备有其偏振红外光谱法对晶体样品和取向高聚物的样品制备有其特殊性。特殊性。一，晶体样品一，晶体样品1，对于较大的晶体样品，可用刀片顺着晶体的解理面剖开，对于较大的晶体样品，可用刀片顺着晶体的解理面剖开，取得合适厚度的单晶片进行测定。取得合适厚度的单晶片进行测定。2，对于小颗粒样品，则需采用晶体培养的方法使晶粒尽可能，对于小颗粒样品，则需采用晶体培养的方法使晶粒尽可能长大，然后对不同晶粒采用不同的方法进行表面抛光处理，以长大，然后对不同晶粒采用不同的方
8、法进行表面抛光处理，以得到合适厚度及表面光滑的颗粒。得到合适厚度及表面光滑的颗粒。二，取向高聚物样品二，取向高聚物样品 取向高聚物样品随研究的目的而变化。通过选择所需的条取向高聚物样品随研究的目的而变化。通过选择所需的条件，如一定的温度、拉伸比、拉伸速度等。件，如一定的温度、拉伸比、拉伸速度等。1，对纤维及薄膜样品进行拉伸而制得其取向的样品。，对纤维及薄膜样品进行拉伸而制得其取向的样品。2，热塑性树脂可用挤出、热压等方法制得取向样品薄膜。，热塑性树脂可用挤出、热压等方法制得取向样品薄膜。 改变制样条件与方法可以研究不同取向条件及不同加工改变制样条件与方法可以研究不同取向条件及不同加工条件对高聚
9、物取向度及结构的影响。条件对高聚物取向度及结构的影响。 样品的制备样品的制备三，取向生物膜的制备三，取向生物膜的制备 由于生物薄膜其生物活性大多在界面，故感兴趣的往往是界由于生物薄膜其生物活性大多在界面，故感兴趣的往往是界面结构信息和取向信息，因此膜的偏振红外光谱研究均采用红外面结构信息和取向信息，因此膜的偏振红外光谱研究均采用红外ATR技术，技术，ATR的棱镜晶片为生物膜的支持体。的棱镜晶片为生物膜的支持体。1，生物样品首先用氛仿或水制成，生物样品首先用氛仿或水制成10-3的溶液或悬浮液。滴于清洁的溶液或悬浮液。滴于清洁的的ATR晶片上，在黑暗的空气环境中晶片上，在黑暗的空气环境中50 下缓
10、慢干燥即可获得纯下缓慢干燥即可获得纯取向生物膜。如需研究生物物质与膜的相互作用及其在膜表面的取向生物膜。如需研究生物物质与膜的相互作用及其在膜表面的结构信息，可把生物样品与膜基体物质以一定比例溶于氯仿混合，结构信息，可把生物样品与膜基体物质以一定比例溶于氯仿混合，在在300 下真空挥发得到干燥的膜；下真空挥发得到干燥的膜；2，如需研究其水合物的结构与取向可再以少量水分散，加热至，如需研究其水合物的结构与取向可再以少量水分散，加热至30，30分钟后得水合物，再在分钟后得水合物，再在350 下超音处理下超音处理10分钟，悬浮分钟，悬浮液离心液离心30分钟后，把悬浮液滴在晶片上，在室温下空气干燥可形
11、分钟后，把悬浮液滴在晶片上，在室温下空气干燥可形成平行于晶体表面的膜。成平行于晶体表面的膜。 3，如需制备多层双分子取向膜，可把生物制品，如需制备多层双分子取向膜，可把生物制品(如磷脂如磷脂)溶于氯溶于氯仿或水仿或水(约约50l)，滴一滴溶液在晶片上，用一聚四氟乙烯小棒乎滴一滴溶液在晶片上，用一聚四氟乙烯小棒乎放在晶片表面，液滴在棒与晶片之间呈毛细分散状。慢慢沿棱镜放在晶片表面，液滴在棒与晶片之间呈毛细分散状。慢慢沿棱镜平面移动棒多次，直至溶剂挥发可形成多分子双层结构。平面移动棒多次，直至溶剂挥发可形成多分子双层结构。 偏振红外光谱所需的偏振红外光是由普通的红外光偏振红外光谱所需的偏振红外光是
12、由普通的红外光源产生的自然光通过偏振器偏振而得到的。偏振器有两源产生的自然光通过偏振器偏振而得到的。偏振器有两种，一是电介质偏振器，一是线栅偏振器。偏振器必须种，一是电介质偏振器，一是线栅偏振器。偏振器必须具备两个条件，一是产生的偏振光的偏振度要高，即偏具备两个条件，一是产生的偏振光的偏振度要高，即偏振效率要高，二是偏振光的强度要大，即自然光通过偏振效率要高，二是偏振光的强度要大，即自然光通过偏振器后衰减要尽量小。振器后衰减要尽量小。v电介质偏振器电介质偏振器v透过式偏振器透过式偏振器v反射式偏振器反射式偏振器v线栅偏振器线栅偏振器2. 偏振器偏振器 偏振器的放置位置在色散型的红外光谱仪中，可
13、放在样偏振器的放置位置在色散型的红外光谱仪中，可放在样品与单色器之间，也可放置在光源与样品之间，为了避免样品与单色器之间，也可放置在光源与样品之间，为了避免样品的双折射的干扰，采取前一个放置位置较好。在傅里叶变品的双折射的干扰，采取前一个放置位置较好。在傅里叶变换红外光谱仪中，干涉仪和反射镜会干扰偏振换红外光谱仪中，干涉仪和反射镜会干扰偏振，光束分裂器光束分裂器的效率常常强烈地受偏振的影响，在不同方向的光强是不相的效率常常强烈地受偏振的影响，在不同方向的光强是不相等的。因此偏振器宜放在干涉仪与样品之间，并旋转偏振器等的。因此偏振器宜放在干涉仪与样品之间，并旋转偏振器的方向以获得最大透过强度。在
14、进行偏振红外光谱测定时，的方向以获得最大透过强度。在进行偏振红外光谱测定时，通常不是旋转偏振器而是旋转样品通常不是旋转偏振器而是旋转样品90 。，以不改变背景光。，以不改变背景光谱。但在谱。但在FTIR仪上，由于均与背景光谱进行比例后得到样品仪上，由于均与背景光谱进行比例后得到样品光谱，两个旋转方式均可使用。光谱，两个旋转方式均可使用。偏振器的放置偏振器的放置傅里叶变换红外光谱仪中的光束分裂器和仪器中的光学反射傅里叶变换红外光谱仪中的光束分裂器和仪器中的光学反射镜均会引起光的偏振，这称为仪器的机械偏振，这种偏振的镜均会引起光的偏振，这称为仪器的机械偏振，这种偏振的结果将会引起红外二向色性比测量
15、的误差。结果将会引起红外二向色性比测量的误差。cherney发现如使发现如使偏振光的电矢量方向与仪器的方向呈偏振光的电矢量方向与仪器的方向呈45角，就可克服仪器偏角，就可克服仪器偏振的影响，也就是在实际测量时，使样品的晶轴或高聚物样振的影响，也就是在实际测量时，使样品的晶轴或高聚物样品的取向方向与正常的样品位置品的取向方向与正常的样品位置(狭缝位置狭缝位置)以以45 的倾斜角放的倾斜角放置，然后放置偏振器，使偏振光的电矢量方向与样品的取向置，然后放置偏振器，使偏振光的电矢量方向与样品的取向方向一致，也就是与狭缝呈方向一致，也就是与狭缝呈45 角，所测得的偏振红外光谱角，所测得的偏振红外光谱就不
16、受仪器偏振的干扰，反映样品的各种振动的真实情况。就不受仪器偏振的干扰，反映样品的各种振动的真实情况。某种取向材料的极坐标图，在某种取向材料的极坐标图，在90和和270度时某波数处的峰度时某波数处的峰强最高，证明材料是按此方向排列的强最高，证明材料是按此方向排列的偏振红外光谱的应用偏振红外光谱的应用一、研究化合物的结构与构象一、研究化合物的结构与构象二、单分子膜分子取向与排列的研究二、单分子膜分子取向与排列的研究三、归属化合物红外光谱的谱带三、归属化合物红外光谱的谱带四、高分子材料的取向、取向松弛及断裂过程的研究四、高分子材料的取向、取向松弛及断裂过程的研究五、分离重叠的红外谱带五、分离重叠的红
17、外谱带六、在生物化学和生物物理研究中的应用六、在生物化学和生物物理研究中的应用三、三、 偏振红外光谱的应用偏振红外光谱的应用1. 化合物的结构与构象化合物的结构与构象偏振红外光谱谱带的偏振红外光谱谱带的频率位置及强度与该频率位置及强度与该基团或结构的周围环基团或结构的周围环境及本身振动跃迁矩境及本身振动跃迁矩的方向密切有关，因的方向密切有关，因此可以从偏振红外光此可以从偏振红外光谱带强度及频率的变谱带强度及频率的变化来推断化合物的结化来推断化合物的结构与构象。构与构象。测定酰胺测定酰胺I谱带的二向色性比，谱带的二向色性比，R 1则是平行谱带，属则是平行谱带，属 螺旋链结构螺旋链结构R 1则为垂
18、直谱带，属则为垂直谱带，属 链结构链结构2。单分子膜分子取向与排列。单分子膜分子取向与排列控制红外光的偏振方向，可得到单分子膜（控制红外光的偏振方向，可得到单分子膜（LB膜）不同方向的振动信息。膜）不同方向的振动信息。3。归属化合物红外光谱的谱带。归属化合物红外光谱的谱带4。研究高分子材料的取向、取向松弛及断裂过程。研究高分子材料的取向、取向松弛及断裂过程特点在于可以通过不同的特征吸收谱带特点在于可以通过不同的特征吸收谱带对不同结构的取向进行研究，如结晶区对不同结构的取向进行研究，如结晶区的取向、非晶区的取向的取向、非晶区的取向 、分子链的取向、分子链的取向、侧链的取向等从而研究在拉伸、热处理侧链的取向等从而研究在拉伸、热处理及不同加工条件下的聚合物结构。及不同加工条件下的聚合物结构。5。分离重叠的红外谱带。分离重叠的红外谱带6。在生物化学和生物物理研究中的应用。在生物化学和生物物理研究中的应用
