FTIR红外光谱原理及图谱解析一精.pptx

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1、红外光谱简单介绍红外光谱简单介绍红外光谱简单介绍红外光谱简单介绍.布鲁克光谱仪器公司布鲁克光谱仪器公司陆兴军陆兴军第1页/共51页当当一一束束红红外外光光射射到到物物质质上上，可可能能发发生生：吸吸收收、透透过过、反反射射、散散射射或或者者激激发发荧光（即拉曼效应）。荧光（即拉曼效应）。FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.红外光第2页/共51页不同波段的光连接起来构成成了整个光谱范围。不同波段的光连接起来构成成了整个光谱范围。FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.红外光第3页/共51页红外光光的辐射可以看作是波的运动，波长光的辐射可以看作是波的运动，波长

2、是两个连续峰之间的距离。是两个连续峰之间的距离。频率频率 是每秒光波通过的数目。是每秒光波通过的数目。c c：光在真空中的速度。光在真空中的速度。在红外中，经常使用的是波数。在红外中，经常使用的是波数。：cm-1FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第4页/共51页红外光谱仪每每一一台台傅傅立立叶叶变变换换红红外外光光谱谱仪仪，由由以以下下几几部部分分构构成成：一一个个光光源源、一一个个干干涉涉仪（分束器是它的一部分）以及一个检测器。仪（分束器是它的一部分）以及一个检测器。FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第5页/共51页到样品红外光源发出的光束红外光谱

3、仪干涉仪是红外光谱仪的心脏部件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。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-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第6页/共51页干涉仪干涉仪动动镜镜移移动动距距离离为为n n/2/2 ，即即光光程程差为差为n n 时时 干涉仪（单色光说明）FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第7页/共51页动动镜镜移移动动距距离离为为n n/4/4 ，即即光光程程差为差为n/2 n/2 时时 干涉仪（单色光说明）干涉仪干涉仪FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第

4、8页/共51页干涉图（以单色光说明）因为动镜以一定的速度（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。）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)得到的得到的ACAC组分组分II（）：）：就是所谓的干涉图。就是所谓的干涉图。FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第9页/共51页HeNe激光用来控制动镜的位置。激光用来控制动镜的位置。单色光束单色光束波长为波长为632.8 nm动镜FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第1

5、0页/共51页干涉图（非单色光）多多色色光光源源（例例如如中中红红外外的的GlobarGlobar光光源源或或近近红红外外的的钨钨灯灯），许许多多连连续续波波数数（即即频频率率）的光同时发射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。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。理理论论上上，我我们们可可以以从从-到到+范范围围，得得到到一一张张完整谱图，而且可以任何分辨率完整谱图，而且可以任何分辨率为了满足上述要求，我们必须做到：为了满足上述要求，我们必须做到：1.1.动镜的移动距离可以无限远；动镜的移动距离可以无限远；2.2.数据采样间隔无限小。数据采样间隔无限小

6、。相应的谱图相应的谱图FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第11页/共51页只是测试整个谱图范围的一只是测试整个谱图范围的一部分部分采用不同的光源、分采用不同的光源、分束器以及检测器束器以及检测器分辨率受到限制分辨率受到限制切趾函数切趾函数技术限制技术限制:解决方案解决方案:相应问题相应问题:旁瓣峰旁瓣峰牺牲谱图的分辨率牺牲谱图的分辨率采用光圈采用光圈采样间隔不能无限小采样间隔不能无限小(基于基于 HeNe激光激光)带宽限制带宽限制有折叠可能有折叠可能满足满足Nyquist 采样条件采样条件尖桩篱栅效应尖桩篱栅效应谱图充零谱图充零得到的干涉图不是对称的得到的干涉图不是对称的

7、相位问题相位问题相位校正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事实上，分辨率、带宽以及采样间隔受到谱仪的限制FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第12页/共51页谱图范围谱图范围的选择，决定了仪器采用的光学组件谱图范围的选择，决定了仪器采用的光学组件FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第13页/共51页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。两个不同频率的单色光，得到的干涉图以及相应的谱图。FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第14页/共51页分辨率FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理

8、基本原理.第15页/共51页切趾旁瓣旁瓣FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第16页/共51页切趾来减小旁瓣峰的强度牺牲 分辨率切趾旁瓣峰引起峰强度的变化，旁瓣峰削弱了主峰的强度旁瓣峰引起峰强度的变化，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这意味：切趾函数的选择取决于所需的分辨率FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第17页/共51页带宽带宽波长波长:632 nm带宽带宽: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-IRFT-I

9、R:基本原理基本原理基本原理基本原理.第18页/共51页为了避免假峰，必须满足 Nyquist采样条件。折叠折叠干涉图数据的采集FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第19页/共51页干涉图数据的采集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-1.632.8nm/2=316.4nm 31,600cm-1FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第20页/共51页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

10、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-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第21页/共51页尖桩篱栅效应尖桩篱栅效应谱图是根据谱图是根据ADC得到的干涉图经过傅立叶变换得到的。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。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。这个过程，透光率的准确度受到影响。干涉图数据的采集FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第22页/共51页为了避免尖桩篱栅效应，在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变换之前必须在

11、干涉图的尾部增加强度值为为0的数据点，这个过程就是所谓：充零。的数据点，这个过程就是所谓：充零。尖桩篱栅效应尖桩篱栅效应干涉图数据的采集FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第23页/共51页或 Measure.Measurement采集样品信号采集样品信号调入实验参数文件设置参数或打开测试窗口Check signal采集背景采集背景调整附件，使得光通量最大测试FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第24页/共51页没有干涉图，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?清理光路有有问题：没有干涉图FT-IRFT-IR:基本原理

12、基本原理基本原理基本原理.第25页/共51页检查最大值（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):显示在合适的范围内?Check signal不不问题：没有干涉图FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第26页/共51页检查 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I

13、R光源:取出光源(警告,光源是热的):发光吗?Check signal不不OK?问题：没有干涉图FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第27页/共51页没有信号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，是红灯不，是红灯问题：没有干涉图FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第28页/共51页没有信号Check signal检查干涉仪的动镜扫描灯:闪绿灯?更换 HeNe激光管不，是红灯不，是红灯问题：没有干涉图FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第29页/共

14、51页BrukerBruker光谱仪光谱仪光谱仪光谱仪FT-IRFT-IR:基本原理基本原理基本原理基本原理.第30页/共51页谱图解析谱图解析正己烷正己烷正己烷正己烷最最常常见见的的有有机机化化合合物。物。第31页/共51页谱图解析谱图解析正己烷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。第32页/共51页谱图解析谱图解析正己烷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，

15、而且最容易解释。在3000cm-1以上没有吸收峰，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。第33页/共51页谱图解析谱图解析正己烷正己烷在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）。第34页/共51页谱图解析谱图解析正己烷正己烷在2926cm-1处，是CH2的不对称伸缩振动峰，一 般 在 292610cm-1范围内。第35页/共51页谱图解析谱图解析正己烷正己烷2872cm-1处是CH3的对称伸缩振动峰，一般波数范围为：287210cm-1。第3

16、6页/共51页谱图解析谱图解析正己烷正己烷在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。第37页/共51页谱图解析谱图解析正己烷正己烷这是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。第38页/共51页谱图解析谱图解析正己烷正己烷在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）。第39页/共51页谱图解析谱图解析正己烷正己烷在145510c

17、m-1处，是CH2的弯曲振动峰吸收值（也叫剪刀振动）。第40页/共51页谱图解析谱图解析正己烷正己烷在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CH3基团的对称弯曲振动峰。第41页/共51页谱图解析谱图解析正己烷正己烷这是指纹区，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。第42页/共51页谱图解析谱图解析正己烷正己烷当当四四个个或或更更多多的的CH2基基团团 在在 一一 根根 链链 上上，72010 cm-1是是

18、CH2基基团的摇摆振动。团的摇摆振动。第43页/共51页谱图解析谱图解析2,3-二甲基丁烷二甲基丁烷2,3-二甲基丁烷二甲基丁烷与与正正己己烷烷相相比比，这这两两个个化化合合物物均均有有CH3和和CH2基基团团；而而环环己烷却仅有己烷却仅有CH2基团。基团。第44页/共51页谱图解析谱图解析2,3-二甲基丁烷二甲基丁烷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）。第45页/共51页谱图解析谱图解析2,3-二甲基丁烷二甲基丁烷2880cm-1,CH3基团的伸缩振动。注意：这里没有CH2基团的吸收峰，因为该分子中没有CH2基团。第46页/共51页谱图解析谱图解析2,3-二甲基丁烷二甲基丁烷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）。第47页/共51页谱图解析谱图解析2,3-二甲基丁烷二甲基丁烷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。第48页/共51页谱图解析谱图解析2,3-二甲基丁烷二甲基丁烷指指纹纹区区：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。第49页/共51页THANKS!第50页/共51页感谢您的观看。第51页/共51页