现代红外光谱分析培训报告

1. 现代红外光谱分析培训报告 培训老师及内容 一、吴天明：中红外光谱的发展、基本理论及应用 --中国科学院上海有机化学所 高级工程师 --上海红外光谱应用技术协会 理事长 核心组长 二、杜一平：近红外光谱分析基本理论、发展、分析仪器 及测量技术、化学计量学方法的应用 --华东理工大学分析测试中心 --华东理工大学化学与分子工程学院 --上海市功能材料化学重点实验室 --结构可控先进功能材料及其制备教育部重点实验室

2. 目 录 一、红外光谱分析的基本理论 二、红外光谱分析发展简介 三、红外光谱分析应用介绍

3. 红外光谱分析的基本理论-宏观运动、微观运动红外光谱分析的基本理论-宏观运动、微观运动 宏观运动:直接能感知的地球上的一切活动，地球之外的宇宙空间中 的星球运动…… 。人类借助视觉、感觉的延伸工具进行观 察、研究。 微观运动:微生物、细菌…… 等生物体的初级微观运动，可借助工具 (如显微镜)进行观察研究。高级的微观运动―物质分 子、原子的运动，只能借助仪器进行探测、研究。 微观世界物质运动遵循的规律：△E=h ν （△E：能量变换值，h为普郎克常数，ν为电磁波频率） 物质各种微观运动的多种形式，对应于各种电磁波频率的响应。各种光谱分析方法，就是利用各种电磁波频率的光，对物质的分子、原子、电子的运动进行研究、分析的好方法。

4. 红外光谱分析的基本理论-电磁波谱

5. 各种电磁波频率对应的物质各种微观运动

6. 中、近红外光谱范围 Far-IR Near-IR • 中红外光谱范围 • 官能团，分子振动 • 4,000 - 400 cm-1 • 2500 - 25,000 nm • 近红外光谱范围 • 分子振动的倍频:可以看到中红外基频的二或三倍频 光谱 • 12,800 – 4,000 cm-1 • 780 – 2,500 nm • OH, NH, CH, SH 等官能团在近红外有强吸收 Mid -IR 分子振动

7. E=hν(v+1/2) ν=1/2π(k/μ)1/2 Wavelength v is vibrational quantum number Third overtone v=3 combination Second overtone v=2 Excited states v=1 First overtone Fundamental transition v=0 Ground state Quantum mechanism of vibrational specroscopy Energy E

8. NIR 光谱范围 2nd倍频 3rd倍频 近红外光谱范围 1 Absorbance 0.5 基频 (Mid IR) 1st倍频 Wavenumbers 10000 8000 6000 4000 2000 1000

9. 分子的微观运动 对应的电磁波频段： 0.8 微米 ― 1000微米 12500波数―10 波数 其频段包括近红外、中红外、和远红外整个红外波段。分子微观运 动方式，分子的振动和转动。 中红外区域(25微米―2.5微米)表现的是分子振动和转动的基本信 息,故称(中)红外光谱为分子振―转光谱。 远红外区域以分子转动信息为主。近红外区域是含H基团振动的倍 频区。 分子形态各异的振动―转动信息,在红外光谱上充分展现。红外光 谱谱峰复杂、难解;谱峰归属和指认靠经验和积累。 红外光谱对样品适应性最强：固体、液体和气体都能做 。

10. 红外光谱产生过程中的能量关系 物质只要有一定的温度，它的分子就有一定的运动，与外界就必然 会有能量交换。 交换方式：吸收外界能量或向外界辐射能量。 量子力学观点：分子的振动和转动，按其所处的状态，可有多种能阶变化，这种变化是不连续的。分子运动时，是在能阶之间按选律发生跃 迁的。 分子振动、转动时所需的能量，恰好与红外光波段的能量相当。 当红外光照射到样品分子时，分子会按照振动 和转动的各种特征需要，选择性地吸收红外光的某些波长的光能。

11. 分子运动产生红外光谱的内在联系 分子中各种键的振动、转动的多样性，使它们在吸收红外光能量时，在波长上、强度上都不相同。于是，经过样品分子吸收后的红外透射光，在各个波长上的能量分布就产生强弱起伏变化。这是红外光谱进行分子鉴定的物质基础：分子中各结构单元（基团或键）运动时所吸收的能量，必然会在某波长上对应地显示出来。用仪器记录下各波长上的能量分布变化，这就是红外光谱图。 这种由样品分子吸收外界红外光波能量而产生的光谱，称为红外吸收光谱。（简称：红外光谱。又称：分子光谱，振—转光谱） 同理：一定温度下的样品分子，在较高能阶上运动时，也可以向低能阶跃迁，向外界以红外光形式辐射出能量。记录下辐射能量在红外光各波长上的分布，这就是红外辐射光谱（或称：红外发射光谱）。

12. Digilab，Nicolet ，Bruker，Bekman， Bomen，Mattson，Analect，Perkin – – Elmer，岛津，日本分光 瑞利（Reyleigh）指出：用付里叶变换 …… FTIR 光谱仪开始投入市场 …… 计算干涉条纹数据可求出相应的辐射光谱。 Fourier Transform Infrared Spectroscopy 发 展 简 史 1891年： 迈克尔逊（Michelson）干涉仪制成。 1897年： 鲁勃（Rubers）首先准确地测量了干涉图。 1911年： 1949年： 菲尔凯特（Fellgett）首先完成从干涉图 经过付里叶 变换的数值计 算得到光谱图。 Cooley – Tukey 发明了FFT 计算法，并用 FTT 法快速获得光谱。 1965年： 70年代初： 由于计算机的快速发展，涌现了各种品 牌的高性能、低价格FTIR 光谱仪： 80年代初：

13. 红外光谱样品制样方法 透过法 镜反射法 全反射法（ATR） 粉碎后用压片法 超薄膜用反射吸收法 红外显微镜法 膜片状 液膜法 —适用一般液体样品。 液池法 —用密封液体池装样，适用于 低沸点液体样品。 涂膜法 —流动性差的粘液样品。 气相法 —蒸气压高或沸点低的液样,气化 后灌入气体池测定. 溶液法 —溶解后用液池法测定。 ATR法—适用一般液体样品。 聚合物样品 液 体 液膜法 溶液法 ATR法 配溶液后挥发成膜法 粘稠液 ATR为主 漫反射法 光声光谱法 弹性体表面涂层：纤维、织物、纸样 压片法—适用不会潮介、分介的全部固样。 糊状法—磨细后，加入液态介质调成糊状。 溶液法—溶解后用液池法测定。 熔融法—加热熔化呈液态测定。 其他多种方法，如：漫反射法、光声光谱法、 显微镜反射法等。 其他形状 固 体 块状、粉状： 能磨细的—参照固体处理。 能溶解的—参照溶液法。 能成膜的—膜片法处理。 气体－用气体吸收池，测气相光谱。 低温下测其液相光谱。

14. 特征基团频率 Ⅳ、含氮类化合物 1、酰胺 2、胺与亚胺 3、氨基酸及盐 4、不饱和含氮化合物 Ⅴ、其他 1、有机磷化合物` 2、有机硫化合物 3、有机硅化合物 4、卤素化合物 5、无机化合物 Ⅰ、烃类化合物 1、烷烃 2、烯烃 3、炔烃 4、芳烃 Ⅱ、含氧类化合物 1、醇、酚 2、醚及相关化合物 Ⅲ、羰基化合物 1、醛 2、酮 3、羧酸及羧酸盐 4、酯和内酯 5、酸酐 6、酰卤

15. 基团频率例举：芳烃主要谱峰频率 按芳烃的结构、取代类型，它们的频率分布如下： 苯环取代类型的特征判据：相邻氢吸收峰（结合倍频、合频区图样） 苯核骨架的特征判据 2000—1660cm-1是CH面外变角振动倍频、合频区，各种取代类型有典型图样。

16. 近红外光谱法的优点 • 无需制样 • 可以直接对玻璃包装和塑料包装材料中的样品进行无损或无菌分析 • 使用方便、简单 • 数据准确、可移植、重现性好。 • 快速分析 • 代替传统化学分析方法 • 无需使用危险的化学试剂 • 无损分析 • 远距离样品分析 源于近红外光谱技术灵敏度低！

17. 近红外光谱分析 – 工作流程 • 准备仪器 • 收集样品 • 样品分析-常规方法 • 近红外光谱测量 • 光谱处理 • 建立模型 • 模型检验 • 模型转移方法 • 应用-预测 • 模型管理

18. NIR 在生产制造业的应用 生产过程 监测 原料品质鉴定 QC 质控 最终产品检测

19. 近红外光谱分析-国家标准方法

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