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红外光谱仪的原理及应用,红外光谱原理及应用

admin admin 发表于2024-01-12 01:43:30 浏览24 评论0

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红外光谱原理及应用

原理：红外光谱是一种分析化学技术，它是利用物质分子吸收红外辐射所产生的振动和转动能级跃迁以及其带来的波长变化进行物质分析和鉴定的。
应用：红外光谱多用于高分子材料的表征与分析，如塑料、涂层、纤维、填料等。同时，在材料设计、催化反应、生物医学、环境监测等领域也有广泛应用，如在药物制剂质量控制中，可以通过FTIR检测样品的成分、含量、纯度等。因此，FTIR在材料科学、化学、生物医学等领域都有着广泛的应用。
拓展：FTIR，即傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform infrared spectroscopy），是红外光谱的一种常见分析技术。FTIR在化学合成、聚合反应中材料结构特征的表征，同时还能够检测材料的污染、氧化过程以及对其进行质量控制等。FTIR的原理是将样品加入到一个光路中，然后通过光源和光谱仪来发送和接收红外光信号。每个物质都有其一特定的光谱指纹，因此可以通过与库中已知的光谱进行比较，从而准确地鉴定出材料的成分。

红外光谱仪的原理及应用

红外光谱仪的原理：
傅立叶变换红外光谱仪被称为第三代红外光谱仪，利用麦克尔逊干涉仪将两束光程差按一定速度变化的复色红外光相互干涉，形成干涉光，再与样品作用。探测器将得到的干涉信号送入到计算机进行傅立叶变化的数学处理，把干涉图还原成光谱图。
红外光谱仪的应用：
应用于染织工业、环境科学、生物学、材料科学、高分子化学、催化、煤结构研究、石油工业、生物医学、生物化学、药学、无机和配位化学基础研究、半导体材料、日用化工等研究领域。
红外光谱可以研究分子的结构和化学键，如力常数的测定和分子对称性等，利用红外光谱方法可测定分子的键长和键角，并由此推测分子的立体构型。根据所得的力常数可推知化学键的强弱，由简正频率计算热力学函数等。
分子中的某些基团或化学键在不同化合物中所对应的谱带波数基本上是固定的或只在小波段范围内变化，因此许多有机官能团例如甲基、亚甲基、羰基，氰基，羟基，胺基等等在红外光谱中都有特征吸收，通过红外光谱测定，人们就可以判定未知样品中存在哪些有机官能团，这为最终确定未知物的化学结构奠定了基础。
由于分子内和分子间相互作用，有机官能团的特征频率会由于官能团所处的化学环境不同而发生微细变化，这为研究表征分子内、分子间相互作用创造了条件。
分子在低波数区的许多简正振动往往涉及分子中全部原子，不同的分子的振动方式彼此不同，这使得红外光谱具有像指纹一样高度的特征性，称为指纹区。利用这一特点，人们采集了成千上万种已知化合物的红外光谱，并把它们存入计算机中，编成红外光谱标准谱图库。
人们只需把测得未知物的红外光谱与标准库中的光谱进行比对，就可以迅速判定未知化合物的成份。
进行化合物的鉴定 进行未知化合物的结构分析。
进行化合物的定量分析 进行化学反应动力学、晶变、相变、材料拉伸与结构的瞬变关系研究。
工业流程与大气污染的连续检测。
在煤炭行业对游离二氧化硅的监测。
卫生检疫，制药，食品，环保，公安，石油， 化工，光学镀膜，光通信，材料科学等诸多领域珠宝行业的检测。
水晶石英羟基的测量、聚合物的成分分析、药物分析......

红外光谱仪主要用于哪些方面？

红外光谱仪主要用于检测物质的红外辐射谱，可以提供关于物质分子的结构、组成、功能和状态的信息。
红外光谱仪通过测量物质在红外波段的吸收、散射、透射和反射等特性，实现对物质的分析和识别。红外光谱仪在化学、材料科学、生命科学、环境监测等领域有广泛的应用。在化学中，红外光谱仪可以用于物质的定性和定量分析，例如鉴别有机物的官能团和化学键，分析聚合物的结构等。
在材料科学中，可以利用红外光谱仪研究材料的晶体结构、表面性质、热学性能等。在生命科学中，可以通过红外光谱仪来研究蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的结构和功能。在环境监测中，可以利用红外光谱仪来检测大气污染物、水质污染物、土壤成分等。
红外光谱仪具有高分辨率、高灵敏度、非破坏性等特点，可以提供准确和可靠的分析结果。它是一种重要的分析工具，帮助科学家和工程师深入研究物质的性质和特征，推动科学研究、工业生产和环境保护的发展。
红外光谱特点：
1、高精度：红外光谱仪能够提供高精度的光谱数据，可以准确分析物质的组成和结构。
2、宽波长范围：红外光谱仪可以覆盖广泛的波长范围，从近红外到远红外，适用于各种物质的分析。
3、非破坏性：红外光谱仪通过检测物质的红外辐射而不直接接触样品，无需破坏样品结构，可以实现非破坏性分析。
4、快速分析：红外光谱仪具有快速的样品分析速度，可以在短时间内获取详细的红外谱图。
5、多样性应用：红外光谱仪广泛应用于化学、材料科学、生命科学等领域，用于物质识别、结构分析、质量控制等。
6、易于操作：红外光谱仪具有简单易用的特点，操作界面友好，操作技术门槛较低。
7、高灵敏度：红外光谱仪对分析物质的红外辐射具有高灵敏度，能够检测到微量成分。

红外光谱的基本原理

红外光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。
红外光谱的原理是当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振(转)动能级跃迁到能量较高的振动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波长的光就被物质吸收。
所以，红外光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。
红外光谱 (Infrared Spectroscopy, IR) 的研究开始于 20 世纪初期，自 1940 年商品红外光谱仪问世以来，红外光谱在有机化学研究中得到广泛的应用。现在一些新技术 （如发射光谱、光声光谱、色，红联用等） 的出现，使红外光谱技术得到更加蓬勃的发展。
量子力学：
量子力学研究表明，分子振动和转动的能量不是连续的，而是量子化的，即限定在一些分立的、特定的能量状态或能级上。以最简单的双原子为例，如果认为原子间振动符合简谐振动规律，则其振动能量Ev可近似地表示为：式中h为普朗克常数；v为振动量子数（取正整数）；v0为简谐振动频率。当v=0时，分子的能量最低，称为基态。
处于基态的分子受到频率为v0的红外射线照射时，分子吸收了能量为hv0的光量子，跃迁到第一激发态，得到了频率为v0的红外吸收带。反之，处于该激发态的分子也可发射频率为v0的红外射线而恢复到基态。v0的数值决定于分子的约化质量μ和力常数k。k决定于原子的核间距离、原子在周期表中的位置和化学键的键级等。
分子越大，红外谱带也越多，例如含12个原子的分子，它的简正振动应有30种，它的基频也应有30条谱带，还可能有强度较弱的倍频、合频、差频谱带以及振动能级间的微扰作用，使相应的红外光谱更为复杂。

红外光谱适用于什么样品的检测

红外分近，中，远三种。根据应用范围看，近红外是测试气体样品的，中红外是测试有机化合物的，远红外是测试无机物类的。红外光谱可以测试各种状态的样品，气体，液体及固体都可以，配上不同的测试方法还可以不用损坏样品进行测试的。
供参考。
不管是固体液体还是气体样品，都需要有红外活性才能使用红外光谱检测，即其组成分子或某个基团做不对称的震动或者转动才行，像CO2就无法用红外光谱检测，因为它的分子运动是对称的，不具有红外活性。
一、红外光谱仪基本原理
　　傅立叶变换红外光谱仪被称为第三代红外光谱仪，利用麦克尔逊干涉仪将两束光程差按一定速度变化的复色红外光相互干涉，形成干涉光，再与样品作用。探测器将得到的干涉信号送入到计算机进行傅立叶变化的数学处理，把干涉图还原成光谱图。
二、红外光谱仪使用范围
　　应用于染织工业、环境科学、生物学、材料科学、高分子化学、催化、煤结构研究、石油工业、生物医学、生物化学、药学、无机和配位化学基础研究、半导体材料、日用化工等研究领域。
三、红外光谱仪仪器特点
　　1、 只需三个分束器即可覆盖从紫外到远红外的区段；
　　2、 干涉仪，连续动态调整，稳定性极高；
　　3、 可实现LC/FTIR、TGA/FTIR、GC/FTIR等技术联用；
　　4、 智能附件即插即用，自动识别，仪器参数自动调整；

红外光谱仪的原理和应用是什么？

N-H峰的质子化学位移在较低场，δ值为2.2-2.9。
有N-H键及C-N键的吸收峰。N-H键的伸缩振动在3300~3500cm-1。伯胺为双峰。仲胺为单峰。C-N键的伸缩振动一般在1190 cm-1左右。
分子的振动形式可以分为两大类：伸缩振动和弯曲振动。前者是指原子沿键轴方向的往复运动，振动过程中键长发生变化。后者是指原子垂直于化学键方向的振动。通常用不同的符号表示不同的振动形式，例如，伸缩振动可分为对称伸缩振动和反对称伸缩振动，分别用 Vs 和Vas 表示。
弯曲振动可分为面内弯曲振动(δ)和面外弯曲振动(γ)。从理论上来说，每一个基本振动都能吸收与其频率相同的红外光，在红外光谱图对应的位置上出现一个吸收峰。
实际上有一些振动分子没有偶极矩变化是红外非活性的；另外有一些振动的频率相同，发生简并；还有一些振动频率超出了仪器可以检测的范围，这些都使得实际红外谱图中的吸收峰数目大大低于理论值。
扩展资料：
当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振(转)动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波长的光就被物质吸收。
所以，红外光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。
将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来，就得到红外光谱图。红外光谱图通常用波长(λ)或波数(σ)为横坐标，表示吸收峰的位置，用透光率(T%)或者吸光度(A)为纵坐标，表示吸收强度。
参考资料来源：百度百科-红外光谱

红外光谱的原理是什么？

红外光谱原理是红外光谱是一种分子吸收光谱，利用红外光谱法对有机物进行定性和定量的检测，通过红外线光谱仪发出红外线光线，再将光线照射到待检测物体的表面，有机物因其吸收特性会吸收红外光，从而产生红外光谱图。技术人员可根据红外光谱图找到与吸收峰相对应的化学基团数据库，对待测物质的构成和所属状态进行定性分析。
红外光谱的分类
红外光谱可分为近红外光谱技术、远红外光谱技术和傅立叶变换红外光谱技术。
近红外光谱技术的分子中存在4种不同形式的能量，分别是平动能，转运能，振动能和电子能。在近红外光谱技术中，近红外区域产生的倍频和合频的吸收往往比中红外弱，背景十分复杂，谱峰重叠的现象十分严重，有时必须借助化学计量方法才能提供有效的信息。
远红外光谱技术是利用物体在远红外区的吸收光谱，这个区域的光源能量十分弱小，吸收谱带主要是气体分子中的纯转动跃迁和液体中重原子的伸缩振动，因此一般不在远红外光谱区进行定量分析。
傅立叶变换红外光谱技术是一种快速，无损食品分析的检测技术，主要通过与化学计量学的方法相结合，实现定性定量分析。

红外光谱的应用

红外光谱最重要的应用是有机化合物的结构鉴定。
红外光谱简介：
19世纪初科研人员证实了红外光的存在，二十世纪初进一步了解到不同官能团具有不同的红外吸收频率。1950年研究出自动记录式红外分光光度计。1970年出现了傅立叶变换型红外光谱仪。日前，红外测定技术如全反射红外、显微红外、光声光谱以及色谱-红外联用等也不断发展和完善，推动了红外光谱法在各个领域中的广泛应用。
作为一种分子振动-转动光谱，红外光谱最重要的应用是有机化合物的结构鉴定。通过对比谱图中各个吸收峰的解析，可以获取分析样品中官能团、顺反异构、取代基位置、氢键结合以及络合物的形成等结构信息。
与标准谱图比较，可以进一步的确定化合物的结构；近年来红外光谱的定量分析应用也有不少报道,尤其是近红外、远红外区的研究报告在增加。如近红外区用于含有与C、N、O等原子相连基团化合物的定量；远红外区用于无机化合物研究等。
任何气态、液态、固态样品均可进行红外光谱测定，这是其它仪器分析方法难以做到的。由于每种化合物均有红外吸收，尤其是有机化合物的红外光谱能提供丰富的结构信息，因此红外光谱是目前有机化合物结构解析的重要手段之一。

红外光谱分析有什么用途？

1、而在各种鉴定手段中红外光谱以其方便灵敏的特性成为有机物结构鉴定的重要手段，除了它对分析结构特征反应灵敏这一特点外，红外光谱仪与计算机直接联机，也为引进一些与计算机科学有关的智能手段创造了条件。
2、作为一种分子振动-转动光谱，红外光谱最重要的应用是有机化合物的结构鉴定。通过对比谱图中各个吸收峰的解析，可以获取分析样品中官能团、顺反异构、取代基位置、氢键结合以及络合物的形成等结构信息。
3、应用于染织工业、环境科学、生物学、材料科学、高分子化学、催化、煤结构研究、石油工业、生物医学、生物化学、药学、无机和配位化学基础研究、半导体材料、日用化工等研究领域。