红外光谱谱图质量影响因素汇总

总结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，红外红外光谱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。

当外界电磁波照射分子时，如照射的电磁波的能量与分子的两能级差相等，该频率的电磁波就被该分子吸收，从而引起分子对应能级的跃迁，宏观表现为透射光强度变小。

电磁波能量与分子两能级差相等为物质产生红外吸收光谱必须满足条件之一，这决定了吸收峰出现的位置。

红外吸收光谱产生的第二个条件是红外光与分子之间有偶合作用，为了满足这个条件，分子振动时其偶极矩必须发生变化。

这实际上保证了红外光的能量能传递给分子，这种能量的传递是通过分子振动偶极矩的变化来实现的。

并非所有的振动都会产生红外吸收，只有偶极矩发生变化的振动才能引起可观测的红外吸收，这种振动称为红外活性振动；偶极矩等于零的分子振动不能产生红外吸收，称为红外非活性振动。

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红外光谱仪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。

影响近红外光谱分析结果准确性的因素影响近红外测试结果稳定性的因素可分为三类:即源于仪器的影响因素,来源于样品的影响因素,以及与操作者自身有关的因素(见表1)。

这些因素主要来自定标样品的选择、模型传递过程中波长的变化、样品预处理及装样的差别、定标样品的标准方法测定、测试条件、样品特征等。

样品粒度大小及其分布是影响近红外预测效果的重要因素之一。

样品粒度的差异直接影响样品对近红外光的吸收和散射,从而导致光谱的变异。

对此近红外光谱专家们做了大量工作,Willimas[4]和Thompso[5]分别指出影响近红外光谱分析准确性和精确性最重要的因素是样品的颗粒度。

1984年Norris和Willimas[6]研究了颗粒度大小对硬红冬小麦近红外测试结果的影响,发现不同颗粒度大小样品的近红外光谱有很明显的差异,随样品颗粒度的增大,吸光度增加,且波长越长,光谱变异越大。

1999年Wang和Dowell等[7]研究了全籽粒小麦的籽粒大小对近红外光谱的影响,发现颗粒度大小与吸光度成正相关,红小麦相关系数为0.77,白小麦相关系数为0.72。

国内在这方面也有研究,王文真[8]验证了样品粒度对近红外测定结果的影响,得出小麦中粗蛋白含量的预测值随粒度的增大而增高;且待测样品粒度和定标样品粒度相接近的预测值与实际值最为接近。

胡新中等[9]研究了小麦全粉粗细度对近红外测定结果的影响,发现随粒度的增加,蛋白质含量、水分含量和硬度的近红外预测值都有所增加。

水分对近红外分析结果产生影响主要有以下几个原因:一是样品的水分含量显著地影响粉碎后颗粒度的大小、形状及其分布,导致样品光谱散射系数S发生变化,从而影响其预测结果。

其二是通过与其它成分的水合作用,导致某成分最佳波长点发生漂移。

样品表面的色泽影响样品对近红外光的漫反射率和透过率的大小。

一些表面比较光亮的样品,对光的反射比较强烈,这样就导致近红外光不能携带样品信息到达检测器;相近组分,不同颜色的油菜籽样品近红外扫描实验中,样品表面颜色越深,吸光度越大,在短波处(≤1000nm)最为明显[2]。

温度对近红外光谱分析的影响研究近红外光谱分析是一种非破坏性的技术，可以用于材料、食品、药品、环境等领域的质量控制和分析。

然而，在进行近红外光谱分析时，温度可能会对结果产生影响。

本文将对温度对近红外光谱分析的影响进行研究和分析。

首先，温度对近红外光谱的影响主要体现在两个方面。

第一，温度变化会产生热胀冷缩的效应，导致光学元件的尺寸变化。

由于近红外光谱分析需要稳定的光学路径和光源，光学元件的尺寸变化可能会导致信号强度的变化，进而影响光谱的质量。

第二，温度的变化可能会引起样品的物理或化学变化，从而影响近红外光谱的谱图特征。

例如，某些样品在高温下可能发生热解、失水或发生化学反应，导致光谱发生变化。

为了研究温度对近红外光谱分析的影响，一种常见的方法是通过温控设备控制样品的温度，并记录光谱数据。

然后，分析数据，评估温度对光谱的影响，并找出解决方案来减小温度对光谱分析结果的影响。

研究表明，在样品进行近红外光谱分析时，温度的变化可能导致信号强度的变化。

这是因为温度会影响吸收、散射和透射光的衰减程度。

一些物质在高温下可能发生吸收能量的现象，导致信号强度的减小。

此外，在高温下，样品可能发生物理或化学变化，使光谱发生形状、峰位或峰宽的变化。

因此，在进行近红外光谱分析时，必须考虑样品的温度对光谱信号的影响，并进行相应的校正和补偿。

为了减小温度对近红外光谱分析结果的影响，可以采取一些措施。

首先，可以使用温控设备来控制样品的温度，确保温度的稳定性。

其次，可以根据样品的特性进行校正和补偿。

例如，可以制备一系列温度下的标准样品，并对这些样品进行近红外光谱分析，建立温度对样品光谱的影响模型。

通过该模型，可以对实际样品的光谱数据进行校正和补偿，以消除温度对光谱的影响。

此外，在进行近红外光谱分析时，还可以进行多次重复测量，并取平均值，以减小温度波动对结果的影响。

除了温度对近红外光谱分析结果的影响外，温度还可能对仪器本身产生影响。

例如，温度变化可能导致光纤的弯曲、光源的稳定性变差，进而影响光谱仪的工作性能。

（2）中介效应（M 效应）（2）中介效应（M 效应）当含有孤对电子的原子（O、S、N 等）与具有多重键的原子相连时，也可起类似的共轭作用，称为中介效应。

由于含有孤对电子的原子的共轭作用，使 C=O 上的电子云更移向氧原子，C=O 双键的电子云密度平均化，造成 C=O 键的力常数下降，使吸收频率向低波数位移。

对同一基团，若诱导效应和中介效应同时存在，则振动频率最后位移的方向和程度，取决于这两种效应的结果。

当诱导效应大于中介效应时，振动频率向高波数移动，反之，振动频率向低波数移动。

2 . 氢键的影响• 2 . 氢键的影响氢键的形成使电子云密度平均化，从而使伸缩振动频率降低。

游离羧酸的 C=O 键频率出现在 1760 cm-1 左右，在固体或液体中，由于羧酸形成二聚体， C=O 键频率出现在 1700 cm-1 。

分子内氢键不受浓度影响，分子间氢键受浓度影响较大。

3. 振动耦合• 3. 振动耦合当两个振动频率相同或相近的基团相邻具有一公共原子时，由于一个键的振动通过公共原子使另一个键的长度发生改变，产生一个“微扰”，从而形成了强烈的振动 ! 相互作用。

其结果是使振动频率发生感变化，一个向高频移动，另一个向低频移动，谱带分裂。

振动耦合常出现在一些二羰基化合物中，如，羧酸酐。

• 在溶液中测定光谱时，由于溶剂的种类、溶剂的浓度和测定时的温度不同，同一种物质所测得的光谱也不同。

通常在极性溶剂中，溶质分子的极性基团的伸缩振动频率随溶剂极性的增加而向低波数方向移动，并且强度增大。

因此，在红外光谱测定中，应尽量采用非极性的溶剂。

作为经典、传统的分子结构分析手段之一的红外光谱，已T%时，基线与透过率之差应该不小于60%，且理想谱图的最大经历经百余年的发展。

虽然目前对于未知物质结构的解析多数透过率在10%～20%之间，基线在70%以上。

-1运用质谱、单晶和核磁等仪器，但是这并不意味着红外光谱法（3）水汽和二氧化碳对谱图的影响。

如果在2000 cm ～-1已经在物质结构分析中不起作用，相反地，傅里叶变换红外光2500 cm 之间，毛刺峰较多，可能背景中的CO 有影响，应重新2-1-1-1-1谱是根据物质的分子振动时所吸收的光的频率不同而得到的红扣除背景，如果在4000 cm ～3500 cm 至1900 cm ～1300 cm 外谱图，同一个基团在不同的分子和状态中振动频率不同。

红区域有明显的吸收或者毛刺峰较多，可能为水汽的影响。

外光谱技术因其可以直接、简单、快速、无损地提供丰富的分子结构特征和物质成分信息，并且从分子水平上反映物质的结[1-4]构差异等优势，可为研究物质的性质提供有力的依据，因而它在各个领域仍具有广泛的应用前景。

比如，在化工产品液体[5]石油中某些特定组分含量的测定，半导体产品分析，在刑侦技[6]术领域也发挥着不可小觑的作用，其中孙素琴等在药物分析中 图1 质量较差的红外光谱 图2 研磨不充分样品的红外光谱的应用，另外红外在珠宝鉴定、食品与保健品分析等领域中均扮演着重要的角色。

红外光谱应用较广，我们应该能清楚地判别所测样品的红外谱图质量的好坏，使其能更好的指导我们进行分析测试研究。

然而，样品的制样方法和制备技术对谱图的影响很大，本文将对制样过程的问题进行简单的汇总，希望对实际的仪器使用者和科研工作者提供较好的指导和借鉴作用。

图3 研磨过度样品的红外光谱 图4 样品吸收过强时的红外光谱1 红外谱图质量的评判看一张红外光谱图的质量，主要从以下三个方面进行辨别：基线、谱图整体的吸收强度以及光谱图的噪声。

（1）光谱图基线应该是平直的。

1、外部因素：测定时的试样状态、溶剂效应等因素。

溶剂效应：溶剂种类不同对谱图也会有影响。

溶剂分子能引起溶剂溶质的缔合，改变吸收带的位置及强度。

通常，在极性溶剂中，溶质分子的极性基团的伸缩振动频率向低波数方向移动。

例如：气态时vC = O最高，非极性溶剂的稀溶液次之，而液态或固态的频率最低。

在红外光谱法中，应尽量选用非极性溶剂。

2、内部因素：（1）诱导效应（I效应）吸电子基团使电子云由氧原子转向双键，使按基双键性增强，从而使吸收峰向高波数方向移动。

（2）共觇效应（M效应）（3）偶极场效应（F效应）共辘效应和诱导效应是通过化学键起作用的。

偶极场效应是邻近基团通过空间起作用的。

（4）氢键按基和疑基之间容易形成氢键，使按基的频率降低。

（5）振动的偶合。

二个频率相同或相近的基团联结在一起时，会发生相互作用而使谱峰分成二个。

如酸肝的二个拨基，振动偶合而裂分成二个谱峰。

二元酸的二个按基之间只有1〜2个碳原子时，会出现二个C=O基吸收峰，是相互偶合的结果。

费米共振:当倍频峰位于某强的基频峰附近时，弱的倍频峰常被大大强化。

基频峰常发生分裂。

这种泛频峰和基频峰之间的偶合，称为费米共振。

-CHO的C-H伸缩振动（2835-2965cm-l ）和C-H弯曲振动（1390cm-l）的倍频峰偶合，裂分成二个峰：2840cm3、2760 cm-1,是醛基的特征峰。

（6）空间效应，包括环状化合物的张力效应和位阻效应张力效应。

与环直接联结的双键的伸缩振动频率，环越小张力越大，其频率越高。

环内双键，张力越大，伸缩振动频率越低。

空间位阻效应：若分子结构中存在空间阻碍，使共辄受到限制，振动频率增高。

傅里叶红外影响因素
傅里叶红外光谱是一种常用的分析技术，它可以用于分析物质的结构和组成。

傅里叶红外光谱的质量和准确性受到多种因素的影响，下面将介绍一些常见的影响因素。

1. 样品制备
样品制备是影响傅里叶红外光谱质量的重要因素之一。

样品制备不当会导致傅里叶红外光谱的峰形变形、峰位偏移、峰强度不均等问题。

因此，在样品制备过程中，需要注意样品的纯度、均匀性、厚度等因素。

2. 光谱仪性能
光谱仪的性能也是影响傅里叶红外光谱质量的重要因素之一。

光谱仪的分辨率、信噪比、波数精度等参数都会影响傅里叶红外光谱的质量。

因此，在进行傅里叶红外光谱分析时，需要选择性能良好的光谱仪。

3. 光源
光源是傅里叶红外光谱分析中的重要组成部分，它的稳定性和光谱特性会影响傅里叶红外光谱的质量。

常见的光源有氘灯和钨灯，它们的光谱特性不同，因此在选择光源时需要根据实际需要进行选择。

4. 环境因素
环境因素也会影响傅里叶红外光谱的质量。

例如，温度、湿度等因素会影响样品的状态和光谱仪的性能，从而影响傅里叶红外光谱的质量。

因此，在进行傅里叶红外光谱分析时，需要控制好环境因素。

5. 数据处理
数据处理也是影响傅里叶红外光谱质量的重要因素之一。

数据处理包括光谱预处理、谱图解析等步骤，不同的数据处理方法会对傅里叶红外光谱的质量产生不同的影响。

因此，在进行数据处理时，需要选择合适的方法。

傅里叶红外光谱的质量受到多种因素的影响，需要在样品制备、光谱仪性能、光源、环境因素和数据处理等方面进行综合考虑，才能得到准确可靠的傅里叶红外光谱数据。