红外吸收光谱分析与红外光谱仪

红外光谱仪基本概念光谱分析是一种根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成，结构或者相对含量的方法。

按照分析原理，光谱技术主要分为吸收光谱，发射光谱和散射光谱三种；按照被测位置的形态来分类，光谱技术主要有原子光谱和分子光谱两种。

红外光谱属于分子光谱，有红外发射和红外吸收光谱两种，常用的一般为红外吸收光谱。

2. 红外吸收光谱的基本原理是什么？分子运动有平动，转动，振动和电子运动四种，其中后三种为量子运动。

分子从较低的能级E1，吸收一个能量为hv的光子，可以跃迁到较高的能级E2,整个运动过程满足能量守恒定律E2-E1=hv。

能级之间相差越小，分子所吸收的光的频率越低，波长越长。

红外吸收光谱是由分子振动和转动跃迁所引起的, 组成化学键或官能团的原子处于不断振动(或转动)的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当。

所以，用红外光照射分子时，分子中的化学键或官能团可发生振动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱上将处于不同位置，从而可获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。

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。

分子的转动能级差比较小，所吸收的光频率低，波长很长，所以分子的纯转动能谱出现在远红外区（25~300 μm）。

振动能级差比转动能级差要大很多，分子振动能级跃迁所吸收的光频率要高一些，分子的纯振动能谱一般出现在中红外区（2.5~25μm）。

（注：分子的电子能级跃迁所吸收的光在可见以及紫外区，属于紫外可见吸收光谱的范畴）值得注意的是，只有当振动时，分子的偶极矩发生变化时，该振动才具有红外活性（注：如果振动时，分子的极化率发生变化，则该振动具有拉曼活性）。

3. 分子的主要振动类型在中红外区，分子中的基团主要有两种振动模式，伸缩振动和弯曲振动。

伸缩振动指基团中的原子沿着价键方向来回运动（有对称和反对称两种），而弯曲振动指垂直于价键方向的运动（摇摆，扭曲，剪式等），如上图所示。

红外光谱仪的原理及应用
红外光谱仪是一种利用红外光谱技术来测试物质或物质表面的一种仪器。

它的原理是利用物质在不同波长红外线下吸收或散射不同程度的光来分析物质的性质。

红外光谱仪主要有两种工作方式：吸收光谱和反射光谱。

吸收光谱是利用物质吸收红外光的能量来分析物质的性质，反射光谱是利用物质反射红外光的能量来分析物质的性质。

红外光谱仪应用非常广泛，主要应用在化学、石油、农业、食品、医药、环境、生物等领域。

如分析石油中的含量，鉴定药物成分，检测食品中毒素，监测环境污染等。

红外光谱仪的原理
红外光谱仪的原理是利用物质在不同波长红外线下吸收或散射不同程度的光来分析物质的性质。

红外线是一种电磁波，其频率在可见光之外，波长在700纳米到1纳米之间。

当红外线照射到物质上时，物质中的分子会吸收其中的能量。

每种物质都有其特有的吸收光谱，因此可以利用这些吸收光谱来分析物质的性质。

红外光谱仪通常包括一个红外光源、一个分光仪、一个探测器和一个计算机控制系统。

红外光源发出红外线，分光仪将红外线分成不同波长的光束，探测器检测物质对不同波长的吸收程度，计算机控制系统将检测数据处理成可视化的光谱图。

红外光谱仪还可以进行反射光谱和透射光谱的测试，其原理是一样的。

反射光谱是利用物质对红外线的反射能力来分析物质的性质。

而透射光谱是利用物质对红外线的透射能力来分析物质的性质。

红外光谱技术是一种非接触式的分析方法，不会对样品造成破坏，可以在试样的原始状态下进行测试，因此被广泛应用于各种领域。

红外光谱仪的功能
红外光谱仪是一种用于分析样品的仪器，其主要功能包括：
1. 分析样品的化学成分：红外光谱仪可以通过测量样品中吸收红外光的情况来分析样品的化学成分。

不同分子会吸收不同波长的红外光，因此可以通过分析红外光谱图来确定样品中含有的分子种类及其化学结构。

2. 确定样品的性质：红外光谱仪可以通过分析样品中的吸收峰来确定样品的性质，如它是否是有机物、无机物或聚合物，其分子量、结晶度、晶体结构等。

3. 监测样品的变化：红外光谱仪可以对样品进行在线监测，了解样品的变化过程及其反应机理，对于控制化学反应的过程和优化反应条件非常有用。

4. 制定药品质量标准：红外光谱仪可以用于制定药品质量标准，检测药品中的有效成分、杂质及其含量，确保药品的质量和安全性。

5. 应用于其他领域：红外光谱仪可以应用于食品、环保、石油化工、材料科学、生命科学等领域，用于分析样品的化学成分和性质，进行质量监控和研究。

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红外光谱测试分析引言：红外光谱测试是一种常用的实验技术，用于分析样品的化学结构、官能团及其化学环境。

它是通过观察和记录样品在红外区域（4000至400 cm^-1）的吸收、散射或透射红外辐射而得到的。

红外光谱测试广泛应用于有机、无机、生物、聚合物等领域。

本文将介绍红外光谱测试的原理、仪器、样品制备以及数据分析等内容。

一、红外光谱测试原理红外光谱测试基于物质与红外辐射的相互作用。

红外光谱仪将红外辐射通过样品，然后测量样品吸收、散射或透射的光强。

红外辐射包含许多波长，在红外区域中的每种波长都与特定的分子振动模式相对应。

当样品中的分子振动发生时，它们会吸收特定波长的红外光，从而产生特征峰。

根据这些特征峰的位置和强度可以推断样品的化学组成和结构。

二、红外光谱测试仪器红外光谱测试仪器主要由光源、样品盒、分光器和探测器等组成。

常见的红外光谱仪有傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和色散红外光谱仪（dispersive IR）。

其中，FTIR光谱仪具有高分辨率、高灵敏度和快速测量的优点，被广泛应用于科研和工业领域。

三、样品制备样品制备是红外光谱测试的关键步骤之一、样品可以是固体、液体或气体。

对于固体样品，常用的方法是将样品与适合的红外吸收剂混合，然后挤压成适当的片状样品。

对于液体样品，可以使用液态电池夹持装置保持样品在红外光束中。

对于气体样品，需要将气体置于透明的气室中，并对室内气体进行红外光谱的测量。

四、红外光谱数据分析红外光谱数据分析是针对测得的吸收谱进行的。

常见的红外光谱数据分析包括鉴定功能性团、质谱相关性分析和量子化学计算等。

鉴定功能性团是通过对比样品的吸收峰位置和精确峰位表进行的。

质谱相关性分析是利用红外光谱和质谱数据之间的相关性，为红外光谱的解释提供重要信息。

量子化学计算是通过计算得到的理论红外光谱与实际测量的红外光谱进行比对，以验证实验结果的准确性。

结论：红外光谱测试是一种重要的化学分析技术，广泛应用于化学、材料、药物和环境等领域。

红外光谱仪一、红外吸收光谱仪的类型测定红外吸收的仪器有三种类型：①光栅色散型分光光度计，主要用于定性分析；②傅立叶变换红外光谱仪，适宜进行定性和定量分析测定；③非色散型光度计，用来定量测定大气中各种有机物质。

在20世纪80年代以前，广泛应用光栅色散型红外分光光度计。

随着傅立叶变换技术引入红外光谱仪，使其具有分析速度快、分辨率高、灵敏度高以及很好的波长精度等优点。

但因它的价格、仪器的体积及常常需要进行机械调节等问题而在应用上受到一定程度的限制。

近年来，因傅立叶变换光谱仪器体积的减小，操作稳定、易行，一台简易傅立叶红外光谱仪的价格与一般色散型的红外光谱仪相当。

由于上述种种原因，目前傅立叶红外光谱仪已在很大程度上取代了色散型。

1．色散型红外分光光度计色散型红外分光光度计和紫外、可见分光光度计相似，也是由光源、单色器、试样室、检测器和记录仪等组成。

由于红外光谱非常复杂，大多数色散型红外分光光度计一般都是采用双光束，这样可以消除C02和H20等大气气体引起的背景吸收。

自光源发出的光对称地分为两束，一束为试样光束，透过试样池；另一束为参比光束，透过参比池后通过减光器。

两光束再经半圆扇形镜调制后进人单色器，交替落到检测器上。

在光学零位系统里，只要两光的强度不等，就会在检测器上产生与光强差呈正比的交流信号电压。

由于红外光源的低强度以及红外检测器的低灵敏度，以至需要用信号放大器。

一般来说，色散型红外分光光度计的光学设计与双光束紫外、可见分光光度计没有很大的区别。

除对每一个组成部分来说，它的结构、所用材料及性能等与紫外及可见光度计不同外，它们最基本的一个区别是：前者的参照和试样室总是放在光源和单色器之间，后者则是放在单色器的后面。

试样被置于单色器之前，一来是因为红外辐射没有足够的能量引起试样的光化学分解，二来是可使抵达检测器的杂散辐射量（来自试样和吸收池）减至最小。

2．傅立叶变换红外光谱仪傅立叶变换红外光谱仪（FourierTransformInfraredSpectrome ter，FT-IR）是20世纪70年代问世的，被称为第三代红外光谱仪。