3第三章红外检测技术

波长和波数
红外区光谱用波长和波数( 红外区光谱用波长和波数(wave number) 波长和波数 ) 来表征 ; 波长多用m做单位; 做单位; 波长多用 做单位 波数: 表示, 波数:以σ表示,定义为波长的倒数,单位 表示 定义为波长的倒数, cm-1,其物理意义是每厘米长光波中波的数 目. σ=1/λ(cm)=104/λ(m)=υ/c 用波数表示频率的好处是比用频率要方便, 用波数表示频率的好处是比用频率要方便,且 数值小. 数值小. 一般用透光率 波数曲线或透光度-波长曲线 透光率-波数曲线 波长曲线来 一般用透光率 波数曲线或透光度 波长曲线来 描述红外吸收光谱. 描述红外吸收光谱.
第三章 红外吸收光谱分析
3.2 基本原理 3.2.1 产生红外吸收的条件
产生红外吸收的条件
1) 辐射光子具有的能量与发生振动 跃迁所需的跃迁能量相等. 跃迁所需的跃迁能量相等. 2)辐射与物质之间有耦合作用. )辐射与物质之间有耦合作用.
条件一: 条件一:辐射光子的能量应与振动跃 迁所需能量相等
红外光谱的特点-1 红外光谱的特点
紫外,可见吸收光谱常用于研究不饱和 紫外,可见吸收光谱常用于研究不饱和 有机物, 有机物,特别是具有共轭体系的有机化 合物; 红外光谱法主要研究在振动中 合物;而红外光谱法主要研究在振动中 伴随有偶极矩变化的化合物. 伴随有偶极矩变化的化合物. 因此,除了单原子和同核分子如Ne, , 因此,除了单原子和同核分子如 ,He, O2,H2等之外,几乎所有的有机化合物 等之外, 在红外光谱区均有吸收. 在红外光谱区均有吸收. 一般只要结构上不同, 一般只要结构上不同,就会有不同的红 外光谱图. 外光谱图.
红外光谱的特点-2 红外光谱的特点
红外谱图吸收带的位置与吸收谱带的强 红外谱图吸收带的位置与吸收谱带的强 度反映了分子结构上的特点, 度反映了分子结构上的特点,可以用来 定基团,定结构; 定基团,定结构; 谱带的强度与分子组成以及含量有关 与分子组成以及含量有关, 谱带的强度与分子组成以及含量有关, 可以用来进行定量分析及纯度的检查; 可以用来进行定量分析及纯度的检查; 红外光谱分析特征性强,气体, 红外光谱分析特征性强,气体,液体和 固体样品均可以测定,并且具有用量少, 固体样品均可以测定,并且具有用量少, 分析速度快和不破坏样品等特点. 分析速度快和不破坏样品等特点.

烷烃吸收峰
正己烷的红外光谱图
2，2，4-三甲基戊烷的红外光谱图
2、不饱和烃
• 烯烃 • 炔烃 • 芳香烃
2、1 烯烃 烯烃双键的特征吸收
影响双键碳碳伸缩振动吸收的因素
• 对称性：对称性越高，吸收强度越低。 • 与吸电子基团相连，振动波数下降，吸
收强度增加。 • 取代基的质量效应：双键上的氢被氘取
代后，波数下降10-20厘米-1。质量效应 • 共轭效应：使波数下降约30厘米-1 。
1-己烯的红外光谱图
~3060cm-1: 烯烃C—H伸缩振动；~1820:910cm-1倍频； ~1650cm-1: C=C伸缩振动；~995，905cm-1: C=CH2 非平面摇摆振动
顺式和反式2，2，5，5-四甲基己烯红外光谱 a 顺式 b 反式
v~
=
1
——
K
2C M
M = m1 m2 m1 + m2
双原子分子红外吸收的频率决定于折合质量和键力常数。
C-H C-C C-O C-Cl C-Br C-I
-1 cm
3000
1200 1100
800
550
500
v cm-1
力常数/g.s-2
CC 2200~2100
12~18105
C=C 1680~1620
C-H面外弯曲振动吸收峰位置（cm-1） 670
770-730，710-690 770-735
810-750，710-690 833-810
780-760，745-705 885-870，825-805 865-810，730-675
810-800 850-840 870-855
870
各类取代苯的倍频吸收和面外弯曲振动吸收

第三章红外光谱一、名词解释基频峰、倍频峰、费米共振、特征频率区、指纹区基频峰：当分子吸收一定频率的红外线后，振动能级从基态（V,）跃迁到第一激发态（V）吋所产生的吸收峰，称为基频峰。

倍频峰：如果振动能级从从基态（V.）跃迁到第二激发态（V2）、第三激发态（Vs）所产生的吸收峰称为倍频峰。

费米共振：当一振动的倍频（或组频）与另一振动的基频吸收峰接近时，由于发生相互作用而产生很强的吸收峰或发生裂分，这种倍频（或组频）与基频峰之间的振动偶合称费米共振特征频率区：特征谱带区有机化合物的分子中一些主要官能团的特征吸收多发生在红外区域的4000〜1500cm-2。

该区域吸收峰比较稀疏，容易辨认，故通常把该区域叫特征谱带区。

红外光谱指纹区：红外吸收光谱上1500〜40Ocm-1的低频区，通常称为，在核指纹区。

该区域中出现的谱带主要就是C-X （X=C,N s O）单键的伸缩振动以及各种弯曲振动对与确认有机化合物时用处很大。

二、填空1、....................................... 红外光谱的产生就是由于化学键的振动与转动跃迁。

2、............................................... 红外光谱产生的条件就是红外光谱产生的条件就是辐射的能量满足跃迁所需能量，辐射引起偶极矩的变化。

3、红外光谱中影响基团频率位移的因素有外部因素与内部因素，内部因素主要有_________ 、_______________ 、 ____________________ 等。

此夕卜，振动耦合、费米共振等也会使振动频率位移。

外部因素（样品的状态等）、电子效应（诱导效应、共馳效应与偶极场效应）、空间效应、氢键4、在红外光谱中，将基团在振动过程中有偶极矩变化的称为丄相反则称为________________ 。

红外活性，非红外活性。

5、基团-OH与・NH,-C三N与-C三CH,・C=C■与・C二N■的伸缩振动频率范围分别就-1 -1 -1是.cm, cm , cm。

红外检测方法红外线的划分1672年英国著名科学家牛顿首次用三棱镜将太阳光分解为红、橙、黄、绿、青、兰、紫七色，开始了可见光光谱学的研究.英国著名天文学家赫胥尔在研究太阳光谱中各单色光的热效应时，发现最大的热效应是出现在红色光谱以外，从而发现了红外线的存在。

英国著名物理学家马克斯威尔在研究电磁理论时，证实了可见光及看不见的红外线，紫外线等均属于电磁波段的一部分，从而把人们的认识统一到电磁波理论中。

从波长为数千米的无线电波，到波长为10-8A ～10-10A(1A=10-4 μm )的宇宙射线均属于电磁波的范围，而可见光谱的波长从0.4～0.76μm 仅占电磁波中极窄的一部波段。

红外光谱的波段为0.76～1000μm ，要比可见光波段宽得多。

为了研究和应用的方便。

根据红外辐射与物质作用时各波长的响应特性和在大气中传输吸收的特性，可把红外线按波长划分为四部分：①近红外线——波长为0.76～3 μm ；②中红外线——波长为3～6 μm ；③远红外线——波长为6～15 μm ；④超远红外线——波长为15～1000 μm目前，600 ℃以上的高温红外线仪表多利用近红外波段。

600℃以下的中、低温测温仪表面热成像系统多利用中、远红外线波段，而红外线加热装置则主要利用远红外线波段。

超远红外线的利用尚在开发研究中。

红外线辐射的基本定理①辐射能 Q ——辐射源以电磁波形式所辐射的能量(J)。

②辐射功率 P ——辐射源在单位时间内向整个半球空间所发射的能量 (w ／s)。

③辐射度M ——辐射源单位面积所发射的功率， ( W/m -2 )。

一般，源的表面积A 越大，发射的功率也越多。

因此辐射度M 是描述辐射功率P 沿源表面分布的特性。

辐射度在某些文献上又称为辐出度或辐射出射度等。

④光谱辐射度M λ——表示在波长λ处单位波长间隔内，辐射源单位面积所发射的功率。

即单位波长的辐射度， ( W/m 2·μm )，通常辐射源所发出的红外电磁波都是由多种波长成分所组成(全波辐射)。

红外检测技术及应用-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII红外检测技术及应用红外基本概念红外线：白色的太阳光被分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色，位于可见光红光外侧，人眼看不见的光线叫红外线。

红外线是电磁辐射频谱的一部分，电磁频谱中包括无线电波、微波、可见光、紫外线、伽马射线和X光。

红外线是一种电磁波，它的电磁波谱图见下：按波长红外波段通常又分成四个较小的波段：近红外、中红外、远红外、极远红外。

红外线波长通常以微米来表示。

红外频谱范围从0.7微米至1000微米。

实践中，红外温度测量使用的波段范围为0.7微米至14微米。

红外线遵循可见光所遵循的规律：直线传播，反射、折射。

任何大于绝对零度（-273C）的物体都会向外界辐射热能。

红外测温仪就是通过接受物体辐射的红外能量而计算出物体的表面温度。

●黑体：一个吸收所有碰撞它的任何波长红外辐射的物体被定义为黑体。

●黑体辐射：实际上的黑体就是一个空腔，上面开有一个小孔，当空腔达到某一温度并处于热平衡时，从小孔射出的红外辐射就具有稳定的特性，称为黑体辐射。

基本热传导理论：传导模式：• 辐射• 传导• 对流●传导：热量传导取决于：• 传导率（k）和厚度（L）• 温差△T（从一侧到另一侧）• 面积A传导率值●常见材料的k值●数值越大，传导性越强温差△T的变化•△T增加，热传导也增加•△T降低，热传导也降低•无△T，也没有传导●对流：对流传导的热能取决于：• h 值（对流系数）• 温差△T（从表面到该流量的一点）• 面积A对流系数（h）取决于：• 流速• 流量方向• 表面状态• 几何结构• 粘度不能简单地用数量表示温差：如传导情况一样•△T增加，热传导也增加•△T降低，热传导也降低• 没有△T，也没有传导●辐射一个表面的辐射热能取决于：• σ = S-B 常数• 发射率（ε）• 温度（T）一个热表面要比一个凉爽的表面放射更多热辐射（如果两个是同样材料的话）发射率：• 一种材料性质• 一种“效率系数”• 校正值= 0-1.0• 黑体= 1.0• 实体= <1.0.高发射率表面• 油漆（任何颜色），绝缘带或者强氧化物质表面• 可靠的、可重复的温度测定低发射率表面• 低辐射• 高热反射• 必须考虑到背景• 在0.6发射率以下辐射温度难以正确地测定发射率可以根据以下而变化:• 材料• 表面• 波长• 温度红外测温原理：完全理解红外技术及其原理是准确测量温度的基础。

在焊接过程中很多场合都会应用到红外检测技术，例如采 用红外点温仪在焊接过程中实时检测焊缝或热影响区某点或多 点温度，进行焊接参数的实时修正。采用红外热像仪检测焊接 过程中的熔池及其附近区域的红外图像，经过分析处理， 获
得焊缝宽度、焊道的熔透情况等信息，实现焊接过程的质量与
焊缝尺寸的实时控制。在自动焊管生产线上采用红外线阵CCD 实时检测焊接区的一维温度分布，通过控制焊接电流的大小， 保证获得均匀的焊缝成形。
13
2 红外无损检测仪器
1． 红外测温仪
红外测温仪是用来测量设备、结构、工件等表面某一局部 区域的平均温度的。通过特殊的光学系统，可以将目标区域限 制在1 mm以内甚至更小，因此有时也将其称为红外点温仪。 它主要是通过测定目标在某一波段内所辐射的红外辐射能量的 总和， 来确定目标的表面温度。其响应时间可小于1 s， 测 温范围可达0～3000℃。 下图为红外测温仪的结构原理图。它由光学系统、调制器、 红外探测器、放大器、显示器等部分组成。红外测温仪的主要 技术参数有温度范围、工作波段、响应时间、目标尺寸、 距离 系数和辐射率范围等。
142 Biblioteka 外无损检测仪器红外测温仪的结构原理图
15
2 红外无损检测仪器
2． 红外热像仪 红外检测的主要设备是红外热像仪。
红外辐射符合几何光学的一些定律，利用红外辐射进行物 体成像不需要外加光源。红外成像时需要特殊的光学系统——红 外光学系统。红外测温仪所显示的是被测物体的某一局部的平 均温度；红外热像仪则显示的是一幅热图， 是物体红外辐射 能量密度的二维分布图。
20
2 红外无损检测技术的应用
3） 压力容器衬套检测
利用红外成像技术进行压力容器衬里脱落或缺陷检测的
方法是，利用红外热像仪从容器表面温度场数据的传热理论

电流致热型——由于电流效应引起发热的设备。
如隔离开关、断路器的接头、触头，CT的外部接头，导线及压接头， 阻波器等。通常反映设备的外部缺陷（如接触不良），但断路器的热故障 有时反映的是内部故障（触头接触不良）。
综合致热型 ——既有电压效应，又有电流效应，或者电磁效应引
起发热的设备。 其热故障可以由介损增大引起，也可以由内部连接不良引起。如电流
斯蒂芬—玻尔兹曼定律
WT4
单位时间单位面
积物体辐射的红
外线总量
斯蒂芬—玻尔兹
曼常数
物体的热力学温 度
物体表面的比辐 射率
• 物体的温度越高，辐射的红外线能量越 强。
• 对电力设备测温时，红外热像图上越亮 的地方，即温度最高的地方。
红外检测的影响因素
物体（电气设备）红外辐射的发射率
• 表面粗糙程度：越粗糙，发射率越高 • 材料性质：包括化学成分和性质，物理性能和结构 • 温度：温度越高，发射率越高。 • 颜色：绝对黑体，发射率为1。
➢ 红外线在大气中穿透比较好的波段，通常称为 “大气窗口” 。红外热成像检测技术，就是利用了所谓的“大气窗口”。 短波窗口在1～5μm之间，而长波窗口则是在8～14μm之间。
近红外 中红外
远红外
透 射 率
01
3
5
8
波长
14 15
短波 (3µm ~ 5µm); 长波 ( 8µm ~ 14µm)
小结：为什么使用红外能检测缺陷？
红外检测 通过对物体表面温度及温度场的检测，判断设备 是否有缺陷。
红外检测的优点
先进性：具有远距离、不停电、不接触、准确、 直观、快速、安全、应用范围广等优点，其中部 分优点是预防性试验所不具有的

H C CH2
练习： C8H7N，确定结构
解：1） =1-（1-7）/2+8=6
2）峰归属 3）可能的结构
H3C
CN
第三章 红外吸收光谱分析
3.5 试样的处理和制备
要获得一张高质量红外光谱图，除了仪 器本身的因素外，还必须有合适的样品 制备方法。
红外光谱法对试样的要求
红外光谱的试样可以是液体、固体或气体，一般应 要求：
如用计算机谱图检索，则采用相似度来判别。 使用文献上的谱图应当注意试样的物态、结晶
状态、溶剂、测定条件以及所用仪器类型均应 与标准谱图相同。
未知物结构的测定
测定未知物的结构，是红外光谱法定性分析 的一个重要用途。如果未知物不是新化合物，可 以通过两种方式利用标准谱图进行查对：
（1）查阅标准谱图的谱带索引，与寻找试样 光谱吸收带相同的标准谱图；
如果样品为新化合物，则需要结合紫外、质谱、核磁等
数据，才能决定所提的结构是否正确。
几种标准谱图
（1）萨特勒（Sadtler）标准红外光谱图 （2）Aldrich红外谱图库 （3）Sigma Fourier红外光谱图库
练习： 推测C8H8纯液体
解：1） =1-8/2+8=5
2）峰归属 3）可能的结构
谱图解析步骤-确定未知物的不饱和度
=0: 表示分子是饱和的，应是链状烃及 其不含双键的衍生物。
=1: 可能有一个双键或脂环； =2: 可能有 两个双键和脂环，也可能有
一个叁键； =4: 可能有一个苯环等。
谱图解析步骤-官能团分析
根据官能团的初步分析可以排除一部分 结构的可能性，肯定某些可能存在的结构， 并初步可以推测化合物的类别。

在倍频峰中，二倍频峰还比较强，三倍频峰以上，因 跃迁几率很小，一般都很弱，常常不能测到。
由于分子非谐振性质，各倍频峰并非正好是基频峰的 整数倍，而是略小一些。
HCl的基频峰和倍频峰
基频峰（V0→1） 二倍频峰（ V0→2 ） 三倍频峰（ V0→3 ） 四倍频峰（ V0→4 ） 五倍频峰（ 0→5 ）
折合质量μ的影响
对于相同化学键的基团，波数与折合 质量μ平方根成反比。例如C-C、C-O、 C-N键的力常数相近，但折合质量不同。
μ ： C-C < C-N < C-O 1430 cm-1 1330 cm-1 1280 cm-1
第三章 红外吸收光谱分析
3.2 基本原理 3.2.3 多原子分子振动
在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能级由基 态（ V =0）跃迁至第二激发态（ V =2）、第三激 发态（ V =3），所产生的吸收峰称为倍频峰。
除此之外，还有合频峰（1+2，21+2，），差 频峰（ 1-2，21-2， ）等，这些峰多数很弱， 一般不容易辨认。
倍频峰、合频峰和差频峰统称为泛频峰。
通过试样后的红外光在一些波数范围减弱，在 另一些波数范围内仍然较强，用仪器记录该试 样的红外吸收光谱，进行样品的定性和定量分 析。
第三章 红外吸收光谱分析
3.2 基本原理 3.2.2 双原子分子的振动
红外光谱是由于分子振动能级的跃迁（同时伴有转动能级跃迁） 而产生，即分子中的原子以平衡位置为中心作周期性振动，其振 幅非常小。这种分子的振动通常想象为一根弹簧联接的两个小球 体系，称为谐振子模型。这是最简单的双原子分子情况，如下图 所示。
EL=hL 产生红外吸收光谱的第一条件为：
EL =△Ev hL = △Vh 即 L= △V

Rayleigh散射：
激发虚态
弹性碰撞；无能
E1 + h0
h(0 - )
量交换，仅改变方向
Raman散射：
h0
非弹性碰撞；方
向改变且有能量交换 E1
E0 + h0
h0 h0 V=1
h0 +
E0
V=0
Rayleigh散射
Raman散射
h
E0基态， E1振动激发态； E0 + h0 ， E1 + h0 激发虚态；
发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子 的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。
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分析化学研究所
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分子中基团的基本振动形式
1．两类基本振动形式
伸缩振动
弯曲振动
亚甲基
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亚甲基
分析化学研究所
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伸缩振动
甲基的振动形式
弯曲振动
对称 υ s(CH3) 2870 ㎝-1
频峰
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分析化学研究所
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官能团区和指纹区
• 官能团区 4000~1300cm-1是基团伸缩振动出现的区域，对鉴定 基团很有价值
• 指纹区 1300~600cm-1是单键振动和因变形振动产生的复杂光 谱区，当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微 的差异，对于区别结构类似的化合物很有帮助。
共轭效应：使共轭体系中的电子云密度平均化，使双键略有伸 长，因此，双键的吸收频率向低波数方向位移。
中介效应:当含有孤对电子的原子（如：O, N, S等）与具有多 重键的原子相连时，也可起类似的共轭作用，使吸收频率向低 波数方向位移。

解析完后，进行验证，不饱和度与计 算值是否相符，性质与文献值是否一致， 与标准图谱进行验证
谱图对照应注意：所用的仪器在分辨 率和精确度一致；测定的条件一致；杂质 引进的吸收带应仅可能避免。
.
三、红外光谱解析实例C8H16
例一：未知物分子式为C8H16，其红外图谱如 下图所示，试推其结构。
.
解：由其分子式可计算出该化合物不饱和度为1， 即该化合物具有一个烯基或一个环。
C C 2100
H 763 ，694（双峰）
CO 1638 C（C 芳环）1597 ，1495 ，1445
.
➢
解：
U
2
29
1
7
7
可能含有苯环
2
1638cm1强吸收 为 CO 3270cm1有吸收 NH 1132353123003300ccccmmmm（ （ 1111吸强 强收） ） C N含 含NHCCCH 13023608ccmm11 为CH H 1597 ，1495 和 1445cm（1 三峰） 为 C（C 芳环） 763 和 694cm（1 双峰） 为 H（单取代）
❖ 3387、3366 cm-1 ：NH2的伸缩振动； ❖ 1624 cm-1 ： NH2弯曲振动； ❖ 1274 cm-1 ：C-N伸缩振动；
❖综合上述信息及分子式，可知该化合物为：
邻苯二胺
.
图谱解析实例 例1 某化合物，测得分子式为C8H8O，其红外
光谱如下图所示，试推测其结构式。
C8H8O红外光谱图
1查找基团时先否定以逐步缩小范围2在解析特征吸收峰时要注意其它基团吸收峰的干扰3350和1640cm1处出现的吸收峰可能为样品中水的吸收3吸收峰往往不可能全部解析特别是指纹区4掌握主要基团的特征吸收

《光电技术基础与技能》教学演示文稿
第3章 红外技术
3.1 红外线的发现 3.2 红外线的产生、传播和接收 3.3 红外成像原理 3.4 红外技术应用 技能实训7 红外感应报警器套件制作 本章小结
电子工业出版社
第3章 红外技术
红外技术是一门研究红外辐射的 产生、传播、测量及其应用的技术科 学。近几十年来，红外技术在军事、 科学、工农业生产、医学等各方面的 应用都有了较快的发展，并且显示出 巨大的潜力。
②喷气飞机因所使用的发动机类型、飞行速 度、飞行高度以及有无加力燃料等因素，其 辐射情况有很大区别。
图3－8a 波音707飞机
电子工业出版社
第3章 红外技术
4．红外系统探测相关辐射源
❖ （2）坦克
①不同坦克的红外辐射 美军M48：发动机排气装置位于坦克底部， 红外辐射较低 苏制T58：排气装置位于侧面，在排气装置 一侧红外辐射较大
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3.1 红外线的发现
1 太阳光谱 2 红外光的发现 3 电磁波谱 4 红外线分段 5 红外线的特点 6 红外线的危害
电子工业出版社
第3章 红外技术
1.太阳光谱
❖ （1)分光实验
让一束太阳光通过一 个玻璃三棱镜，将出 现一条由红、橙、黄、 绿、青、蓝、紫等色 组成的彩色光带
图3-1（a） 三棱镜分光实验
①月球和行星的辐射：由自身辐射和对太阳辐射的反射组成。 ②反射辐射：约有95%辐射波长是在近红外区内
❖ （3）天空 辐射主要是散射太阳光和大气热辐射的组合
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第3章 红外技术
4．红外系统探测相关辐射源
❖ （1）飞机
①喷气飞机的红外辐射： 被加热的金属尾喷管热辐射 发动机排出的高温尾喷焰辐射 飞机飞行时气动加热形成的热辐射 对环境的反射

外部因素
外部因素主要指测定时物质的状态以及溶剂效应等因
素。 同一物质的不同状态，由于分子间相互作用力不同， 所得到光谱往往不同。 分子在气态时，其相互作用力很弱，此时可以观察到 伴随振动光谱的转动精细结构。 液态和固态分子间作用力较强，在有极性基团存在时， 可能发生分子间的缔合或形成氢键，导致特征吸收带 频率、强度和形状有较大的改变。 例如，丙酮在气态时的C-H为1742 cm-1 ，而在液态时 为1718 cm-1 。
C=O ：→降低
注意：有时在化合物中，I效应与M效应同时存在，如果二者方 向不一致，这时应考虑哪个效应起主导作用。例如，饱和酯的 C=O为1735cm-1，比酮（1715cm-1)高，就是由于I效应大于M效应， 二者的净效应使得电子云密度由氧移向双键中间，使键力常数增 加的缘故。
当含有孤对电子的原子（O、S、N等）与具有多重键
游离羧酸的co键频率出现在1760cm1左右在固体或液体中由于羧酸形成二聚体co键频率出现在1700cm1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
第三章 红外吸收光谱分析
3.3 基团频率和特征吸收峰
利用指纹区中苯环的C-H面外变形振动吸收峰 和2000~ 1667cm-1区域苯的倍频或组合频吸收 峰，可以共同配合确定苯环的取代类型。下图为不 同的苯环取代类型在2000~ 1667cm-1和 900~600cm-1区域的光谱。
指纹区
变形振动- 亚甲基
指纹区
变形振动 - 甲基
对称δ s(CH3)1380㎝-1
共轭效应- C效应



共轭效应使共轭体系中的电子云密度平 均化。 双键略有伸长，单键略有缩短，即双键 电子云密度降低，化学键力常数变小， 伸缩振动频率向低频方向移动。 共轭效应常引起C=O双键的双键性降低， 伸缩振动频率向低波数位移。

第三章红外光谱分析法紫外-可见吸收光谱常用于研究具有共轭体系的有机化合物，而红外吸收谱则主要研究在振动中伴随偶极矩变化的化合物。

通常红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度，反映了分子结构上的特点，可用以鉴定未知物结构组成或确定其化学基团。

由于红外光谱分析特征性强，对气体、液体、固体均可分析，是鉴定有机化合物的最常用的方法之一。

常用的范围是400 - 4000cm-1。

一、红外吸收光谱的基本原理红外吸收光谱产生应满足两个条件：(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；(2)辐射与物质间有相互偶合作用。

分子在振动过程中必须有瞬间偶极矩的改变。

对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。

如：N2、O2、Cl2 等。

非对称分子：有偶极矩，红外活性。

分子的振动可近似看为一些用弹簧连接的小球的运动。

分子的振动能级（量子化）： E振=（V+1/2）hnV：化学键的振动频率；n：振动量子数。

任意两个相邻的能级间的能量差为：K化学键的力常数，与键能和键长有关， m为双原子的折合质量 m =m1m2/（m1+m2）发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。

多原子分子的振动多原子分子的振动较双原子分子振动复杂得多。

其振动的基本类型有伸缩振动（ν）和弯曲振动（δ）两大类。

伸缩振动是指原子沿键轴方向伸缩，使键长发生周期性变化的振动。

由于振动偶合作用，3个原子以上的基团还可分为对称伸缩振动和不对称伸缩振动，表示为ν对称和ν不对称。

弯曲振动又叫变形或变角振动，指基团键角发生周期性变化的振动。

弯曲振动的力常数较小，因此常出现在低频区。

红外吸收峰的强度主要取决于吸收过程中偶极矩的变化。

变化越大，吸收越强。

通常两个原子的电负性相差越大，吸收越强。

如C=O吸收峰是大多数红外谱图中吸收最强的峰。

二、基团频率与特征吸收峰组成分子的各个基团均有其特定的红外吸收区域。

根据化学健的性质，可将其分为四个区：4000 - 2500 cm-1 氢键区；2500 - 2000 cm-1 参键区；2000 - 1500 cm-1 双键区；1500 - 1000 cm-1 单键区。

红外检测技术原理引言红外检测技术作为一种重要的无损检测方法，在多个领域得到了广泛的应用，如工业生产、安防监控、医学诊断以及环境监测等。

本文将对红外检测技术的原理进行详细介绍，包括红外辐射原理、红外传感器原理、红外成像技术原理等方面，希望能够为读者深入了解红外检测技术提供一定的参考。

一、红外辐射原理红外辐射是一种电磁辐射，它处于可见光和微波之间的频谱范围。

红外辐射的波长一般在0.7微米到1000微米之间。

根据黑体辐射定律可以得知，所有温度大于绝对零度的物体都会辐射出红外波长的辐射能量。

通过检测目标物体发出的红外辐射，可以实现对其温度、形状、结构等信息的获取。

二、红外传感器原理红外传感器是一种能够通过接收目标物体发出的红外辐射来探测目标的传感器。

其工作原理主要基于红外辐射的吸收和反射。

当红外辐射照射到目标物体表面时，部分辐射能量会被目标物体吸收，而另一部分会被反射出来。

红外传感器可以利用这种反射和吸收的差异来判断目标的性质、温度、距离等信息。

在红外传感器中，最常见的是红外热释电传感器（IR sensor）和红外线阵列传感器（IR array sensor）。

红外热释电传感器利用热释电效应来实现对红外辐射的检测，当红外辐射照射到热释电传感器上时，会导致传感器表面温度变化，从而产生对应的电信号输出。

而红外线阵列传感器则是由多个红外感光元件组成的一种探测器，可以实现对红外辐射进行多点探测和成像。

三、红外成像技术原理红外成像技术是基于对目标物体发出的红外辐射进行拍摄和处理，从而实现对目标物体的热分布、温度分布及结构信息的获取。

其工作原理主要涉及红外辐射的收集、转换和成像。

红外成像系统通过红外镜头和光学冷却装置收集目标物体发出的红外辐射，并将其转换成电信号。

然后，将这些电信号传输给红外探测器进行处理，通常采用红外焦平面阵列（IRFPA）作为探测器。

红外焦平面阵列是由多个红外探测单元组成的矩阵结构，每个单元对应着一个像素点。