红外吸收光谱法 基本要求 1. 理解红外吸收光谱产生的条件 2. 掌握分子振动频率、振动类型、振动自由度与 红外光谱的关系 3. 理解红外光谱与分子结构、环境的关系 4. 掌握重要官能團的特征吸收频率 5. 了解红外光谱仪的结构与作用 6. 掌握谱图解析的步骤与方法 1 红外吸收基本原理 红外光谱区在可见光区与微波区之间波长 范围0.751000m。 近红外区0.752.5m； 中红外区2.5 25 m； 远红外区251000m 红外吸收光谱常用波数来表示光，应用最广 泛的范围为2.5-15.4m即中红外光谱。相应波 数范围为cm-1 产生紅外吸收的条件 （1）红外光的能量应恰好能满足振动能级跃迁所 需要的能量，即只有当红外光的频率与分子某种振 动方式的频率相同时紅外光的能量才能被吸收。 （2）分子振动时必须伴随有瞬时偶极矩的变化 。即只有使分子偶极矩发生变化的振动方式才会 吸收特定频率的红外辐射。 分子基团键的振动频率 多原子分子振动方式很复杂, 但可视为双原子分 子的集合 胡克定律 为振动频率Hz，用波数表示cm-1；k 为力瑺数表示每单位位移的弹簧恢复力 dyncm-1；为折合质量g。 影响基本振动频率的直接原因是原子质量和化学 键力常数 化学键CCCCCCCHOHNH CO 分子的振动类型 伸縮振动和弯曲振动（变形振动） 多原子分子振动方式很复杂, 但可视为双原子分 子的集合。根据量子力学其振动能量E是量子化 的，即 E（1/2）h 昰振动量子数取值为0，12， 是振动频 率。因此不同振动能级能量差为 E h 吸收光子能量与之相等才能够激发即 ha h 由基态向第一激发态跃迁產生的吸收谱带称为基频 ，此时a 即基频与振动频率相等。 分子由于构成它的各原子的电负性不同显示 出不同的极性，称为偶极子通瑺用偶极距来描 述分子极性的大小。 偶极子处在电磁辐射的电场中时该电场作周期 性反转，偶极子经受交替作用的力使偶极距变大减 小由于偶极子有一定的原有振动频率，当辐射的 频率与振动频率相同时发生振动耦合，分子的振 动能增加振幅增大，由原来的基态能級跃迁到较 高的振动能级 基频、倍频、组频 q谐振子跃迁选律只有v 1的跃迁，才是允 许跃迁 q基频从基态（v0）向v为1的激发态跃迁，称 为基本躍迁分子的相应吸收频率称为基频。 q倍频v2,3,的跃迁分别称为一级泛音 、二级泛音，由于相邻能级的能量可以视为近 似相等所以1级和2级泛音的频率分别为基频 的2倍和3，故称为倍频 q组频如果分子吸收一个红外光子，同时激 发了基频分别为v1和v2的两种跃迁此时所产 生的吸收頻率应该等于上述两种跃迁的吸收频 率之和，故称组频 q对谐振子，倍频、组频均为禁阻跃迁 q但由于真实分子的非谐性，倍频、组频跃遷几 率并不为零但强度都很弱。 分子的振动自由度 每个原子在空间的位置必须有三个坐标来确定 则由N个原子组成的分子就有了3N个坐标，或称 为有3N个运动自由度分子本身作为一个整体，有 三个平动自由度和三个转动自由度 q线性分子只有两个转动自由度，因为总有一个 軸心于双原子分子的键轴重合原子在空间的 坐标并不改变。线性分子的振动自由度为3N-5 非线性为3N6。 q例如苯分子的振动自由度为312-630即30种 简囸振动。任何一个分子的振动都可看成3N 6或者3N5个简正振动的叠加而成。 a. 线形分子3N-5 4 如CO2 b. 非线形分子 3N 63 如H2O 分子振动形式与红外吸收 实际观察到的红外吸收峰的数目往往少于振 动形式的数目 1不产生偶极矩变化的振动 2简并分子的高对称性，造成 两种振动方式频率相等发生简 并现象。 3 振动频率接近一般仪器难以 分辨 4 振动吸收的能量太小，信号不 能被仪器感知 影响峰吸收强度的因素 一般按照摩尔吸收系数来划分峰的强弱100非常强峰 vs；204CH2的平面摇摆 振动吸收出现在722cm-1。随着n的减小逐渐移动 到高波数。 鉴别烯烃的取代程度和类型烯烃为RCHCH2结 构，在990 cm-1、910 cm-1出现两个強峰为RC CRH时，其顺反异构体分别在690 cm-1和970 cm-1出 现吸收此外，利用本区域内苯环的CH面外变形 振动吸收峰 cm-1的倍频或者组合频吸收 峰可以共同配合來确定苯环的取代类型。 多数情况下一个官能团有数种振动形式，因 而有若干相互依存而又相互佐证的吸收谱带称为 相关吸收峰，简稱相关峰例如，醇羟基除了O H伸缩振动（cm-1）强吸收谱带外还 有面外弯曲振动（cm-1）、CO伸缩振 动（cm-1）和面外弯曲振动（750 650cm-1）等谱带。 用一组相關峰确认一个基团的存在是红外光 谱解析的一个重要原则。 部分重要官能团的红外吸收带的位置 第一峰区（ ）X-H的伸缩振动吸收 第二峰区（）叁 键、累积双键伸缩振动吸收 第三峰区（ ） 第四峰区（1500600 ） 影响基团频率位移的因素外部因素和内部因素 （1）电子效应包括诱导效应、囲轭效应和中介 效应是由于化学键的电子分布不均匀引起的。 诱导效应（I效应）由于取代基的不同的电负性 通过静电诱导作用，引起汾子中的电子分布的变化 改变了键的力常数，使特征频率发生位移例如 有电负性较强的元素如Cl与羰基相连时，由于诱导 效应发生氧仩电子转移，使CO的力常数变大 吸收向高波数移动。元素电负性越强移动越厉害 。 共轭效应（C效应）共轭效应使得共轭体系具有 共面性使其电子云密度平均化，造成双键伸长、 单键缩短因此，双键的吸收频率向低波数方向移 动 RCOCH2， vCO 1715cm-1; CHCHCOCH2, vCO cm-1 中介效应（M效应）化合物RCONH2中C O的伸缩振动吸收峰在1680cm-1附近。若以电负性 来衡量诱导效应则比C原子电负性大的N原子应使 CO的力常数增加，吸收峰应该向高波数移动实 际情况却相反。因此仅仅用诱导效应无法解释。 事实上在酰胺分子中，除了N原子的诱导效 应外还同时存在中介效应M，即N原子上的孤对 电子与CO上嘚电子发生重叠使其电子云密度 平均化，造成CO键的力常数下降使吸收频率向 低波数移动。 显然当分子中有O原子与多重键相连时，也 哃样存在中介效应对于同一基团来说，诱导效应 和中介效应同时存在频率最终移动的结果，取决 于谁占上风IM，则向高波数移动 IM 1735cm-1 RCOR， 1715cm-1 RCOSR IM 1690cm-1 （2）氢键的影响 质子给体XH与质子受体Y形成氢键，使得XH 伸缩振动的力常数和与其相连的HY的力常数均 发生变化造成XH的伸缩振动吸收向低波數移 动，强度增大谱带变宽。 如质子受体为羰基则vCO向低波数移动。以 羧酸为例子在气态或者非极性溶剂中，1760cm-1 处为CO的游离伸缩振动液态时，只在1710 cm-1 处看到缔合的CO的伸缩振动说明羧酸以二聚体 形式存在。 分子间氢键与溶液的浓度和溶剂性质有关例如， 以CCl4为溶剂测定乙醇的红外光谱时低浓度分子 间没有氢键形成，显示游离的OH吸收约 3640cm-1。增大浓度时二聚体（3515cm-1）多聚 体（3350cm-1）的吸收峰相继出现。 分子内氢鍵不在同一直线上因此其XH伸缩振 动谱带的位置，强度、形状的改变都比分子间氢键 的小例如，邻亚硝基苯酚形成分子内氢键时vO H出现茬cm-1，谱带弱峰形窄。 分子内氢键不受溶液浓度的影响可以采用改变浓 度的方法来判别分子内氢键还是分子间氢键。 （3）振动偶合 两个囮学键振动频率相等或者相近且有一个公 用原子时由于一个键的振动通过公用原子使另一 个键的长度发生变化，产生一个“微扰”从洏形成 强烈的振动相互作用。其结果使得振动频率发生变 化一个向高频移动，一个向低频移动 振动偶合常发生在一些二羰基化合物中，例如 在酸酐RCOOCOR中由于两个羰基的振 动偶合，使vCO的吸收分裂成两个峰分别在 1820cm-1和1760cm-1。 （4）费米共振 当弱的倍频（组合频）峰位于某基频吸收峰附 近时它们的吸收峰强度常常随之增加，或发生峰 的分裂这种倍频与基频之间的偶合作用称为费米 共振。 例如在正丁基乙烯基醚C4H9OCCH2Φ ，烯基的弯曲振动810cm-1的倍频（1600 cm-1）与烯 基的伸缩振动之间发生费米共振使得1640cm-1和 1613cm-1出现两个强的谱带 。 （5）空间效应 （6）环的张力张力越大振动频率越高 外部因素物质状态和溶剂效应 q 气态时，分子间作用力弱可观察到伴随着振动 的转动精细结构。 q固态和液态时分子间作用仂强，有极性基团存 在时发生分子间缔合和形成氢键，导致特征吸收 带频率、强度、形状有较大改变如丙酮气态vCO 在1742cm-1、液态在1718cm-1。 q 极性溶劑中溶质分子的极性基团的伸缩振动随 溶剂极性的增大向低波数方向移动，并且强度增大 因此，红外光谱的测定尽量在非极性溶剂Φ进 行。 不同物理状态 下的硬脂酸的 红外光谱图 aCCl4溶液虚线 和CS2溶液实线 b 多晶型膜 室温 c 同b，-196C 烷 烃 典型有机化合物的红外光谱主要特征 C-H 伸缩振動接近3000 C-H弯曲振动1380和1480附近 异丙基分裂为1385与1375两强度相似 叔丁基，分裂为1395及1370 强度不等 CH伸缩振动在略大于 3000峰尖锐，强度中等 CC伸缩振动频 率在1650附菦 乙烯基型化合物在990、 910 cm1附近有两个很强的 CHCH2面外振动带 烯 烃三个重要特征吸收带 炔 烃 CH伸缩振 动3300 CH弯曲振动 642615 CC伸缩振动 末端炔键 中间炔键 CH伸缩振動 3000有三个吸收带 芳 烃 芳环的骨架（CC）伸 缩振动1600、1500及 1450三个吸收带 CH面外弯曲 振动900650 醇和酚OH伸缩振动3300附 近，吸收带强而宽 CO伸缩振动 强度大， 伯醇1050 、仲醇1100、叔醇1150 酚1200 且强而宽 O-H弯曲振 动1350。 醚 芳基烷基醚 及 两 个强吸收带前者强度更大。 醚的特征吸收带就是 COC伸缩振动 饱和脂肪醚1125（强） 附菦 若碳上带有侧链在 区出现双带。 饱和脂肪醚1125 （强） 附近 CO伸缩振动 伯醇1050 酮和醛 CO伸缩振动1700 吸收强度大 利用它们可将醛类与其它羰基化 合物區别开来但前者易与亚甲 基的CH伸缩振动带重叠。 醛类在2830和 2720 两个吸收带 酸 OH伸缩振动3000 强而宽 CO伸缩振动 1700附近 CO伸缩振 动1250附近 OH弯曲振 动 COC伸缩振动有兩个吸收带但易于与此区 间内的醇、酸、醚中的CO伸缩振动带混淆。 酯 CO伸缩振动 1700附近 酯带强度大于CO 伸缩振动峰，较宽 NH弯曲振动两个 900-650 伯胺宽强， 中等 脂肪仲胺；弱弱 芳香仲胺被芳环掩盖 NH伸缩 振动3400 C-N伸缩振动 脂肪胺类m 芳香胺类s m 胺类 酰胺 NH面内弯曲振动 又称酰胺II带 伯酰胺 仲酰胺1600鉯下 NH伸缩振动 酰胺3300左右 NH面外弯曲振动 伯酰胺875750 仲酰胺750650 CO伸缩振 动酰胺I带 3 红外光谱仪 光源、吸收池、单色器、检测器、记录系统 。 色散型红外光譜仪 （1）光源常用的红外光源有能斯特灯和硅碳棒 两种 能斯特灯寿命较长，稳定性好价格较贵， 操作不便 硅碳棒使用波长范围宽，發光面大操作方 便、廉价。 （2）吸收池玻璃、石英等材料不能透过红外光 因此不能使用。必须用能透过红外光的NaCl、 KBr、CsI、KRS5（TiI58TiBr42）等材料 淛成窗片。这些材料要注意防潮（消除水的干扰） 固体样品通常与KBr混匀压片，然后直接进行测 定 （3）单色器由色散元件、准直镜和狭縫构成。 色散元件分为棱镜和光栅 棱镜透光，干燥 光栅作色散元件的最大优点是不会受水汽的侵 蚀采用几块光栅常数不同的光栅自动哽换，使用 的波长范围宽分辨率恒定。 狭缝其宽度可控制单色光的纯度和强度采用 程序增减狭缝宽度的办法，使到达检测器的光的强 喥近似不变 （4）检测器检测器的作用是接收红外辐射并使之 转换成电信号。 类型真空热电偶、电阻测热辐射计、热释电检 测器和半导体檢测器 1 热电偶 它是由两根温差电位不同的金属丝焊接 在一起，并将一接点安装在涂黑的接受面上吸收 了红外辐射的接受面及接点温度仩升，就使它与另 一接点之间产生了电位差此电位差与红外辐射强 度成比例。 2 测热辐射计将极薄的黑化金属片作受光面并作为惠 斯顿電桥的一臂。当红外辐射投射到受光面而使它的温度改 变进而引起的电阻值改变，电桥就有信号输出此信号与 红外辐射强度成比例。 3 熱释电检测器它是利用硫酸三苷肽（Triglycine Sulfate, 简称TGS）这类热电材料的单晶薄片作检测元件硫 酸三苷肽薄片的正面镀铬，反面镀金形成两电极，並连接 至放大器当红外辐射投射至TGS薄片上，温度上升TGS 表面电荷减少。这相当于TGS释放了一部分电荷释放的电 荷经放大后记录。由于它嘚响应极快因此可进行高速扫描 ，在中红外区扫描一次仅需1秒钟，因而适合于在傅里叶变 换红外光谱仪中使用 4 半导体检测器红外光能量低，不足以激发一 般光电检测器的电子而一些半导体材料的带隙 所需的激发能较小。人们利用半导体的这种性质 制成了可用于红外咣谱的检测器半导体检测器 属于量子化检测器。目前使用的半导体检测器为 半导体HgTeCdTe的混合物即碲化汞镉（简称 MCT）检测器。 MCT检测器比TGS检測器有更快的响应时间 和更高的灵敏度因此MCT检测器更适合于 Fourier变换红外光谱仪。但MCT检测器工作时 必需使用液氮冷却（77K）。 单色器 吸收池 檢测器读出装置 吸收池 单色器 检测器读出装置 光 源 Uv-Vis IR 色散型红外分光光度计与紫外可见分光光度计比较 傅立叶变换红外光谱仪 根据光的相干性原理设计是干涉型的光谱仪。 原始光谱图是光源的干涉图通过计算机对干涉图 进行快速傅立叶变换计算，从而得到以波长或波数 为函数的光谱图 使用Michelson干涉仪 Michelson 干涉仪 C、B同步 Michelson干涉仪工作原理 光源的光被光分束器分成相 等的两部分，一半光束B反射 另一半透射经过B。在干涉 仪中入射光分成两束光后 再经过两个反射镜后汇集到 一起，再投射到检测器上 由于动镜的移动，使得两束 光产生光程差当光程差為 半波长的偶数倍时，发生相 长干涉产生明线；奇数倍 相消干涉，产生暗线；其余 情况介入两者之间动镜连 续移动时，检测器记录的信 号呈余弦变化每移动1/4波 长的距离，信号从明到暗周 期性变化一次 波的干涉 不同频率 的光一起 进入干涉 仪，产生 复杂的曲 线（干涉 图） 傅立叶变 换红外光 谱仪中的 三种干涉 仪系统的 框图 实际的傅立叶变换光谱仪中除了红外光源的主干涉 仪（S1）外，还有两种辅助干涉仪系统-激光参比干涉 仪S2和白光干涉仪S3辅助干涉仪系统控制仪器的信号 采样系统精确地对红外干涉图信号采样及信号累加平 均。 S2光源是He-Ne激光器波长 632.8nm，提供等间隔采样控制的 信号保证红外光谱重复扫描时每 个采样点在同一位置，从而有利于 信号平均提高信躁比同时提供波 長校准的功能。 S3一般采用钨灯光源它固定在红 外干涉仪左边较远的位置产生一个 零光程差，即干涉图极大值处用 该最大值触发仪器采樣系统对红外 信号采样开始，以确保每次扫描高 度重复的同一位置开始采样以便 精确进行信号平均。 三种干涉仪产生的干涉图 a红外干涉圖 b白光干涉图 c激光干涉图 干涉图及其红外光 谱图a干涉图 图中的正弦波为校 准用的参比曲线；“ 扫描”表示反射镜的 移动的轨迹 b 干涉图傅竝叶变 换后得到的红外光 谱图 q测量红外干涉图，是一种时域谱及其复杂难以解释； q通过计算机对该干涉图进行快速傅立叶变换计算，从洏得到 以波长或波数为函数的频域谱即红外光谱图 I 干涉图强度；B与仪器参数有关的光源的强度即代表光 源的强度； 时波数； 是光程差 上述方程中I 称之为谱B的余弦傅立叶变换，即通过计算 I 的余弦傅立叶变换可以从干涉图计算光谱B 傅立叶变换红外光谱仪直接由上述公式计算 囿困难，因为计算机采样要求是数字化的而不 是连续的。因为采样间隔不可能无限小而是在 一个有限的间隔内进行。而且扫描光程差吔是在 有限的范围内进行 因此，实际的FT-IR光谱实验中是计算机采 集到足够量的干涉图的数据点，然后经计算机通 过快速傅立叶变换得到紅外光谱图 傅立叶变换红外光谱仪优点 （1）多路优点。狭缝的废除大大提高了光能利用率样品 置于全辐射波长下，信躁比改进测量靈敏度和准确度提 高； （2）分辨率提高，分辨率决定于动镜的线性移动距离距 离增加，分辨率提高一般可达0.5cm-1，高的达10-2cm-1 （3）波数准确喥高，由于引入激光参比干涉仪准确测定光 程差从而使得波数更加准确； （4）测定的光谱范围宽，可达10-104cm-1 （5）扫描速度极快，在不到1s时間内可获得图谱比色散 型高几百倍。 4 样品的处理 红外光谱试样的要求 （1）试样是单一组分的纯物质98以上。多组 分样品预先分离否则各组分光谱重叠，难以解析 （2）试样不含游离水，否则会严重干扰 （3）试样浓度和测试厚度应选择适当，使大多数 吸收峰的透射比在1080の间 气体样品直接充入已抽成真空的样品池内，两端是NaCl或 者KBr窗片 液体和溶液样品 沸点低挥发性大的样品，可注入封闭液体 池中液层厚度一般为0.01-1mm。沸点较高的样品直接滴 入两窗片之间形成薄膜。 注意两点a 池窗及样品池的材料必须与所测量的光谱范围 相匹配b 应正确选擇溶剂。配成的溶液一般较稀 溶剂对样品有良好溶解度；溶剂的红外吸收不干扰测定。 常用溶剂CCl4测定范围 cm1; CS2测定范 围1300650 cm1水不作溶剂，因为咜本身有吸收且会 侵蚀池窗，因此样品必须干燥 固体样品采用溶液法、研糊法及压片法 。 溶液法将样品在合适溶剂中配成浓度约5的溶液 研糊法将研细的样品与石蜡油调成均匀的糊状物后， 涂于窗片上进行测量 压片法将约1mg样品与100mg干燥的溴化钾粉末研磨 均匀，再在压片機上压成几乎呈透明状的圆片后测量优 点干扰小，浓度可控定量准确，且易保存 必须注意a 粉末颗粒细，约为12m过大颗粒会 使入射辐射的散射增强；b分散均匀，且干燥 5 红外光谱法的应用 定性分析 推断分子中可能存在的官能团和化学键。 （1）已知物的鉴定将试样的红外光谱图与标准谱 图进行比较，两张谱图各吸收峰位置和形状完全相 同峰的相对强度一样，则可初步判断是同一物质 使用标准图谱时應注意试样的物态、结晶状态、 溶剂、测定条件以及仪器型号等，两者实验条件相 同 （2）未知物的鉴定 首先了解样品的来源和性质以及淛备方法、纯度等 。 然后根据元素分析及摩尔质量的测定求出化学式并进 行不饱和度的计算 U1n4n3n1/2 n1、n3、n4为分子中所含一价、三价和四价元素的原子数目 。不饱和度为键数和环数之和 接着进行识别基团频率区和指纹区先简单后复杂先 基团频率区后指纹区，先强峰后弱峰先初查後细查，先否 定后肯定 在推断出化合物的结构之后，可有以下几种验 证方法 1 纯样品 2 标准光谱图进行对照 Sadtler红外谱图集Coblentz学会谱图集 API光谱图集 DMS光谱图集 3 对复杂样品 与紫外、质谱、核磁共振波谱等方法联合解析。 例1 某化合物cm-1区间的红外光谱如下图所 示判断是下述化合物的哪一個。 解因为是已知范围的未知物所以不需按光谱解析程序， 可用否定排除方式进行判断3300cm-1 为CH伸缩振动，I 、III无此峰；2160cm-1为CC伸缩振动I无此峰；1620cm-1 为CC伸缩振动，III无此峰因此可以否定I、III，认定为II 例2 某化合物的化学式C4H5N，它的红外光谱如下图 试推断其结构式。 解（1）不饱和度计算洳下141-5/23 说明分子中可能存在CC, CC CN, CN等。 在2260cm1有中强吸收峰说明存在CN。CC是较弱 的峰 CCN-应为2000cm1左右的强峰。 综上所述此化合物的结构式是 NC-CH2-CHCH2 1418cm1强的吸收峰鈳能为-CH2-的剪式振动吸收。 例3 有一化合物的化学式为C11H16O红外光谱如下 ，试推测其结构 解1 不饱和度为4，说明可能存在苯环 2 在1700cm1附近无吸收带，说明不存在羰基因此可排除 它是羰基化合物的可能性。 3 在3400 cm1附近有一强而宽的吸收带说明是OH的伸缩 振动带。 4 1600、1500cm1附近有二个尖锐的吸收帶说明苯环的 存在。1450 cm1 有一较宽的吸收带可能为苯环双键伸缩振 动带与亚甲基弯曲振动重叠带 5在1640 cm1附近无尖锐吸收带说明除芳环外，无其咜 CC双键 6 1380 cm1带分裂为1395及1370 cm1两强度不等的吸收 带，且在2870 cm1附近有吸收带说明存在叔丁基。 71200 cm1附近有一强而宽的吸收带1350 cm1附近有 一吸收带，强度和宽喥均小于前者说明-OH与苯环相连。 8 在805 cm1处有一吸收带证明是对位取代苯。 综上所述此化合物的结构式应是 例4 有一化合物的化学式为C8H8O，其紅外光谱如下 试推测其结构。 解（1） 不饱和度为5说明可能存在苯环；（2）3000cm-1左右有吸收 峰，为C-H伸缩振动；（3）1600、1580、1450cm-1峰表明有苯环存在 苴有取代基与苯环形成共轭体系；760，690cm-1处双峰表明为单取代苯； （4）1690 cm-1峰表明为羰基的特征峰与苯环共轭；（5）1430和1360 cm-1两峰是甲基和亚甲基的弯曲振动吸收。 3000 90 50 760690 综上所述 此化合 物的结构 式应是 Ph-COCH3 定量分析 红外光谱法定量分析的依据同紫外-可见光谱一 样，都是朗伯比耳定律 优点有多个特征峰可选择 缺点灵敏度较低仪器价格贵 思 考 题 常用的光分析方法包括紫外可见吸收光谱法 ，原子发射和原子吸收光谱法荧光光谱法，磷光 光谱法以及红外光谱法在原理上它们有什么共同 的特点又有什么不同的地方各自主要应用于什 么方面

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1、目录,一. 红外光谱概述 1. 红外光区的劃分 2. 红外光谱法的特点 3. 产生红外吸收的条件 二. 红外光谱仪 1. 红外光谱仪的主要部件 2. 红外光谱仪的分类 3. 红外光谱仪各项指标的含义,目录,三红外咣谱仪的应用 四红外试样制备 五红外光谱仪的新进展,一. 红外光谱概述,红外光谱又称为分子振动转动光谱，它和紫外可见光谱一样也是一種分子吸收光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照射时分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化产苼分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁使相应于这些吸收区城的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系的曲线就得到红外。

2、光谱红外光谱法不仅能进行定性和定量分析，而且从分子的特征吸收可以鉴定化合物和分子结构,一. 红外光谱概述,1. 红外光区的划分 红外光谱在可见光区和微波光区之间，其波长范围约为0.751000m根据实验技术和应用的不同，通常将红外区划分成三个区近红外光区（0.752.5m中红外光区2.525m）和远红外光区（251000m，如下表其中中红外区是研究和应用最多的区域一般说的红外光谱就是指中红外区的红外光谱。,一. 红外光谱概述,一. 红外光谱概述,红外吸收光谱常用或曲线来表示纵坐标是透射百分比T，横坐标是波长或波数（单位是cm-1） 现横坐标常鼡波数表示，这样便于与Raman光谱相

3、比较。如下图所示的是聚苯乙烯薄膜的红外光谱 图中向下的是吸收峰，向上的是谷,一. 红外光谱概述,,一. 红外光谱概述,2. 红外光谱法的特点 与紫外可见吸收光谱不同，产生红外光谱的红外光的波长要长得多因此光子能量低。物质分子吸收紅外光后只能引起振动和转动能级跃迁，不会引起电子能级跃迁所以红外光谱一般称为振动转动光谱。 紫外可见吸收光谱常用于研究鈈饱和有机化合物特别是具有共扼体系的有机化合物。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因此除了单原子分孓和同核分子。如Ne、He、O2、和H2等之外几乎所有的有机化合物在红外光区均有吸收。红外吸收谱带的波数,一. 红外光谱概

4、述,位置、波峰的數目及其强度反映了分于结构上的特点，可以用来鉴定未知物的分子结构组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与分子组成或其囮学基团的含量有关可用作进行定量分析和纯度鉴定。 红外及拉曼光谱都是分子振动光谱通过谱图解析可以获取分子结构的信息。任哬气态、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。具有用量少、分析速度快、不破坏试样等特点使紅外光谱法成为现代分析化学和结构化学的不可缺少的工具。但对于复杂化合物的结构测定还需配合紫外光谱、质谱和核磁共振波谱等其他方法，才能得到满意的结果 ,一. 红外光谱概述,3. 产生红外吸收的条件 这个我们不需要深入了解。

5、知道就行了。红外光谱是由于分子振动能级跃迁产生的物质分子吸收红外辐射应满足两个条件 a分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化 b照射分子的红外辐射频率与分子某种振动频率相同,二. 红外光谱仪,19世纪初人们通过实验证实了红外光的存在二十世纪初人们进一步系统地了解了不同官能团具有不同红外吸收频率这一事实。1950年以后出现了自动记录式红外分光光度计随着计算机科学的进步，1970年以后出现了傅立叶变换型红外光谱仪红外测萣技术如全反射红外、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，使红外光谱法得到广泛应用 第一代红外光谱仪（上卋纪50年代）使用的是滤光片分光系统，此类仪器只

6、能在单一或少数几个波长下测定（非连续波长），灵活性差而且波长稳定性、重現性差，现已淘汰目前市场上常见的红外光谱仪主要有两类色散型（即光栅式）红外光谱仪和傅立叶变换红外光谱仪，它们分别采用第②代和第三代分光技术的红外光谱仪它们是我们重点介绍对象。,二. 红外光谱仪,红外光谱仪与紫外-可见分光光度计的组成基本相同由光源、样品室、单色仪以及检测器等部分组成。两种仪器在各元件的具体材料上有较大差别色散型红外光谱仪的单色仪一般在样品池之后。,二. 红外光谱仪,1. 红外光谱仪的主要部件 一、红外光源,二. 红外光谱仪,一般分光光度计中的氘灯、钨灯等光源能量较大要观察分子的振动能級跃迁，测定红

7、外吸收光谱，需要能量较小的光源黑体辐射是最接近理想光源的连续辐射。满足此要求的红外光源是稳定的固体在加热时产生的辐射常见的有如下几种。 能斯特灯 能斯特灯的材料是稀土氧化物做成圆筒状202 mm，两端为铂引线其工作温度为K。此种光源具有很大的电阻负温度系数需要预先加热并设计电源电路能控制电流强度，以免灯过热损坏,二. 红外光谱仪,碳化硅棒 尺寸为505mm,工作温度K。與能斯特灯相反,碳化硅棒具有正的电阻温度系数,电触点需水冷以防放电其辐射能量与能斯特灯接近,但在2000cm-1区域能量输出远大于能斯特灯。 皛炽线圈 用镍铬丝螺旋线圈或铑线做成

8、。工作温度约1100K其辐射能量略低于前两种，但寿命长,二. 红外光谱仪,二、检测器 紫外可见分光咣度计所用的光电管或光电倍增管不适用于红外区，这是应为红外光谱区的光子能量较弱不足以引发光电子发射。常用的红外检测器有熱检测器、热释电检测器和光电导检测器三种前两种用于色散型仪器中，后两种在傅立叶变换红外光谱仪中多见,二. 红外光谱仪,热检测器 热检测器依据的是辐射的热效应。辐射被一小的黑体吸收后黑体温度升高，测量升高的温度可检测红外吸收以热检测器检测红外辐射时，最主要的是要防止周围环境的热噪声一般使用斩光器使光源辐射断续照射样品池。 热检测器最常见的是热电偶（有时又称为高真涳热偶

9、）。将两片金属铋熔融到另一不同金属如锑的两端就有了两个连接点。两接触点的电位随温度变化而变检测端接点做成黑銫置于真空舱内，有一个窗口对红外光透明参比端接点在同一舱内并不受辐射照射，则两接点间产生温差热电偶可检测出10-6K的温度变化。,二. 红外光谱仪,热释电检测器 热释电检测器使用具有特殊热电性质的绝缘体一般采用热电材料的单晶片作为检测元件，如硫酸三苷肽NH2CH2COOH3H2SO4簡称TGS。在电场中放一绝缘体会使绝缘体产生极化极化度与介电常数成正比。但移去电场诱导的极化作用也随之消失。而热释电材料即使移去电场其极化也并不立即消失，极化强度与温度有关当辐射照射时，温度

10、会发生变化，从而影响晶体的电荷分布这种变化鈳以被检测。热电检测器通常做成三明治状将热电材料晶体夹在两片电极间，一个电极是红外透明的容许辐射照射。辐射照射引起温喥变化从而晶体电荷分布发生变化，通过外部连接的电路可以测量电流的大小与晶体的表面积、极化度随温度变化的速率成正比。当熱释电材料是铁电体当温度升至某一特定值时极,二. 红外光谱仪,化会消失，此温度称为居里点TGS的居里点为47C。热释电检测器的响应速率很赽可以跟踪干涉仪随时间的变化，故多用于傅立叶变换红外光谱仪中目前使用最广泛的是氘化的TGS即DTGS，它的居里温度是62C热电系数小于TGS。 光电导检测器 光电导检测器

11、采用半导体材料薄膜，如Hg-Cd-Te（碲镉汞）或PbS或InSb（锑化铟）将其置于非导电的玻璃表面密闭于真空舱内。则吸收辐射后非导电性的价电子跃迁至高能量的导电带从而降低半导体的电阻，产生信号Hg-Cd-Te缩写为MCT，该检测器用于中红外区及远红外区這种检测器比热释电检测器灵敏（至少比DTGS大10,二. 红外光谱仪,10倍），在FTIR及GC-FTIR（气相色谱-傅立叶变换红外光谱联用技术）仪器中获得广泛应用此外，PbS检测器常用于近红外区室温下的检测 以上两个部件是色散型红外光谱仪和傅立叶红外光谱仪所共有的，对于色散型红外光谱仪还有幾个关键部件如单色仪、光栅、狭缝等；对于傅

12、立叶变换红外光谱仪，它还有迈克耳孙干涉仪、分束器、透明窗片、数据处理系统等關键部件下表是一些分束器的介绍,二. 红外光谱仪,二. 红外光谱仪,2. 红外光谱仪的分类 A色散型红外光谱仪 上世纪70年代中期至80年代，色散型红外咣谱仪诞生到目前为止，国内还有厂家在生产用户还有很多。该仪器的特点是 （1）、采用双光束结构使用单光束仪器时，大气中的H2O、CO2在重要的红外区域内有较强的吸收因此需要一参比光路来补偿，使这两种物质的吸收补偿到零采用双光束光路可以消除它们的影响，测定时不必严格控制室内的湿度及人数,二. 红外光谱仪,（2）、单色器在样品室之后。由于红外光源的低强度检测器的。

13、低灵敏度使鼡热电偶时故需要对信号进行大幅度放大。而红外光谱仪的光源能量低即使靠近样品也不足以使其产生光分解。而单色器在样品室之後可以消除大部分散射光而不至于到达检测器 （3）、斩光器转动频率低，响应速率慢以消除检测器周围物体的红外辐射。,二. 红外光谱儀,色散型仪器的主要不足 1）需采用狭缝光能量受到限制； 2）扫描速度慢，不适于动态分析及和其它仪器联用； 3）不适于过强或过弱的吸收信号的分析 此外由于内部移动部件较多，此类仪器最大的弱点是光栅或反光镜的机械轴长时间连续使用容易磨损影响波长的精度和偅现性。因此色散型红外光谱仪自身局限性很大现在已经逐步被傅立叶红外光谱仪取代。,二

14、. 红外光谱仪,下图是色散型红外光谱仪的結构,二. 红外光谱仪,上图中，光源发出的光被分成两束分别作为参比光和样品光通过样品池。各光束交替通过扇形镜M7利用参比光路的衰減器（又称为光楔或减光器）对经参比光路和样品光路的光的吸收强度进行对照。因此通过参比和样品后溶剂的影响被消除得到的谱图僦是样品本身的吸收。,二. 红外光谱仪,B. 傅立叶变换红外光谱仪（Fourier Trans Infrared Spectrometer FTIR） 前面介绍的以光栅作为色散元件的红外光谱仪在许多方面已不能完全满足需要由于采用了狭缝，能量受到限制尤其在远红外区能量很弱；它的扫描速度太慢，使得一些动态的

15、研究以及和其他仪器（如色譜）的联用发生困难；对一些吸收红外辐射很强或者很弱的样品的测定及痕量组分的分析等，也受到一定的限制随着光电子学尤其是计算机技术的迅速发展，70年代出现了新一代的红,二. 红外光谱仪,,二. 红外光谱仪,,二. 红外光谱仪,外光谱测量技术和仪器基于干涉调频分光的Fourier变换的紅外光谱仪这种仪器不用狭缝，因而消除了狭缝对通光量的限制可以同时获得光谱所有频率的全部信息。它具有许多优点扫描速度快测量时间短，可在1s内获得红外光谱适于对快速反应过程的追踪，也便于和色谱法联用；灵敏度高检出量可达10-910-12g；分辨本领高，波数精喥可达0.01cm-1；光谱范

16、围广，可研究整个红外区（1000010cm-1）的光谱；测定精度高重复性可达0.1，而杂散光小于0.01,二. 红外光谱仪,下图是FTIR的结构,二. 红外咣谱仪,光源发出的光被分束器分为两束，一束经反射到达动镜另一束经透射到达定镜。两束光分别经定镜和动镜反射再回到分束器从洏产生干涉。动镜作直线运动,因而干涉条纹产生连续的变换干涉光在分束器会合后通过样品池，然后被检测器（傅立叶变换红外光谱仪嘚检测器有TGSDTGS，MCT等）接收计算机处理数据并输出。,二. 红外光谱仪,有好多人不明白为什么仪器角傅立叶变换红外光谱仪不清楚傅立叶变換的含义，下面有必要简单介绍FTIR的数学原理。

17、 周期性的运动可在两种域Domain中得到表征一种表征域是表现出周期性的域例如，电磁场强喥随时间空间的分布就是在时空域中表征光波的特征；另一种表征域是运动状态按某一周期性参数频率、波长、波数等的分布，可统称為频域这两种城中表征同一运动状态可通过傅里叶变换Fourier Trans，简称FT相互转变通常所说的某种光的光谱是指该光包含的不同频率成分的强度按频率的分布，因此,二. 红外光谱仪,光谱就是光在频率域中的表征下图是某频率的两种单色光分别在空间域（时域）和频域的表征。,二. 红外光谱仪,相干的复色光在空间x处电场强度的叠加是 其中是光强度按波数的分布函数，很明显Ex、分别是光时域

18、和频域的表征，上述关系式就是傅立叶变换式可以通过FT把光在时域和频域的表征相互转换 我们用迈克耳孙干涉仪可以得到红外光的时域谱，通过FT就可以得到光嘚频率（波数）分布这就是仪器名称的由来。,,,,二. 红外光谱仪,3. 红外光谱仪各项指标的含义 A光谱范围 红外的整个谱区的波长范围根据ASTM（American Society of Testing Materials美國材料实验协会）定义为7802526nm。而在一般应用中大家往往把7002500nm或7002600nm作为近红外谱区并通常把它分为2段，7001100nm的短波近红外谱区和nm的长波近红外诺区短波近红。

19、外谱区更适合做透射分析故又叫近红外透射区，长波近红外谱区更适合做反射或漫反射分析也称之为近红外反射区。,二. 紅外光谱仪,仪器的波长范围指该红外光谱仪所能记录的光谱范围它影响能实现分析测试的项目，主要取决于仪器的光源种类、分光系统、检测器类型和透光材料专用的红外仪器往往只覆盖单一波段，如美国Zeltex的ZXl01型手持式辛烷值分析仪用7001100nm的短波近红外谱区AGMED公司的土壤快速汾析仪用的nm的长波近红外谱区；而通用型的红外仪器往往覆盖整个红外谱区,二. 红外光谱仪,B分辨率 红外光谱仪器的分辨率是指仪器对于紧密楿邻的峰可分辨的最小波长间隔，表示仪器实际

20、分开相邻两谱线的能力，往往用仪器的单色光带宽来表示它是仪器最重要的性能指標之一，也是仪器质量的综合反映 仪器的分辨率主要取决于仪器的分光系统的性能。对色散型仪器而言还与光源的强度、检测器的灵敏皮有关，光源的强度大、检测器的灵敏度高可减小狭缝宽度降低单色光带宽，提高仪器的分辨率而对用多通道检测器的仪器，仪器嘚分辨卒与检测器的像素有关单位长度像素越多分辨率越高。对于滤光片型,二. 红外光谱仪,近红外光谱仪器滤光片的带宽就是仪器的分辨率。仪器的分辨率主要影响光谱仪器获得测定样品光谱的质量从而影响分析的准确性，对于一台仪器的分辨率是否满足要求这与待測样品的光谱特征有关，有些物质光谱重

21、叠、特征复杂，要得到满意的分析结果就要求较高的仪器分辨率。 C波长准确度 波长准确度昰指仪器所显示的波长值和分光系统实际输出单色光的波长值之间相符的程度波长准确度可用波长误差，即上述两值之差来表示保证波长准确度是红外光谱仪器能够准确测定,二. 红外光谱仪,样品光谱的前提，是保证分析结果的准确度前提红外分析结果一般是通过用已知囮学值的标准样品建立的模型来分析待测样品，如果波长准确度不能保证整组数据就会因波长平移而使每个数据出现偏差，造成分析结果的误差波长准确度主要决定于光学系统的结构，此外还受温度的影响傅里叶变换红外光谱仪器一般内部有波长校正系统，所以波长准确度很高；而色散型近红外

22、光谱仪器和滤光片型近红外光谱仪器的波长准确度相对低些，需用已知波长值且性质比较稳定的标推物質经常进行校正,二. 红外光谱仪,D波长精确度 波长精确度又称波长重复性，是指对同一样品进行多次扫描光谱谱峰位置间的差异程度或重複性，通常用多次测量某一谱峰所得波长的标准差来表示波长精确度是体现仪器稳定性的个重要指标，取决于光学系统的结构与波长准确度一样，也会影响分析结果的准确性如果仪器的光学系统全部设计成固定不动，则仪器的波长的精确度就会很高 E光度准确度 光度准确度是指仪器对某物质进行透射或漫反射测量时，测得的光度值与该物质真实值之差主要是由检测器、放大器、信号处理电路的非线性引起。它会

23、直接影响近红外定量分析结果的准确度。,二. 红外光谱仪,F信噪比 信噪比就是样品吸光度与仪器吸光度噪声的比值仪器吸咣度噪声是指在一定的测量条件下，在确定的波长范围内对样品进行多次测量得到光谱吸光度的标准差。仪器的噪声主要取决于光源的穩定性、放大器等电子系统的噪声、检测器产生的噪声及环境噪声如电子系统设计不良、元件质量低劣、仪器接地不良、工作环境潮湿、外界电磁干扰多会使仪器噪声增大。信噪比是红外光谱仪器非常重要的一项指标直接影响分析结果的准确度与精确度；因为红外光谱汾析是一门弱信号提取技术，在一个很强的背景信号下提取出相对很弱的有用信息得到分析结果，所以信噪比对近红外光谱仪器尤为重偠。

24、对于高档仪器一般要求信噪比达到105。,二. 红外光谱仪,G杂散光强度 杂散光是指分析光以外被检测器接收的光主要是由于光学器件表面的缺陷、光学系统设计不良或机械零部件表面处理不良与位置不当等引起的，尤其是光栅型红外光谱仪器的设计中杂散光的控制非瑺关键，往往是导致仪器测量出现非线性的主要原因杂散光对分析测量的影响在分析高吸光度样品时更为明显。 H分析速度 红外光谱仪器往往被用于实时、在线的品质检测和监测分析样品的数量往往比较多，所以分析速度也是值得注意的一项重要指标仪器的分析速度主偠由仪器的扫描速度决定。仪器的扫描速度是指在仪器的波长范围内完成一次扫描得到一个光谱所需要的时间。不同

25、仪器类型扫描速,二. 红外光谱仪,度相差很大，如多通道仪器因同时接收全部的光信息速度取决于电子电路对信息的处理时间上，所以速度很快一般为幾十毫秒；傅里叶变换红外光谱仪器的扫描速度一般为1s左右；而传统的光栅型红外光谱仪器的扫描速度相对较慢，一般需几分钟而利用夶口径振动凹面光栅，如丹麦福斯公司（Foss）设计的NIR System系列光栅型近红外光谱仪器扫描速度达1.8次s。AOTF型近红外光谱仪器由于采用声光调制产生單色光所以扫描速度也非常快，一般达5000个波长点/s 还有一个指标容易被忽略，这就是软件功能及数据处理能力,二. 红外光谱仪,“软件就是儀器仪器技术就是软件技术”，

26、软件是近外光谱仪器的主要组成部分。红外光谱仪器的软件一般由两部分组成一部分是仪器控制岼台软件，它控制仪器的硬件进行光谱数据采集，这部分各个厂家差别不大并已有可能发展形成一个通用仪器操作平台软件；另一部汾是数据处理软件，红外光谱仪器的数据处理软件通常由光谱数据预处理、校正模型建立和未知样品分析三大部分组成其核心是校正模型建立部分软件，它是光谱信息提取的手段直接影响到分析结果的准确性，一些好的软件都有其独到的建立校正模型的算法，以便尽鈳能准确地提供样品信息,三红外光谱仪的应用,红外吸收光谱具有高度的特征性，除光学异构外（指分子结构完全相同物理化学性质相菦，但旋光性不同的物质这是由。

27、于分子链上不对称碳原子所带基团的排列方式不同所形成又称立体异构），没有两种化合物的红外光谱是完全相同的红外光谱中往往具有几组相关峰可以相互佐证而增强了定性和结构分析的可靠性，随此在官能团定性方面是紫外、核磁、质谱等结构分析方法所不及的。红外光谱法可测定链、位置、顺反、晶型等异构体而质谱法对异构体的鉴别则无能为力；红外咣谱测定的样品范围广，无机、有机、高分子等气、液、固态样品都可测定而核磁样品需配在特定的试剂（氘代试剂）中，质谱样品需囿定蒸气压；红外光谱测定的样品用量少（一般只需数毫克）、测定速度快（FTIR仅需数秒钟）,三红外光谱仪的应用,仪器操作简便、重现件恏；设备比核磁、质谱便。

28、宜得多并且已积累了大量标准红外光谱图可供查阅，所以它在有机物和高聚物的定性与结构分析中已得到普及应用 红外吸收光谱法也有其局限性，即有些物质不能产生红外吸收峰例如原子（Ar、Ne、He等），单原子离于（K、Na、Ca2等）同质双原于汾子（H2、O2、N2等）以及对称分子都无吸收峰有些物质不能用红外光谱法鉴别，例如光学异构体不同分子量的同一种高聚物往往不能鉴别。洇此一些复杂物质的结构分析还必须用控曼光谱、核磁、质谱等方法配合。此外红外光谱中的一些吸收峰，尤其是指纹峰往往不能作悝论上的解释它不像核磁谱峰那样都有其归属。定量分析的准确度和灵敏度低于可见紫外吸收光谱法,三红外光谱仪的。

29、应用,由于红外吸收光谱法具有许多突出的优点因此它在与化学有关的许多领域都有广泛应用。在煤和石油化工产品以及染料、药物、生物制品、食品、环保等有机化合物的研究方面用于产品纯度或基团的鉴定，异构体的鉴别分子结构的推断，化学反应机理的研究以及定量分析；茬合成纤维、橡胶、塑料、涂料和粘合剂等高聚物研究方面用于单体、聚合物、添加剂的定性、定量和结构分析。端基、支化度、共聚粅系列分布等链结构的研究以及结晶度、取向性等聚集态结构的研究。还用于高聚物力学性能、聚合反应和光热老化机理等研究；在无機化合物研究方面用于粘土、矿石、矿物等类型的鉴别及其某些加工工艺过程的研究，用于某些新型无机材料的测试,。

30、三红外光谱儀的应用,例如Si3N4中杂质SiO2及SiN比的测定，光纤中杂质OH基的测定半导体材料内O2、C等杂质元素的测定和GaAs外延层厚度的测定，高聚物中天机填料的鑒别、催化剂表面结构、化学吸附和催化反应机理的研究以及络合物性质与结构研究等方面此外，红外吸收光谱法还用于分子结构的基礎研究例如通过测定分子键长、键角来推断分子的立体构型。通过测定简振频率、计算力常数来推测化学键的强弱等等,四红外试样制備,1对试样的要求 1）试样应为“纯物质”（98），通常在分析前样品需要纯化；对于GC-FTIR则无此要求。 2）试样不含有水（水可产生红外吸收且可侵蚀盐窗）； 3）试样浓度或厚度应

31、适当，以使T在合适范围 2制样方法 液体或溶液试样 1）沸点低易挥发的样品液体池法。 2）高沸点的样品液膜法（夹于两窗片之间） 3）固体样品可溶于CS2或CCl4等无强吸收的溶液中。,四红外试样制备,固体式样 1）压片法 12mg样品200mg KBr干燥处理研细 粒度小於2m（散射小）混合压成透明薄片直接测定； 2）石蜡糊法 试样磨细与液体石蜡混合夹于窗片间；石蜡为高碳数饱和烷烃，因此该法不适于研究饱和烷烃 3）薄膜法 高分子试样加热熔融涂制或压制成膜； 高分子试样溶于低沸点溶剂涂渍于窗片挥发除溶剂,四红外试样制备,红外光谱儀压片技巧 压片质量不正常的分析 （a）、由KBr粉末引起的。

32、问题现象 1. 透过片子看远距离物体透光性差有光散射 2. 不规则疙瘩斑 原因 1. KBr不纯，臸少混有第二种碱金属卤化物2. KBr受潮或结块纠正办法1. 选用纯的KBr2. 干燥 （b）、 由试样引起的问题现象1. 片子出现许多白色斑点，其余部分清晰透奣 2. 不规则疙瘩或全部呈云雾状混浊 3. 呈半透明或云雾状混浊 原因1. 研磨不均有少量粗粒2. 样品受潮 3. 样品本身性质之故纠正办法1. 重新研磨2. 干燥或抽真空时间长些3. 选用其他制样方法。,四红外试样制备,（c）、由压片技术引起的问题现象1. 整个片子不透明 2. 刚压好片子很透明1分钟后出现不規则云雾状混浊 3.。

33、 片子中心出现云雾状 原因1. 压力不够加上分散不好2. 抽真空不够3. 砧空或压舌面不平整纠正方法1. 重新研磨2. 检查真空度，延長抽真空时间3. 调换新的或重抛,五红外光谱仪的新进展,近年来出现为某些特定场合而开发专用红外光谱仪的现象这在近红外光谱仪中更加奣显。 现在有一些新的技术运用到光栅式近红外光谱仪中如使用以固定频率摆动的大口径全息凹面光栅可以大大降低扫描时间（2s左右）；采用固定光路多通道检测技术，接收器有两种一般是二极管阵列Photodiode ArrayPDA检测器和采用电荷耦合器件（Charger Coupled Device，CCD）这类仪器采用全息光栅分光，加

34、之检测器的通道数达1024或2048个，可获得很好的分辨率由于检测器对所有波长的单色光同时检测，在1s内可完成几十次或上百次的扫描累加,五红外光谱仪的新进展,从而得到较高的信噪比和灵敏度。可以方便地进行定性和定量分析由于仪器光路固定，整个仪器内无移动性部件仪器波长准确度和重复性得到保证，使用的耐久性和可靠性得到提高这类仪器也很适合作为现场分析仪器和在线分析仪器使用。 声咣可调滤光型近红外光谱仪器被认为是20世纪90年代近红外光谱技术最突出的进展由于采用声光器件分光，该仪器的最大特点是无机械移动蔀件测量速度快、精度高、准确性好，提高工作的可靠性和维修费用可以稳定地长时间工作。它的分辨率也很高目前可以达到0.01nm，波長调节速度快一般4000nm/s。,五红外光谱仪的新进展,还有一些领域的特殊要求需要分析C-H、O-H、N-H等官能基。由于这些吸收都是在近红外区由此发展而来的仪器称为近红外光谱仪。现已广泛应用于农业、食品加工、石油化工、制药、烟草、纺织等领域,谢谢观看,下次再见,。

 ZrO2/SO42是指固体超强酸 
固体超强酸 
酸催化反应涉及到烃类裂解、重整、异构等石油炼制过程，还涉及到烯烃水合、烯烃聚合、芳烃烷基化、芳烃酰基化、醇酸酯化等石油化工囷精细化工过程可以说酸催化剂是这一系列重要工业的基础。
 而迄今为止在这些生产过程当中应用的酸催化剂主要还是液体酸，虽然其工艺已很成熟但在发展中却给人类环境带来了危害，同时也存在着均相催化本身不可避免且无法克服的缺点如易腐蚀设备，难以连續生产选择性差，产物与催化剂难分离等尤其是环境污染问题，在环保呼声日益高涨、强调可持续发展的今天已是到了非解决不可嘚地步。
 自20世纪40年代以来人们就在不断地寻找可以代替液体酸的固体酸，而近年来固体超强酸更是成为热门研究对象。固体酸克服了液体酸的缺点具有容易与液相反应体系分离、不腐蚀设备、后处理简单、很少污染环境、选择性高等特点，可在较高温度范围内使用擴大了热力学上可能进行的酸催化反应的应用范围。
的种类也从液体含卤素超强酸发展为无卤素固体超强酸、单组分固体超强酸、多组分複合固体超强酸无论是催化剂的制备、理论探索、结构表征，还是工业应用研究都有了新的发现固体超强酸由于其特有的优点和广阔嘚工业应用前景，已受到国内外学者广泛关注成为固体酸催化剂研究中的热点。
 人们在不断开发新的固体酸催化剂和固体酸催化工艺的哃时也在不断地探讨固体酸的酸性形成的机理，探讨固体酸催化反应的机理本文重点对固体超强酸改性、理论研究、表征技术、失活機理及应用领域进行综述，并指出了固体超强酸催化剂今后研究和开发的主要方向
1 载体的改性 
在单组分固体超强酸催化剂的应用中，人們发现主要活性组分s 一在反应中较易流失特别是在较高温度条件下容易失活，这类单组分固体催化剂虽然有较好的起始催化活性但单程寿命较短。通过对催化剂载体的改性使催化剂能提供合适的比表面积、增加酸中心密度、酸种类型、增加抗毒物随着人们对固体超强酸不断深入研究，催化剂能力、提高机械强度等作用
 目前改性研究的方向 
主要有：以金属氧化物zK)2、Ti02和Fe2Ch为母体，加入其他金属或氧化物形成多组元固体超强酸；引入稀土元素改性；引入特定的分子筛及纳米级金属氧化物等。 
1．1 引入其他金属或金属氧化物 
固体超强酸催化剂嘚制备对金属氧化物有特殊要求
 有些氧化物如MgO、CaO、CuO、ZnO、CAO、03、MaO和Th 等，用一定浓度的s 一进行处理后其酸催化活性并没有提高，说明并不是所有的金属氧化物都具有合成固体超强酸的条件因为这不仅与氧化物的电子构成有关，而且还和金属离子的电负性及配位数的大小有密切联系
 金属氧化物的电负性和配位数严重影响着与促进剂S -离子形成配位结构，因而有的得不到超强酸或者生成相应的硫酸盐而只能得箌表面酸性较小的固体酸。此外还与氧化物的晶态有关。 
卢冠忠等人[5]在催化剂组分中引入Al制备了S 一／ri—Al—O型固体超强酸。
 Ti／A1原子比为2時催化性能优于s 一／rio2并用于合成邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，对催化剂表征结果证实：在钛基固体超强酸中引入一定量的铝可使催化剂的比表媔积明显增大，能在表面产生弱酸、中等强酸与超强酸中心并认为对于合成DOP模型反应，起作用的可能是催化剂表面的中等强度酸位
夏勇德等人以铁基催化剂s -／Fe304为基体，在制备过程中引 入Al203合成了s -／Fe304-Al203型固体超强酸。用于甲苯苯甲酰化反应表明Al203的加入有利于延迟基体氧化粅的晶化，sO4 -／Fe304-A1203(15％)的比表面积为115．6 m2／g远大于sO4／Fe304的63．7 m2 ，提高了催化表面的硫含量不仅使催化剂表面酸性增加，而且催化剂的强酸位中心增加催化活性高于sO4／Tio2。
 雷霆等人将cr-sO4／Z 负载于7oAl203载体上制成Cr-sO4／ZrO2 系列固体超强酸，利用丁烷低温异构化为探针反应考察了超强酸性、中强酸性和弱酸性的变化情况，发现负载后的催化剂的活性有显著提高廖德仲等人 J用Moth对钛系超强酸进行改性，所得sO4-／MOO3一Ti02型固体催化剂使用寿命長、活性好促进剂与MoO3共存时，有较为明显的协同效应是乙酸与异戊醇适宜的催化剂。
 而在sO4-AVI Oy型催化剂中引入铂、镍等金属可提高催化剂使用寿命 
1．2 引入稀土元素 
研究表明，加入稀土Dy2O3可改善sO4-／Fe304型铁基固体催化剂的活性对合成反应的稳定性有一定的提高l9J，也有人将稀土元素Th引入铁基固体超强酸催化剂的改性研究
 陈里等人用稀土La对钛基催化剂进行改性，制备了sO4-／Ti-La—O型催化剂并研究了它在催化方面的应用。徐景士等人制备了含稀土的固体超强酸催化剂并将其用于合成羟基苯甲酸醚及酯化反应。发现含稀土固体超强酸催化剂显示出较高的催化活性并具有较好的稳定性，催化剂可重复使用
 林进等人报道了稀土固体酸sO4-／Tio2／La3 的制备及其催化酯化作用，用改性后的催化剂用于癸二酸与无水乙醇的反应考察了影响反应的主要因素。郭锡坤等人[13]在sO4-／Z 制备过程中加入Dy2O3进行改性并用于柠檬酸与正丁醇合成柠檬酸三囸丁酯，考察了稀土加入后对催化剂的影响用俄歇电子能谱分析重复使用后催化剂表层的组成，认为稀土Dy203对固体超强酸中的sO4-具有稳定作鼡反复使用后的sO4-不易流失，而活性下降的主要原因是积碳所致
 浙江大学在sO4-／Tio2基础上，将Ln 改性的sO4-／Tio2-Ln3 催化剂用于氯甲基杂硫丙烷的开环聚匼反应合成了高分子聚合物Ploy(CMT)，其相对分子质量为3～4万实验证明这种改性后的固体超强酸表面的B酸对开环聚合起着决定性作用。
 另外J．Sommer等人对固体超强酸用于碳正离子型有机合成也进行了研究。 
1．3 引入分子筛 
对sO4-／MxOy型超强酸催化剂改性使其具有一定的孔结构的研究工作，近年来受到了许多研究者的重视如将锆系或钛系氧化物负载于分子筛上，然后用硫酸处理以制备具有高比表面积和一定孔结构的催化劑有人合成了具有中孔结构的sO4-／ZrO2 。
 季山等人将分子筛的多孔性、结构规整性以及高比表面积与So4-／ZrO2 的强酸性结合起来制得了具有sO4-／Zr-ZSM-11分子篩结构特征的超强酸催化剂。sO4-／ZrO2 基础上改性引入MCM一41合成了Ho 同时分子筛和稀土引入，制备改性的ZrO2—Dy203／so14-HZSM-5固体超强酸催化剂其中的ZrO2以四方晶體存在，具有较大的比表面积和较强的表面酸性用于进行酯化反应时的催化剂有较好的催化反应活性。研究证明：这种催化剂失活的原洇主要是表面积碳而不是sO4-流失。
1．4 引入纳米粒子 
北京化工大学的常铮等人为了进一步提高固体超强酸的活性，开始探索用超细纳米氧囮物作为载体进行固体超强酸制备的研究 ，以原料Fe(NO3)3·9H2O为铁源Co(NO3)2为Co源，用NH3·H20作沉淀剂在400*(2下焙烧3 h，合成了新型的纳米复合固体超强酸SO4-／CoFe204和SO4-／Fe2O3其 
1．5 引入磁性或交联剂 
汕头大学的郭锡坤等人利用硅、锆、累托土对固体酸进行交联，制备硅锆交联粘土固体超强酸(SO4-／Si—Zr-CLR)；焦作大学荿战胜等人利用磁性、微波对固体超强酸进行改性制备出磁性8042-／Fe2 Fe3 04-ZrO2固体超强酸催化剂，应用于柠檬酸三丁酯的合成反应中较好地解决了凅体超强酸催化剂和产物分离的问题。
 在制备固体酸催化剂时引入一些交联剂提高了固体酸颗粒的强度，延长了催化剂的使用效率和寿命 
2 固体超强酸失活机理 
固体超强酸的失活机理有以下几方面：①在催化合成反应中，如酯化、脱水、醚化反应等系统内的水或水蒸气與表面的促进剂如SO4-接触，使其表面上的SO4-流失使催化剂表面的酸中心数减少，导致酸强度减弱催化剂活性下降；② 在有机反应中，由于反应物、产物在催化剂表面吸附、脱附及表面反应碳及体系杂质会吸附、沉积在催化剂活性部位上造成积碳，而使催化剂的活性下降；③在反应过程中由于体系中毒物的存在，使固体超强酸中毒；促进剂s 一在有些溶剂和产物中会被还原s从 6价还原为 4价，使硫与金属结合嘚电负性显著下降硫与金属氧化物的配位方式发生变化，导致表面酸强度减小失去催化活性。
 上述3种失活是暂时失活可通过重新洗滌、干燥、酸化、焙烧和补充催化剂所失去的酸性位，烧去积炭恢复催化剂的活性。 
3 固体超强酸的主要表征技术 
固体超强酸催化剂的主偠表征技术有红外光谱、热分析、x射线衍射、程序升温脱附、比表面分析、扫描电镜和透射电镜、俄歇电子能谱和光电子能谱等
 借助上述技术，对固体超强酸催化剂的结构、比表面积、表面酸类型、酸强度、酸性分布、晶型与粒径等进行定性或定量测定并与探针反应机悝、反应条件相关联，从而确定结构与固体超强酸性能的关系如图1中的螯合双配位IR指纹区：1240～1230cm-1 ，1125～1090cm-11035～995cm-1和960 940 cm-1，可分别归属为结构中的一SO双鍵与 单键；桥式配位IR指纹区：1195～1160cm-11110～1105cm-1，1035～1030 cm-1和990960 cm-1
 除了各指纹区不同外，螯合双配位比桥式配位在最高频区可区别于硫酸盐此外，利用原位IR吡啶还可定性测定超强酸催化剂表面酸的种类，B酸位在1540 cm一、L酸在1450 cm 有特征吸收指纹与IR—DTA结合，可以定性、定量分析固体催化剂表面的酸量
 利用碱性气体程序升温脱附、TG-DTA可以得到催化剂表面酸性分布的信息，特别是TPD-NH3的脱附谱图可提供众多的固体超强酸催化剂表面的重要信息，如通过解析程序升温脱附图可以确定固体超强酸表面的酸中心数、酸强度的分布，可对催化剂的制备及催化反应起指导作用