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红外光谱分析仪基础知识
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红外光谱分析仪基础知识

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,也是一种分子吸收光谱。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生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。
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红外光谱在可见光区和微波光区之间,~1000μm。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(~),中红外光区(~25μm)和远红外光区(25~1000μm),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。
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区域
波长μm
波数cm-1
能级跃迁类型
近红外区(泛频区)
~
13158~4000
OH、NH及CH键的倍频吸收
中红外区(基本振动区)
~25
4000~400
分子振动,伴随转动
远红外区(转动区)
25~1000
4000~400
分子转动
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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)。
现横坐标常用波数表示,这样便于与Raman光谱相比较。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。
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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。物质分子吸收红外光后,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不饱和有机化合物,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。因此除了单原子分子和同核分子。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
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位置、波峰的数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化学基团的含量有关,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。具有用量少、分析速度快、不破坏试样等特点,使红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。
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