红外光谱分析授课课件.ppt

1、红外光谱分析红外光谱分析内容内容 分子振动的基本原理 聚合物分析中常用的制样方法 红外光谱数据处理软件 聚合物光谱解析 红外光谱仪的维护通常，物质由固态向气态变化，其波数将增加峰位偏移-外部因素SUPERCHLON822S是马来酸改性的低氯的氯化聚丙烯，提供对聚丙烯优良的粘附力，面漆可以依产品要求选择如聚氨酯，丙烯酸，环氧树脂，醇酸树脂等原料所组成。定量测试AN-PS中的AN含量聚酰亚胺、聚甲醛（热）平滑处理对于峰面积的影响不大，但是对峰位的影响比较明显。峰位偏移-内部因素基线校正前后，吸收峰的峰位不会发生变化，但峰面积会有些变化峰位偏移-内部因素在进行光谱差减时，要在参比光谱中找到一个参考峰

2、，调节差减因子，将这个参考峰全部减掉，也就是将这个参考峰减到基线为止基线校正前后，吸收峰的峰位不会发生变化，但峰面积会有些变化C-O-C反对称/对称伸缩振动1370，830（弱）聚酰亚胺、聚甲醛（热）有稳定的电源、良好的屏蔽及专用地线；基本原理基本原理-分子能级分子能级分子的运动状态 热运动（布朗运动）分子内部运动：电子相对于原子核的运动原子核之间的振动原子核之间的转动基本理论基本理论-分子能级分子能级 分子内部运动的特点分子内部三种运动的能量是不连续的，能量改变是有条件的-量子化 分子内部运动的总能量 E=Ee+Ev+Ej电子能级-电子相对于原子核的运动能量Ee振动能级-原子核之间的振动能量

3、Ev转动能级-原子核之间的转动能量EjrmkhhvEvEE2)()1(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。rmkC211C2)h/1(2)h/1(vvE振：化学键的振动频率；v：振动量子数，取0,1,2,。分子的振动能量：分子的振动能量：任意两个相邻的能级间的能量差为：任意两个相邻的能级间的能量差为：基本理论基本理论-分子振动分子振动键类型 CC C=C C C 力常数 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6峰位 4.5m 6.0 m 7.0 m 化学键键强越强（即键的力常数k越大），原子折合质量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现

4、在高波数区。基本理论基本理论-分子振动分子振动基本理论基本理论-分子振动分子振动分子振动形式分子振动形式分子振动能量大小：分子振动能量大小：分子振动峰位顺序：分子振动峰位顺序：变角振动变角振动键长变化键长变化键角变化键角变化峰位偏移峰位偏移-内部因素内部因素 诱导效应吸电子集团的诱导效应，使吸收峰向高波数方向移动 共轭效应不饱和集团的共轭效应，使吸收峰向低波数方向移动共轭键，双键性减弱，伸缩振动的力常数减小峰位偏移峰位偏移-内部因素内部因素峰位偏移峰位偏移-内部因素内部因素 氢键氢键的形成使键力常数K减小，吸收峰向低波数偏移分子内氢键不受浓度影响，分子间氢键受浓度影响O-H伸缩振动：2835c

5、m-1（正常约3450cm-1）C=O伸缩振动：1623cm-1（正常约1700cm-1）峰位偏移峰位偏移-外部因素外部因素 溶剂效应极性集团的伸缩振动频率通常随溶剂极性的增加而降低溶液红外光谱通常需要在非极性溶剂中测量溶液红外光谱通常需要在非极性溶剂中测量峰位偏移峰位偏移-外部因素外部因素 物质状态通常，物质由固态向气态变化，其波数将增加如丙酮：液态C=O吸收峰1718cm-1；气态C=O吸收峰1742cm-1正己酸气态和液态的红外光谱图正己酸气态和液态的红外光谱图气态气态液态液态制样方法峰位偏移峰位偏移-外部因素外部因素Io=0oIo=Ro镜面反射镜面反射漫反射漫反射聚酰亚胺、聚甲醛（热）

6、聚酰亚胺、聚甲醛（热）基线校正前后，吸收峰的峰位不会发生变化，但峰面积会有些变化反射率定义为：R%=S/B 100。红外谱图处理软件-OMNIC/PICTA对光谱进行平滑可以降低光谱的噪声。共轭效应影响C=O伸缩振动C-O-C反对称/对称伸缩振动CF3和CF2的吸收峰相距很近不易区分顺反C-Cl伸缩振动会有两个吸收峰-石英比色皿（1cm，2cm，4cm）有稳定的电源、良好的屏蔽及专用地线；C=O伸缩振动：1623cm-1（正常约1700cm-1）在进行光谱差减时，要在参比光谱中找到一个参考峰，调节差减因子，将这个参考峰全部减掉，也就是将这个参考峰减到基线为止S为被反射光强，B为从某些标准表面反

7、射回来的光强度采样原理采样原理 其他其他-气体气体样品：不同浓度的气体样品：不同浓度的气体不同光程的气体池气体样品透射测试气体样品透射测试气体样品的红外光谱图能够清晰的表征气体分子的各种振动方式气体样品的红外光谱图能够清晰的表征气体分子的各种振动方式二氧化硫二氧化硫氯化氢氯化氢 其他其他-液体液体样品：液体样品或溶剂萃取样品样品：液体样品或溶剂萃取样品定性测试-不固定光程液体池或者直接涂抹在盐片上定量测试-固定光程液体池（15um，25um，50um，100um，200um，500um，1000um）-石英比色皿（1cm，2cm，4cm）氢键的形成使键力常数K减小，吸收峰向低波数偏移吸光度谱图

8、，归一化后的最大吸收峰的吸光度变为1，基线吸光度为0；力常数 15 17 9.E=Ee+Ev+Ej基线校正前后，吸收峰的峰位不会发生变化，但峰面积会有些变化定量测试-固定光程液体池（15um，25um，50um，100um，200um，500um，1000um）卤化物压片测得的光谱，由于颗粒研磨不够细，出现红外光散射现象，导致基线高波数区域出现向上的的斜坡。-石英比色皿（1cm，2cm，4cm）聚酰亚胺、聚甲醛（热）基本理论-分子振动峰位偏移-外部因素C-O-C反对称/对称伸缩振动聚合物分析中常用的制样方法聚合物分析中常用的制样方法流延薄膜法热压薄膜法溴化钾压片法切片法金刚石压池流延薄膜法流延

9、薄膜法变压器油中抗氧剂定量测试基本理论-分子振动基线校正前后，吸收峰的峰位不会发生变化，但峰面积会有些变化v：振动量子数，取0,1,2,。酚上C-O与O-H耦合基本理论-分子振动电子能级-电子相对于原子核的运动能量Ee气态C=O吸收峰1742cm-1卤化物压片测得的光谱，由于颗粒研磨不够细，出现红外光散射现象，导致基线高波数区域出现向上的的斜坡。峰位偏移-内部因素SUPERCHLON822S是马来酸改性的低氯的氯化聚丙烯，提供对聚丙烯优良的粘附力，面漆可以依产品要求选择如聚氨酯，丙烯酸，环氧树脂，醇酸树脂等原料所组成。聚乙烯（热）、聚丙烯（热）常用溶剂常用溶剂适合的溶剂剂高 聚 物苯苯聚乙丁烯

10、烯、聚丁二烯烯、聚苯苯乙烯烯等甲醇聚醋酸乙烯酯烯酯、乙基纤维纤维素二甲基甲酰胺酰胺聚丙烯腈烯腈氯氯仿或丙酮酮聚甲基丙烯烯酸甲酯酯甲酸尼龙龙6二氯氯乙烷烷聚碳碳酸酯酯丙酮酮醋酸纤维纤维素四氯氯乙烷烷涤纶涤纶四氢呋氢呋喃聚氯氯乙烯烯二甲亚砜亚砜聚酰亚胺酰亚胺、聚甲醛醛（热热）甲苯苯、四氢萘氢萘聚乙烯烯（热热）、聚丙烯烯（热热）水聚乙烯烯醇（热热）、甲基纤维纤维素热压薄膜法及拉伸成膜热压薄膜法及拉伸成膜KBr压片法压片法切片法切片法金刚石压池金刚石压池单点ATR测试红外谱图处理软件红外谱图处理软件-OMNIC/PICTA谱图分析谱图分析数据处理数据处理纵坐标纵坐标 透过率T(%Transmittan

11、ce)透过率是指透射光强和入射光强之比，T%=t/0 100 吸光度A(Absorbance)吸光度是吸光物质对入射光的吸收程度，A=bc，两者的关系A=-lgT 反射率R(%Reflectance)反射率定义为：R%=S/B 100。S为被反射光强，B为从某些标准表面反射回来的光强度基线校正基线校正 理想情况下，待测样品没有吸收的光谱区域，基线的透过率为100%，吸光度为0。实际测得的谱图基线一般不处于理想中的位置。卤化物压片测得的光谱，由于颗粒研磨不够细，出现红外光散射现象，导致基线高波数区域出现向上的的斜坡。样品片太厚或与背景的透过相差太大，会导致基线位于0吸收以上。基线校正前后，吸收峰

12、的峰位不会发生变化，但峰面积会有些变化C-O-C反对称/对称伸缩振动基线校正前后，吸收峰的峰位不会发生变化，但峰面积会有些变化透过率T(%Transmittance)透过率T(%Transmittance)峰位偏移-内部因素2300-2070 强、尖峰位偏移-内部因素酚上C-O与O-H耦合卤化物压片测得的光谱，由于颗粒研磨不够细，出现红外光散射现象，导致基线高波数区域出现向上的的斜坡。电子相对于原子核的运动不饱和集团的共轭效应，使吸收峰向低波数方向移动基线校正前后，吸收峰的峰位不会发生变化，但峰面积会有些变化基线校正基线校正光谱差减光谱差减 光谱差减有两种方法：背景扣除法吸光度光谱差减法 差谱

13、=样品谱图-参比光谱差减因子 在进行光谱差减时，要在参比光谱中找到一个参考峰，调节差减因子，将这个参考峰全部减掉，也就是将这个参考峰减到基线为止 如果两张光谱的分辨率不同，差减后谱图的分辨率为较低分辨率差减光谱差减光谱湿膜光谱检索湿膜光谱检索差减去甲苯差减去甲苯差减谱图区域光谱检索差减谱图区域光谱检索差减去正丁酯差减去正丁酯两次差谱后区域光谱检索两次差谱后区域光谱检索干膜光谱检索干膜光谱检索SUPERCHLON822S是马来酸改性的低氯的氯化聚丙烯，提供对聚是马来酸改性的低氯的氯化聚丙烯，提供对聚丙烯优良的粘附力丙烯优良的粘附力，面漆可以依产品要求选择如聚氨酯，丙烯酸，环氧树脂，醇酸树脂等原料

14、所组成。在TPO汽车保险杠上作为胶粘剂，可以在聚丙烯与其他底材之间形成强有力的粘合结构键，例如：铝箔，玻璃纸，聚酯以及其他材质的塑料等。网络查询网络查询2个检索结果为同一类物质个检索结果为同一类物质光谱平滑光谱平滑 光谱平滑技术是对光谱数据的Y值进行数学平均计算。对光谱进行平滑可以降低光谱的噪声。光谱平滑方法分为：手动平滑和自动平滑 平滑处理对于峰面积的影响不大，但是对峰位的影响比较明显。在实际测试过程中，从光源到检测器，及环境的扰动，振动使得整个系统并不是处于绝对的恒定状态，因此会引起测试随机误差。红外光谱测试中通常采用累计扫描次数的方法来实现减小随机误差。光谱平滑光谱平滑基线校正前后，吸收

15、峰的峰位不会发生变化，但峰面积会有些变化1370，830（弱）S为被反射光强，B为从某些标准表面反射回来的光强度极性集团的伸缩振动频率通常随溶剂极性的增加而降低v：振动量子数，取0,1,2,。变压器油中抗氧剂定量测试卤化物压片测得的光谱，由于颗粒研磨不够细，出现红外光散射现象，导致基线高波数区域出现向上的的斜坡。如果两张光谱的分辨率不同，差减后谱图的分辨率为较低分辨率共轭效应影响C=O伸缩振动氢键的形成使键力常数K减小，吸收峰向低波数偏移峰位偏移-内部因素网络查询2个检索结果为同一类物质导数光谱导数光谱 复杂的混合物体系使得红外吸收谱带变宽，吸收峰不明显，特征性差，专属性明显下降。导数谱图是用

16、计算机对原始光谱数据进行微分处理得到的吸光度对波数变化的曲线。导数光谱分为：一阶导数光谱、二阶导数光谱 导数光谱可以提高分辨率，增大信息量，增强光谱信息品质，突出谱图特征性，能很好的分辨谱图中重叠的峰。导数谱图导数谱图分峰拟合分峰拟合分峰拟合分峰拟合光谱归一化光谱归一化 透射实验中，较厚的样品比较薄的样品吸收更多的红外光能量，归一化谱图可以补偿光程造成的影响，使二者的谱峰可以进行比较。通常先对样品谱图进行基线校正，然后将光谱进行纵坐标归一化。软件将谱图与某个系数相乘，使它的最高值等于1个吸收单位。透过率谱图归一化后的最大吸收峰透过率变为10%，基线透过率为100%；吸光度谱图，归一化后的最大吸

17、收峰的吸光度变为1，基线吸光度为0；归一化后的谱图不能用于定量分析光谱归一化光谱归一化质量控制质量控制 定性分析软件 根据数学上的相关系数比较两个红外光谱之间的相似程度 忽略由于浓度和光程长度所产生的差异光谱检索光谱检索常见聚合物光谱解析常见聚合物光谱解析 聚烯烃 聚卤代烯烃 含羟基化合物 含羰基化合物物 含氮化合物 含硅聚合物 天然产物 无机矿物聚烯烃聚烯烃 饱和脂肪族聚烯烃 不饱和脂肪族聚烯烃 芳香族聚烯烃饱和碳氢化合物基团吸收饱和碳氢化合物基团吸收矿物油红外谱图矿物油红外谱图-CH2-CH2-CH3（CH2）n 4不同的矿物油不同的矿物油聚丙烯聚丙烯丁基橡胶丁基橡胶-CH-(CH3)2C

18、-C伸缩伸缩水中油的测试水中油的测试HJ 637-2012（替代GB/T16488-1996）水质 石油类和动植物油的测定红外光度法。测试范围：总油-能够被四氯化碳萃取且波数为2930cm-1，2960cm-1，3030cm-1全部或部分谱带处有特征吸收的物质。吸电子基团，共轭效应会使吸电子基团，共轭效应会使C=C的振动波数下降的振动波数下降不饱和碳氢化合物基团吸收不饱和碳氢化合物基团吸收烯烃取代吸收峰烯烃取代吸收峰异戊二烯异戊二烯聚异戊二烯聚异戊二烯聚顺丁二烯聚顺丁二烯聚反丁二烯聚反丁二烯反式脂肪酸测试反式脂肪酸测试以966 cm-1处反式脂肪酸特征峰建立定量模型三反油酸甘油酯三反油酸甘油酯

19、100%50%20%10%5%1%炔烃炔烃芳香烃芳香烃芳香烃芳香烃聚丙烯腈聚丙烯腈C N丙烯腈丙烯腈-苯乙烯共聚物苯乙烯共聚物C NABS（丙烯腈（丙烯腈-丁二烯丁二烯-苯乙烯共聚物）苯乙烯共聚物）定量测试定量测试AN-PS中的中的AN含量含量热熔法 膜厚250um聚卤代烯烃聚卤代烯烃振动类型振动类型波数（波数（cm-1）说明说明-C-F1400-1100-CF21280-1120CF3和CF2的吸收峰相距很近不易区分-C-Cl800-600顺反C-Cl伸缩振动会有两个吸收峰-C-Br600-500顺反C-Cl伸缩振动会有两个吸收峰聚四氟乙烯聚四氟乙烯聚偏氟乙烯聚偏氟乙烯(氟橡胶的成分氟橡胶的

20、成分)-CH2聚氯乙烯聚氯乙烯-CH2-CH-Cl含羟基化合物含羟基化合物水水O-H伸缩振动伸缩振动O-H平面变角平面变角O-H非平面变角非平面变角地开石地开石聚乙烯醇聚乙烯醇苯酚苯酚苯环上苯环上C-O缔合缔合O-H变压器油中抗氧剂定量测试变压器油中抗氧剂定量测试酚上酚上C-O与与O-H耦合耦合苯环四取代苯环四取代C-C骨架振骨架振动吸收动吸收2，6-二叔丁基苯酚二叔丁基苯酚酚上酚上C-O与与O-H耦合耦合C-C骨架振骨架振动吸收动吸收变压器油中抗氧剂定量测试变压器油中抗氧剂定量测试聚乙烯醚聚乙烯醚R-C-O-C-羰基化合物羰基化合物乙醛乙醛C=O伸缩振动伸缩振动 CH2-O n聚甲醛（多聚体

21、）聚甲醛（多聚体）C=O消失消失醚键吸收醚键吸收丙酮丙酮C=O伸缩振动伸缩振动苯乙酮苯乙酮共轭效应影响共轭效应影响C=O伸缩振动伸缩振动苯环单取代苯环单取代苯环骨架振动苯环骨架振动丙烯酸丙烯酸-COOH中缔合中缔合态态OH伸缩振动伸缩振动共轭效应共轭效应C=O偏移偏移C=CC-O伸缩振伸缩振动和动和O-H变变角振动偶合角振动偶合聚丙烯酸乙酯聚丙烯酸乙酯C=OC-O-C反对称反对称/对称伸缩振动对称伸缩振动聚甲基丙烯酸异丁酯聚甲基丙烯酸异丁酯C-O-C反对称反对称/对称伸缩振动对称伸缩振动含氮化合物含氮化合物酰胺特征吸收酰胺特征吸收丙胺丙胺-NH2-NH尼龙尼龙-NH伸缩振动伸缩振动-NH面外面

22、外变角变角酰胺酰胺 带带酰胺酰胺 带带-NH变角变角振动倍频振动倍频聚氨酯聚氨酯-NH伸缩振动伸缩振动酰胺酰胺 带带酰胺酰胺 带带C=O伸伸缩振动缩振动C-N伸缩伸缩-O-C伸缩伸缩三聚氰胺三聚氰胺-NH2游游离态离态-NH及及C=N-NH2氢键氢键缔合态缔合态NH4+变变角振动角振动蛋白质蛋白质-NH3+、-NH2+氨基酸吸收氨基酸吸收 氨基酸吸收氨基酸吸收 硝酸酯类化合物硝酸酯类化合物-硝基纤维素硝基纤维素NO2反对称伸缩振动反对称伸缩振动NO2对称伸缩振动对称伸缩振动-C-N含硅类化合物含硅类化合物基团基团吸收峰吸收峰Si-H2300-2070 强、尖Si-CH31960伸缩振动，142

23、0平面变角振动，1260的非平面变角振动，Si-C860-700(Si-C伸缩振动和-CH3平面摇摆振动）Si-O-Si1100-1000，长链线性硅氧烷分裂1087和1020Si-O-CSi-O-CH3出现在1090；Si-O-C2H5分裂成双峰，Si-O-C6H5出现在970-920聚二甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷-Si-CH3-Si-O-Si-C硅油硅油DC-193硅表面活性剂硅表面活性剂无机化合物无机化合物无机盐类无机盐类吸收峰吸收峰CO32-1450，870，750-700弱SO42-1120，620NO3-1370，830（弱）NO2-1250，830CN-/SCN-2200-2100

24、SiO42-1100强宽基本原理-分子能级红外谱图处理软件-OMNIC/PICTA网络查询2个检索结果为同一类物质基线校正前后，吸收峰的峰位不会发生变化，但峰面积会有些变化基线校正前后，吸收峰的峰位不会发生变化，但峰面积会有些变化如果两张光谱的分辨率不同，差减后谱图的分辨率为较低分辨率通常先对样品谱图进行基线校正，然后将光谱进行纵坐标归一化。峰位偏移-内部因素通常，物质由固态向气态变化，其波数将增加氢键的形成使键力常数K减小，吸收峰向低波数偏移红外光谱测试中通常采用累计扫描次数的方法来实现减小随机误差。-石英比色皿（1cm，2cm，4cm）碳酸钡碳酸钡硫酸钯硫酸钯硝酸钠硝酸钠亚硝酸钠亚硝酸钠硫

25、氰酸钠硫氰酸钠卤化物压片测得的光谱，由于颗粒研磨不够细，出现红外光散射现象，导致基线高波数区域出现向上的的斜坡。氢键的形成使键力常数K减小，吸收峰向低波数偏移C-O-C反对称/对称伸缩振动在实际测试过程中，从光源到检测器，及环境的扰动，振动使得整个系统并不是处于绝对的恒定状态，因此会引起测试随机误差。峰位偏移-内部因素转动能级-原子核之间的转动能量Ej峰位偏移-外部因素SUPERCHLON822S是马来酸改性的低氯的氯化聚丙烯，提供对聚丙烯优良的粘附力，面漆可以依产品要求选择如聚氨酯，丙烯酸，环氧树脂，醇酸树脂等原料所组成。卤化物压片测得的光谱，由于颗粒研磨不够细，出现红外光散射现象，导致基线

26、高波数区域出现向上的的斜坡。聚酰亚胺、聚甲醛（热）-石英比色皿（1cm，2cm，4cm）峰位偏移-外部因素硅酸钠硅酸钠二氧化硅二氧化硅游离二氧化硅含量测试游离二氧化硅含量测试根据标准-石英在红外光谱区（800cmP-1P、780cmP-1P及694cmP-1P）有特征吸收，在一定范围内，其吸光度与浓度满足朗伯-比尔定律。GBZ/T 192.4-2007红外谱图解析红外谱图解析化合物类型判断化合物类型判断是否含有无机物是否含有水是否含有炭黑推断可能含有的官能团推断可能含有的官能团先官能团区再指纹区先强峰再弱峰先找特征吸收峰再找相关峰佐证结合测试样品的物理形态，颜色，应用领域结合测试样品的物理形态，颜色，应用领域红外光谱仪的维护红外光谱仪的维护 属于光学精密仪器；需置于恒温、湿度较低、灰尘尽可能少、无腐蚀性气体的房间；有稳定的电源、良好的屏蔽及专用地线；所有的光学元件均不可用任何材料擦拭。