FTIR原理及谱图解析ppt课件.ppt
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1、红外光谱简单介绍 .,布鲁克光谱仪器公司陆兴军,当一束红外光射到物质上,可能发生:吸收、透过、反射、散射或者激发荧光(即拉曼效应)。,FT-IR: 基本原理 .,红外光,不同波段的光连接起来构成成了整个光谱范围。,FT-IR: 基本原理 .,红外光,红外光,光的辐射可以看作是波的运动,波长是两个连续峰之间的距离。,频率是每秒光波通过的数目。,c:光在真空中的速度。,在红外中,经常使用的是波数。,:cm-1,FT-IR: 基本原理 .,红外光谱仪,每一台傅立叶变换红外光谱仪,由以下几部分构成:一个光源、一个干涉仪(分束器是它的一部分)以及一个检测器。,FT-IR: 基本原理 .,到样品,红外光源
2、发出的光束,红外光谱仪,干涉仪是红外光谱仪的心脏部件,在干涉仪的出口,两束有光程差的光发生干涉,然后到样品。,FT-IR: 基本原理 .,干涉仪,动镜移动距离为n/2 ,即光程差为n时,干涉仪(单色光说明),FT-IR: 基本原理 .,动镜移动距离为n/4 ,即光程差为n/2 时,干涉仪(单色光说明),干涉仪,FT-IR: 基本原理 .,干涉图(以单色光说明),因为动镜以一定的速度()移动,检测器上得到的信号是正弦波信号。,光束强度,在波数光源经过仪器调制后(分束器效率、检测器和放大器的响应)的强度,波数,光程差,动镜移动速率(cm/sec),时间(sec),得到的AC组分I():就是所谓的干
3、涉图。,FT-IR: 基本原理 .,HeNe激光用来控制动镜的位置。,单色光束,波长为632.8 nm,动镜,FT-IR: 基本原理 .,干涉图(非单色光),多色光源(例如中红外的Globar光源或近红外的钨灯),许多连续波数(即频率)的光同时发射,检测器检测得到的干涉图是每一个波数的干涉图的矢量和。,理论上,我们可以从-到+范围,得到一张完整谱图,而且可以任何分辨率,为了满足上述要求,我们必须做到:动镜的移动距离可以无限远;数据采样间隔无限小。,相应的谱图,FT-IR: 基本原理 .,只是测试整个谱图范围的一部分,采用不同的光源、分束器以及检测器,分辨率受到限制,切趾函数,技术限制:,解决方
4、案:,相应问题:,旁瓣峰,牺牲谱图的分辨率,采用光圈,采样间隔不能无限小(基于 HeNe激光),带宽限制有折叠可能,满足Nyquist 采样条件,尖桩篱栅效应,谱图充零,得到的干涉图不是对称的,相位问题,相位校正,技术局限,事实上,分辨率、带宽以及采样间隔受到谱仪的限制,FT-IR: 基本原理 .,谱图范围,谱图范围的选择,决定了仪器采用的光学组件,FT-IR: 基本原理 .,分辨率,两个不同频率的单色光,得到的干涉图以及相应的谱图。,FT-IR: 基本原理 .,分辨率,FT-IR: 基本原理 .,切趾,旁瓣,FT-IR: 基本原理 .,切趾来减小旁瓣峰的强度,牺牲 分辨率,切趾,旁瓣峰引起峰
5、强度的变化,旁瓣峰削弱了主峰的强度,这意味:切趾函数的选择取决于所需的分辨率,FT-IR: 基本原理 .,带宽,波长: 632 nm,带宽: 31,600 cm-1,干涉图数据的采集,HeNe激光信号也用来控制干涉图数据的采集,在激光正弦波过零点时采集数据。,FT-IR: 基本原理 .,为了避免假峰,必须满足 Nyquist采样条件。,折叠,干涉图数据的采集,FT-IR: 基本原理 .,干涉图数据的采集,Nyquist采样条件,任何谱图数据的采集的采样频率必须等于或大于谱图带宽的两倍。,我们是采用激光来控制采样间隔,因为激光的波长为632.8nm,最大测试波长为31,600cm-1.,632.
6、8nm/2=316.4nm 31,600cm-1,FT-IR: 基本原理 .,如果不满足上述条件,就会出现假峰。,干涉图数据的采集,Nyquist采样条件,任何谱图数据的采集的采样频率必须等于或大于谱图带宽的两倍。,FT-IR: 基本原理 .,尖桩篱栅效应,谱图是根据ADC得到的干涉图经过傅立叶变换得到的。 在干涉图测试数据点之间,我们必须进行数学插值。这个过程,透光率的准确度受到影响。,干涉图数据的采集,FT-IR: 基本原理 .,为了避免尖桩篱栅效应,在FT变换之前必须在干涉图的尾部增加强度值为0的数据点,这个过程就是所谓:充零。,尖桩篱栅效应,干涉图数据的采集,FT-IR: 基本原理 .
7、,采集样品信号,打开测试窗口,Check signal,采集背景,调整附件,使得光通量最大,测试,FT-IR: 基本原理 .,没有干涉图,只是一根直线,Check signal,检查样品仓 :光路是否有东西挡住了光路?,清理光路,有,问题:没有干涉图,FT-IR: 基本原理 .,检查最大值(峰)的位置: Optic Setup and Service Interferometer/AQP Absolute Peak Position,用箭头改变扫描范围,使得干涉图的最大值(峰)在显示范围内。,没有干涉图,只是一根直线,检查扫描范围 (Check signal 对话框): 显示在合适的范围内?,
8、Check signal,不,问题:没有干涉图,FT-IR: 基本原理 .,检查 IR 光源参数: Optic Source Setting: MIR Source,关闭仪器,更换光源,没有干涉图,只是一根直线,检查IR光源: 取出光源 (警告, 光源是热的): 发光吗?,Check signal,不,OK ?,问题:没有干涉图,FT-IR: 基本原理 .,没有信号,Check signal,检查动镜扫描灯 :闪绿灯 ?,关闭OPUS-NT,仪器关闭,几秒钟后,重新开启仪器,启动 OPUS-NT.,不,是红灯,问题:没有干涉图,FT-IR: 基本原理 .,没有信号,Check signal,检
9、查干涉仪的动镜扫描灯 :闪绿灯?,更换 HeNe激光管,不,是红灯,问题:没有干涉图,FT-IR: 基本原理 .,Bruker光谱仪,FT-IR: 基本原理 .,谱图解析正己烷,正己烷最常见的有机化合物。,谱图解析正己烷,这个样品是液体样品,夹在两个KBr窗片之间得到的谱图。从谱图上来看,这个化合物的红外吸收峰比较宽,表明该化合物是一个饱和化合物。由于饱和化合物有很多低能量的构象,每一种构象吸收峰的位置有一定的差异,谱峰的加宽是由于不同构象的峰叠加而成的。,谱图解析正己烷,谱图的解析一般从高波数开始,因为高波数谱峰频率与基团一一对应,而且最容易解释。在3000cm-1以上没有吸收峰,表明没有不
10、饱和的CH伸缩振动。在3000cm-1以下的四个峰是饱和C-H伸缩振动峰。,谱图解析正己烷,在2962cm-1处的峰是CH3基团的反对称伸缩振动。这种反对称伸缩振动范围296210cm-1,事实上,存在两个简并的反对称伸缩振动(显示其中一个)。,谱图解析正己烷,在2926cm-1处,是CH2的不对称伸缩振动峰,一般在292610cm-1范围内。,谱图解析正己烷,2872cm-1处是CH3的对称伸缩振动峰,一般波数范围为:287210cm-1。,谱图解析正己烷,在2853cm-1处的吸收峰,是CH2的对称伸缩振动峰,一般这种振动峰的吸收位置在:285310cm-1。,谱图解析正己烷,这是C-H弯
11、曲振动区域,把该区域放大CH2和CH3的弯曲振动峰叠加在一起,关于这一点,我们可以比较环己烷和2,3-二甲基丁烷在该区间的吸收峰。,谱图解析正己烷,在1460cm-1出现的宽峰实际上是两个峰叠加而成的。一般地,CH3基团的反对称弯曲振动峰的位置在146010cm-1,这是一个简并弯曲振动(仅显示一种)。,谱图解析正己烷,在145510cm-1处,是CH2的弯曲振动峰吸收值(也叫剪刀振动)。,谱图解析正己烷,在137510cm-1,是CH3对称弯曲振动(也叫“伞”弯曲振动)吸收峰位置,这个峰通常时很有用的,因为这个峰比较孤立,比较环己烷的谱图,最大的差异就是在环己烷谱图中没有CH3基团的对称弯曲
12、振动峰。,谱图解析正己烷,这是指纹区,这一段区间的吸收有很多的因素,很难解释。不管多么复杂,利用参考谱图进行比对,即可对样品进行定性判断。,谱图解析正己烷,当四个或更多的CH2基团在一根链上,72010 cm-1是CH2基团的摇摆振动。,谱图解析2,3-二甲基丁烷,2,3-二甲基丁烷与正己烷相比,这两个化合物均有CH3和CH2基团;而环己烷却仅有CH2基团。,谱图解析2,3-二甲基丁烷,2962cm-1,CH3反对称伸缩振动(仅显示两个简并反对称伸缩振动模式之一)。,谱图解析2,3-二甲基丁烷,2880cm-1,CH3基团的伸缩振动。注意:这里没有CH2基团的吸收峰,因为该分子中没有CH2基团
13、。,谱图解析2,3-二甲基丁烷,1460cm-1,是CH3的反对称弯曲振动峰(仅显示两个简并模式中的一个)。,谱图解析2,3-二甲基丁烷,1380和1365cm-1,是CH3”伞“形弯曲振动峰,在正己烷中,这是一个单峰;在2,3-二甲基丁烷中,两个CH3基团联在同一个季碳上,这个峰就裂分成双峰,表明有叔丁基基团存在。,谱图解析2,3-二甲基丁烷,指纹区:在这个区域与标准谱比较即可对该样品定性,注意这个样品没有720cm-1的CH2的摇摆振动峰。,谱图解析1-己烯,1-己烯你能分辨出哪一个峰是双键峰?(提示:与己烷峰比较即可得出结论)。,谱图解析1-己烯,3080cm-1, 是CH2反对称伸缩振
14、动峰。在3000cm-1以上有吸收峰,表面有不饱和基团存在(双键或炔烃或芳烃)。,谱图解析1-己烯,2997cm-1, =CH2的对称伸缩振动。一般来说,反对称伸缩振动吸收峰的频率要高于对称伸缩振动的频率。,谱图解析1-己烯,2960cm-1,是CH3的反对称伸缩振动峰。,谱图解析1-己烯,2924cm-1, CH2的反对称伸缩振动峰。,谱图解析1-己烯,2870cm-1, 是CH3的对称伸缩振动。,谱图解析1-己烯,2861cm-1,是CH2对称伸缩振动峰。,谱图解析1-己烯,1821cm-1(红色),是=CH2面弯曲振动,这是909cm-1处的基频峰的倍频峰(灰色),倍频峰的吸收强度要比基
15、频峰弱得多。,谱图解析1-己烯,1642cm-1是C=C伸缩振动,一般来说,164020cm-1是顺式和乙烯基的伸缩振动峰的位置;167010cm-1是反式、叔碳、季碳取代的双键伸缩振动峰的位置。反式-2-己烯只有一个很弱的吸收峰,这是因为内双键伸缩仅会导致偶极矩的微小变化(近似于对称的情况)。,谱图解析1-己烯,1466cm-1,CH3的反对称弯曲振动。,谱图解析1-己烯,1455cm-1,CH2剪刀弯曲振动。,谱图解析1-己烯,1379cm-1,CH3的伞形弯曲振动峰。,谱图解析1-己烯,指纹区:与参考谱图对比,即可以定性归属样品。注意:该谱图中没有720cm-1的CH2的摇摆振动吸收峰(
16、一般只有4个或4个以上的CH2存在时才出现720cm-1的峰)。,谱图解析1-己烯,993cm-1,是=CH2的面扭曲振动,只有单取代或反式双键有此振动,该振动峰必须有两个反式的H存在;顺式双键有一个不同的面弯曲振动峰。,谱图解析1-己烯,909cm-1,是CH2面弯曲振动峰,只有端基带两个氢的双键才有这个吸收峰。,谱图解析1-己烯,指纹区:与参考谱图对比即可对该化合物进行定性。注意:没有720cm-1的摇摆峰,因为该峰的出现必须4个和4个以上的CH2连在一起。,谱图解析1-庚炔,1-庚炔你能判断出哪些峰来自三键?(提示:与己烷谱图比对),谱图解析1-庚炔,3312cm-1, 是CH伸缩振动峰
17、,一般来说,范围在330020 cm-1,而且非常尖锐。,谱图解析1-庚炔,2960cm-1,是CH3反对称伸缩振动峰。,谱图解析1-庚炔,2935cm-1,是CH2的反对称伸缩振动峰。,谱图解析1-庚炔,2870cm-1,是CH3对称伸缩振动峰。,谱图解析1-庚炔,2861cm-1,是CH2对称伸缩振动峰。,谱图解析1-庚炔,2119cm-1,-CC伸缩振动峰,一般范围:端炔基,222010cm-1;分子链内炔基,222510cm-1。如果是对称取代,则该峰不出现(比较4-辛炔)。比较庚腈的CN伸缩振动(2247cm-1)。,谱图解析1-庚炔,1467cm-1,-CH3反对称弯曲振动峰。,谱
18、图解析1-庚炔,1455cm-1,-CH2剪刀弯曲振动。,谱图解析1-庚炔,1426cm-1,是-CH2基团的剪刀弯曲振动,由于炔烃的共扼效应,该峰有点漂移了。在庚腈中,也会发生相同的情况。,谱图解析1-庚炔,1379cm-1,是-CH3的伞形弯曲振动。,谱图解析1-庚炔,指纹区:与参考谱作比对即能给出结论。,谱图解析1-庚炔,1238cm-1,是-CH弯曲振动的倍频峰,基频(灰色)振动峰的位置在630cm-1。,谱图解析1-庚炔,729cm-1,是(CH2)4摇摆振动,只有在分子链上连续4个或4个以上CH2,才出现该峰。,谱图解析1-庚炔,630cm-1, -CH弯曲振动。注意:在4-辛炔中
19、没有该峰。,谱图解析1-庚腈,庚腈你能从谱图中识别氰基峰吗?(提示:与己烷谱图比较),谱图解析1-庚腈,2960cm-1, -CH3的反对称伸缩振动峰。,谱图解析1-庚腈,2931cm-1, -CH2的反对称伸缩振动峰。,谱图解析1-庚腈,2870cm-1, -CH3对称伸缩振动峰。,谱图解析1-庚腈,2861cm-1, -CH2对称伸缩振动峰。,谱图解析1-庚腈,2247cm-1,-CN伸缩振动峰,一般范围:225010cm-1,当有共扼键时,一般要低10-20cm-1。可以比较1-庚炔的炔基振动位置在2119cm-1。,谱图解析1-庚腈,1467cm-1,-CH3反对称弯曲振动峰。,谱图解
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