紅外光譜在無機材料上的應(yīng)用

1、6.1 6.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理一、紅外光與紅外光譜一、紅外光與紅外光譜 光是一種電磁波，根據(jù)其波長范圍的不同而被命名光是一種電磁波，根據(jù)其波長范圍的不同而被命名為各種不同性質(zhì)的光，如下圖所示。其中波長在為各種不同性質(zhì)的光，如下圖所示。其中波長在0.75-0.75-10001000mm范圍的電磁波，是從可見光區(qū)外延到微波區(qū)的范圍的電磁波，是從可見光區(qū)外延到微波區(qū)的一段電磁波，習(xí)慣上叫做一段電磁波，習(xí)慣上叫做紅外光紅外光。 紅外光通常用波長紅外光通常用波長表示，但在紅外光譜中習(xí)慣用表示，但在紅外光譜中習(xí)慣用波波數(shù)數(shù) 表示，單位為表示，單位為cmcm-1-1，兩者的關(guān)系是：兩者

2、的關(guān)系是：）波長（）波數(shù)（mcm4101v光譜工作者把紅外光分為三個區(qū)域，如下表。光譜工作者把紅外光分為三個區(qū)域，如下表。 當(dāng)用一束具有連續(xù)波長的紅外光照射一物質(zhì)時，如當(dāng)用一束具有連續(xù)波長的紅外光照射一物質(zhì)時，如果物質(zhì)分子中原子間的振動頻率恰好與紅外光波段的某果物質(zhì)分子中原子間的振動頻率恰好與紅外光波段的某一振動頻率相同，則會引起共振吸收，使透過物質(zhì)的紅一振動頻率相同，則會引起共振吸收，使透過物質(zhì)的紅外光強度減弱。外光強度減弱。因此，若將透過物質(zhì)的紅外光用單色器因此，若將透過物質(zhì)的紅外光用單色器進行色散，就可以得到帶有暗條的譜帶。如果用波長或進行色散，就可以得到帶有暗條的譜帶。如果用波長或波數(shù)

3、作橫坐標，以百分吸收率或透過率為縱坐標，把這波數(shù)作橫坐標，以百分吸收率或透過率為縱坐標，把這些譜帶記錄下來，就得到了該物質(zhì)的紅外光譜圖。些譜帶記錄下來，就得到了該物質(zhì)的紅外光譜圖。 5.1 5.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理5.1 5.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理 上圖是用作固體樣品制樣糊劑的石蠟油的紅外光上圖是用作固體樣品制樣糊劑的石蠟油的紅外光譜圖。分析人員可以譜圖。分析人員可以通過紅外光譜譜帶的數(shù)目、位置、通過紅外光譜譜帶的數(shù)目、位置、形狀和強度的特征來獲得被測物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息形狀和強度的特征來獲得被測物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息。由于由于紅外光譜表示的是物質(zhì)對某一波段紅外光的吸收

4、，因紅外光譜表示的是物質(zhì)對某一波段紅外光的吸收，因而也叫紅外吸收光譜。而也叫紅外吸收光譜。 紅外光譜法最初是用于有機化學(xué)領(lǐng)域的。由于紅外光譜法最初是用于有機化學(xué)領(lǐng)域的。由于它具有它具有“分子指紋分子指紋”的突出特點，而被廣泛用于分的突出特點，而被廣泛用于分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)研究和化學(xué)組成的研究上。子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)研究和化學(xué)組成的研究上。 隨著紅外光譜儀器性能的不斷提高和實驗技術(shù)隨著紅外光譜儀器性能的不斷提高和實驗技術(shù)的不斷發(fā)展，紅外光譜法作為一門有效的分析測試的不斷發(fā)展，紅外光譜法作為一門有效的分析測試技術(shù)，目前已被廣泛地用于化學(xué)化工、材料科學(xué)等技術(shù)，目前已被廣泛地用于化學(xué)化工、材料科學(xué)等眾多學(xué)科的研究

5、領(lǐng)域。眾多學(xué)科的研究領(lǐng)域。 近幾十年來，紅外光譜法也越來超多地用于研近幾十年來，紅外光譜法也越來超多地用于研究無機非金屬材料的結(jié)構(gòu)，目前雖然還不成熟，但究無機非金屬材料的結(jié)構(gòu)，目前雖然還不成熟，但也有其獨特之處。特別是在水泥水化研究中得到應(yīng)也有其獨特之處。特別是在水泥水化研究中得到應(yīng)用。為研究膠凝材料的結(jié)構(gòu)與性能提供了有力的工用。為研究膠凝材料的結(jié)構(gòu)與性能提供了有力的工具。具。6.1 6.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理5.1 5.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理 按照量子學(xué)說的觀點，一束光照射物質(zhì)時，物質(zhì)按照量子學(xué)說的觀點，一束光照射物質(zhì)時，物質(zhì)分子的能量增加是量子化的。所以

6、，物質(zhì)只能吸收特分子的能量增加是量子化的。所以，物質(zhì)只能吸收特定能量的光，并且吸收光的波長與兩個能級之間的能定能量的光，并且吸收光的波長與兩個能級之間的能量差符合下列關(guān)系：量差符合下列關(guān)系：二、分子內(nèi)部的能級二、分子內(nèi)部的能級=E2-E1=hc/=hc能量差能量差越大，則所吸收光的波長越短。越大，則所吸收光的波長越短。 分子的運動可分為平動、轉(zhuǎn)動、振動和分子內(nèi)電子分子的運動可分為平動、轉(zhuǎn)動、振動和分子內(nèi)電子的運動。每種運動狀態(tài)都屬于一定的能級。因此，分子的運動。每種運動狀態(tài)都屬于一定的能級。因此，分子的總能量可以表示為：的總能量可以表示為：E = E0 +Et + Er + Ev + Ee E

7、 E0 0是分子內(nèi)在的能量，不隨分子運動而改變，即是分子內(nèi)在的能量，不隨分子運動而改變，即所謂的零點能。所謂的零點能。E Et t、E Er r、E Ev v和和E Ee e分別表示分子的平動、分別表示分子的平動、轉(zhuǎn)動、振動和電子運動的能量。由于分子平動轉(zhuǎn)動、振動和電子運動的能量。由于分子平動E Et t的能的能量只和溫度的變化直接相關(guān)，在移動時不會產(chǎn)生光譜。量只和溫度的變化直接相關(guān)，在移動時不會產(chǎn)生光譜。這樣，與光譜有關(guān)的能量變化主要是這樣，與光譜有關(guān)的能量變化主要是E Er r、E Ev v、E Ee e三者，三者，每一種能量也都是量子化的。每一種能量也都是量子化的。5.1 5.1 紅外光

8、譜的基本原理紅外光譜的基本原理5.1 5.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理 上圖是一個雙原子分子的能級示意圖，可以看出上圖是一個雙原子分子的能級示意圖，可以看出電子的能級最大，從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的能級間隔電子的能級最大，從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的能級間隔E Ee e = = 1-20eV1-20eV，分子振動能級間隔分子振動能級間隔E Ev v = 0.05-1.0eV = 0.05-1.0eV，分子分子轉(zhuǎn)動能級間隔轉(zhuǎn)動能級間隔E Er r =0.001-0.05eV =0.001-0.05eV。電子躍遷所吸收的電子躍遷所吸收的輻射是在可見光和紫外光區(qū)，分子轉(zhuǎn)動能級躍遷所吸輻射是在可見光和紫外光區(qū)，

9、分子轉(zhuǎn)動能級躍遷所吸收的輻射是在遠紅外與微波區(qū)。分子的振動能級躍遷收的輻射是在遠紅外與微波區(qū)。分子的振動能級躍遷所吸收的輻射主要是在中紅外區(qū)。所吸收的輻射主要是在中紅外區(qū)。 絕大多數(shù)有機化合物絕大多數(shù)有機化合物和無機化合物分子的振動和無機化合物分子的振動能級躍遷而引起的吸收均出現(xiàn)在這個區(qū)域。能級躍遷而引起的吸收均出現(xiàn)在這個區(qū)域。 通常所說的紅外光譜就是指中紅外區(qū)域形成的通常所說的紅外光譜就是指中紅外區(qū)域形成的光譜，故也叫振動光譜，它在結(jié)構(gòu)分析和組成分析光譜，故也叫振動光譜，它在結(jié)構(gòu)分析和組成分析中非常重要。中非常重要。 至于近紅外區(qū)和遠紅外區(qū)形成的光譜，分別叫至于近紅外區(qū)和遠紅外區(qū)形成的光譜，

10、分別叫近紅外光譜與遠紅外光譜圖。近紅外光譜與遠紅外光譜圖。 近紅外光譜主要用來研究分子的化學(xué)鍵，遠紅近紅外光譜主要用來研究分子的化學(xué)鍵，遠紅外光譜主要用來研究晶體的晶格振動、金屬有機物外光譜主要用來研究晶體的晶格振動、金屬有機物的金屬有機鍵以及分子的純轉(zhuǎn)動吸收等。的金屬有機鍵以及分子的純轉(zhuǎn)動吸收等。5.1 5.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理5.1 5.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理三、分子的振動模型三、分子的振動模型1 1、雙原子分子的諧振模型、雙原子分子的諧振模型 分子中的原子或原子基團是相互做連續(xù)運動的，分子中的原子或原子基團是相互做連續(xù)運動的，分子的復(fù)雜程度不同，它們

11、的振動方式也不同。先分子的復(fù)雜程度不同，它們的振動方式也不同。先介紹最簡單的雙原子分子的振動。介紹最簡單的雙原子分子的振動。 量子力學(xué)證明，分子振動的總能量：量子力學(xué)證明，分子振動的總能量：振動頻率 ,3 , 2 , 1 , 0 )21(nhnEv又根據(jù)虎克定律有：又根據(jù)虎克定律有： 21 k)21(2 nkhE所以是諧振子的振動頻率。這里 極性雙原子分子的振動滿足選律極性雙原子分子的振動滿足選律n=n=1 1，所以所以振動能級變化為：振動能級變化為：khE2根據(jù)公式根據(jù)公式=E=E2 2-E-E1 1=hc/=hv=hc/=hv可以算出：可以算出：vkv21 因此，雙原子分子的振動能級從基態(tài)

12、到第一激發(fā)態(tài)因此，雙原子分子的振動能級從基態(tài)到第一激發(fā)態(tài)躍遷的吸收光的頻率等于諧振子的振動頻率。躍遷的吸收光的頻率等于諧振子的振動頻率。 但實際分子不可能是諧振子，而是非諧振子。量但實際分子不可能是諧振子，而是非諧振子。量子力學(xué)求得的非諧振子的總能量為：子力學(xué)求得的非諧振子的總能量為：221)()21(nhcvnhcvEv 因而計算非常復(fù)雜，也不準確。所以，復(fù)雜分子因而計算非常復(fù)雜，也不準確。所以，復(fù)雜分子的紅外吸收光譜往往都是由經(jīng)驗獲得的。的紅外吸收光譜往往都是由經(jīng)驗獲得的。5.1 5.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理5.1 5.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理2 2、多原子

13、分子的振動模型、多原子分子的振動模型 多原子分子，即使是三原子組成的分子的振動比多原子分子，即使是三原子組成的分子的振動比雙原子分子要復(fù)雜得多，因此其振動光譜的理論也極雙原子分子要復(fù)雜得多，因此其振動光譜的理論也極其復(fù)雜。其復(fù)雜。四、分子的基本振動類型、振動數(shù)目和振動簡并四、分子的基本振動類型、振動數(shù)目和振動簡并 實際分子以非常復(fù)雜的形式振動。但歸納起來，基實際分子以非常復(fù)雜的形式振動。但歸納起來，基本上屬于兩大類振動，即伸縮振動和彎曲振動，見下表。本上屬于兩大類振動，即伸縮振動和彎曲振動，見下表。5.1 5.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理 所謂所謂伸縮振動伸縮振動是指原子沿價鍵方向

14、來回運動。如是指原子沿價鍵方向來回運動。如果運動過程中分子的對稱性不變，則稱為對稱伸縮振果運動過程中分子的對稱性不變，則稱為對稱伸縮振動，反之則稱為不對稱伸縮振動。至于彎曲振動，是動，反之則稱為不對稱伸縮振動。至于彎曲振動，是指原子沿垂直于價鍵的方向運動。常常又把彎曲振動指原子沿垂直于價鍵的方向運動。常常又把彎曲振動細分為變形振動、搖擺振動和卷曲振動。細分為變形振動、搖擺振動和卷曲振動。 變形振動變形振動：是使分子基團鍵角發(fā)生變化的振動。若：是使分子基團鍵角發(fā)生變化的振動。若這種變形振動方向垂直于分子平面，則稱面外變形振動。這種變形振動方向垂直于分子平面，則稱面外變形振動。若振動方向與分子平面

15、平行，則稱面內(nèi)變形振動。若振動方向與分子平面平行，則稱面內(nèi)變形振動。 搖擺振動：搖擺振動：在這種彎曲振動中，基團的鍵角不變，在這種彎曲振動中，基團的鍵角不變，只是作為一個整體相對于分子平面搖擺。如果這種搖擺只是作為一個整體相對于分子平面搖擺。如果這種搖擺在分子平面內(nèi)，則稱面內(nèi)搖擺振動，如果偏離分子平面，在分子平面內(nèi)，則稱面內(nèi)搖擺振動，如果偏離分子平面，則稱面外搖擺振動。則稱面外搖擺振動。卷曲振動：分子基因繞與基團相連分子的價鍵扭動。扭卷曲振動：分子基因繞與基團相連分子的價鍵扭動。扭動時若分子鍵角發(fā)生變化，則稱扭曲振動，若鍵角不變，動時若分子鍵角發(fā)生變化，則稱扭曲振動，若鍵角不變，則稱為扭轉(zhuǎn)振動

16、。則稱為扭轉(zhuǎn)振動。5.1 5.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理5.1 5.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理 對于由對于由N N個原子組成的分子來說，有個原子組成的分子來說，有3 3N-6N-6個基個基本振動形式。但是，有一些振動形式是等效的，特本振動形式。但是，有一些振動形式是等效的，特別是由于分子的對稱性會產(chǎn)生相同頻率的振動，于別是由于分子的對稱性會產(chǎn)生相同頻率的振動，于是相同振動頻率的振動吸收發(fā)生重疊，也即發(fā)生簡是相同振動頻率的振動吸收發(fā)生重疊，也即發(fā)生簡并。這樣，使得紅外光譜中真正出現(xiàn)的紅外吸收譜并。這樣，使得紅外光譜中真正出現(xiàn)的紅外吸收譜帶數(shù)目大大減少。例如，帶數(shù)目大大

17、減少。例如， SiOSiO4 4 四面體在理論上應(yīng)四面體在理論上應(yīng)有有3 35 56 = 96 = 9個振動，但由于有一個二重簡并和個振動，但由于有一個二重簡并和兩個三重簡并，故只有四個振動吸收。兩個三重簡并，故只有四個振動吸收。 應(yīng)當(dāng)注意的是，這種簡并也會因為分子所處的應(yīng)當(dāng)注意的是，這種簡并也會因為分子所處的環(huán)境不同而發(fā)生能級分裂，所以有時也可以利用簡環(huán)境不同而發(fā)生能級分裂，所以有時也可以利用簡并譜帶的分裂來判斷分子結(jié)構(gòu)或原子所處的環(huán)境的并譜帶的分裂來判斷分子結(jié)構(gòu)或原子所處的環(huán)境的變化。變化。 對于紅外光譜法來說，要產(chǎn)生振動吸收需要有兩個對于紅外光譜法來說，要產(chǎn)生振動吸收需要有兩個條件：條件

18、： （1 1） 振動的頻率與紅外光光譜段的某頻率相等，吸振動的頻率與紅外光光譜段的某頻率相等，吸收了紅外光譜中這一波長的光，可以把分子的能級從收了紅外光譜中這一波長的光，可以把分子的能級從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，這是產(chǎn)生紅外吸收光譜的必要條基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，這是產(chǎn)生紅外吸收光譜的必要條件。件。 （2 2） 偶極距的變化：已知分子在振動過程中，原子偶極距的變化：已知分子在振動過程中，原子間的距離（鍵長）或夾角（鍵角）會發(fā)生變化，這時間的距離（鍵長）或夾角（鍵角）會發(fā)生變化，這時可能引起分子偶極矩的變化，結(jié)果產(chǎn)生了一個穩(wěn)定的可能引起分子偶極矩的變化，結(jié)果產(chǎn)生了一個穩(wěn)定的交變電場，它的頻率等于振動的頻率，

19、這個穩(wěn)定的交交變電場，它的頻率等于振動的頻率，這個穩(wěn)定的交變電場將和運動的具有相同頻率的電磁輻射電場相互變電場將和運動的具有相同頻率的電磁輻射電場相互作用，從而吸收輻射能量，產(chǎn)生紅外光譜的吸收。作用，從而吸收輻射能量，產(chǎn)生紅外光譜的吸收。 五、振動吸收的條件五、振動吸收的條件5.1 5.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理5.1 5.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理六、六、 振動吸收的特征振動吸收的特征1 1、吸收帶的類型、吸收帶的類型 紅外光譜的吸收帶，簡稱吸收帶，有基頻帶、倍紅外光譜的吸收帶，簡稱吸收帶，有基頻帶、倍頻帶和合頻帶三種。頻帶和合頻帶三種。基頻帶基頻帶是分子的振動從

20、一個能級躍遷到相鄰高一級能是分子的振動從一個能級躍遷到相鄰高一級能級產(chǎn)生的吸收，它是分子的基本振動產(chǎn)生的吸收譜帶。級產(chǎn)生的吸收，它是分子的基本振動產(chǎn)生的吸收譜帶。倍頻帶倍頻帶是分子振動能級躍遷兩個以上能級所產(chǎn)生的吸是分子振動能級躍遷兩個以上能級所產(chǎn)生的吸收譜帶，出現(xiàn)在基頻帶的收譜帶，出現(xiàn)在基頻帶的n n倍處，倍處，n =2n =2，3 3。如基頻如基頻為為，則一級倍頻為則一級倍頻為2 2 ，二級倍頻為二級倍頻為3 3 。由于分由于分子振動連續(xù)躍遷二級以上的幾率很小，因此，倍頻帶子振動連續(xù)躍遷二級以上的幾率很小，因此，倍頻帶的強度很弱，約為基頻帶強度的的強度很弱，約為基頻帶強度的1/101/10

21、，甚至更低。，甚至更低。合頻帶合頻帶是兩個以上的基頻帶波數(shù)之和或差處出現(xiàn)的吸是兩個以上的基頻帶波數(shù)之和或差處出現(xiàn)的吸收譜帶，其強度比基頻帶弱得多。收譜帶，其強度比基頻帶弱得多。5.1 5.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理2、吸收帶的位置及其影響因素、吸收帶的位置及其影響因素 不同振動類型振動產(chǎn)生的吸收帶位置不同?；瘜W(xué)鍵不同振動類型振動產(chǎn)生的吸收帶位置不同?；瘜W(xué)鍵的振動波數(shù)與化學(xué)鍵的強度成正比，而與原子的質(zhì)量成的振動波數(shù)與化學(xué)鍵的強度成正比，而與原子的質(zhì)量成反比，也就是說，基團的振動頻率取決于化學(xué)鍵強度和反比，也就是說，基團的振動頻率取決于化學(xué)鍵強度和原子質(zhì)量。但有時由于振動基團周圍的化

22、學(xué)環(huán)境改變而原子質(zhì)量。但有時由于振動基團周圍的化學(xué)環(huán)境改變而使振動頻率發(fā)生位移。例如，使振動頻率發(fā)生位移。例如，C CH H振動基的折合質(zhì)量比振動基的折合質(zhì)量比C CC C振動基的小，因此，振動基的小，因此，C CH H伸縮振動波數(shù)高于伸縮振動波數(shù)高于C CC C伸伸縮振動波數(shù)，縮振動波數(shù)，C CH= 2850cmH= 2850cm-1-1，C CC=1400cmC=1400cm-1-1。 影響吸收帶位置的因素很多，有外在的、人為的因影響吸收帶位置的因素很多，有外在的、人為的因素，也有內(nèi)在的、本質(zhì)的因素。外在的因素主要是一些素，也有內(nèi)在的、本質(zhì)的因素。外在的因素主要是一些機械因素，如制備樣品的

23、方法、樣品所處的物態(tài)、結(jié)晶機械因素，如制備樣品的方法、樣品所處的物態(tài)、結(jié)晶條件、儀器系統(tǒng)的調(diào)節(jié)等，均能影響吸收帶的位置、強條件、儀器系統(tǒng)的調(diào)節(jié)等，均能影響吸收帶的位置、強度及形狀。對無機化合物來說，影響吸收帶位置的內(nèi)在度及形狀。對無機化合物來說，影響吸收帶位置的內(nèi)在因素歸納起來主要有以下幾種：因素歸納起來主要有以下幾種： （l l）質(zhì)量效應(yīng)質(zhì)量效應(yīng) 對于同族元素，由于彼此質(zhì)量差別較大，隨著原子對于同族元素，由于彼此質(zhì)量差別較大，隨著原子的質(zhì)量增大，它與同一元素形成的化學(xué)鍵的吸收帶波數(shù)的質(zhì)量增大，它與同一元素形成的化學(xué)鍵的吸收帶波數(shù)明顯地減小，如表明顯地減小，如表6-36-3所示。所示。 （2

24、2）化學(xué)鍵強度的影響）化學(xué)鍵強度的影響 同一周期元素因質(zhì)量差別很小，電負性差別起主導(dǎo)同一周期元素因質(zhì)量差別很小，電負性差別起主導(dǎo)作用，電負性越大，化學(xué)鍵強度越大，因而，隨著電負作用，電負性越大，化學(xué)鍵強度越大，因而，隨著電負性增大，它們與同一元素形成的化學(xué)鍵的吸收波數(shù)增大，性增大，它們與同一元素形成的化學(xué)鍵的吸收波數(shù)增大，如表如表6 63 3所示。又比如，所示。又比如， SiOSiO4 4 四面體為孤立結(jié)構(gòu)時，四面體為孤立結(jié)構(gòu)時，SiSi- -O O鍵伸縮振動頻率小于鍵伸縮振動頻率小于10001000CmCm1 1，但當(dāng)?shù)?dāng)SiOSiO4 4 四面四面體結(jié)合時，則形成體結(jié)合時，則形成Si-O-

25、SiSi-O-Si鏈，其伸縮振動頻率就增大鏈，其伸縮振動頻率就增大到到10801080cmcm1 1 左右，并隨左右，并隨 SiOSiO4 4 四面體的連接程度不同四面體的連接程度不同而有所變化。而有所變化。5.1 5.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理5.1 5.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理 （3 3）物質(zhì)狀態(tài)的影響）物質(zhì)狀態(tài)的影響 物質(zhì)的紅外光譜因物質(zhì)的狀態(tài)不同而不同。在氣態(tài)時，物質(zhì)的紅外光譜因物質(zhì)的狀態(tài)不同而不同。在氣態(tài)時，分子的距離較遠，分子間的相互作用很小。但液態(tài)或固態(tài)時，分子的距離較遠，分子間的相互作用很小。但液態(tài)或固態(tài)時，因分子間的作用增強而使基團的振動頻率降低

26、。在固相晶格因分子間的作用增強而使基團的振動頻率降低。在固相晶格中，相互作用最大，因而形成的吸收帶比在非晶態(tài)或液態(tài)中中，相互作用最大，因而形成的吸收帶比在非晶態(tài)或液態(tài)中更加尖銳，而且振動頻率降低。圖更加尖銳，而且振動頻率降低。圖6 66 6是是SiOSiO2 2的紅外光譜圖，的紅外光譜圖，非晶態(tài)非晶態(tài)SiOSiO2 2在在800800cmcm-1-1有一寬的吸收帶，而晶態(tài)有一寬的吸收帶，而晶態(tài)SiOSiO2 2的的800800cmcm-1-1吸收帶分裂成兩個尖銳的帶吸收帶分裂成兩個尖銳的帶800800cmcm-1-1和和 780 780cm cm -1-1 ，且且 680 680cm cm -

27、 -1 1的寬弱帶變得尖銳并且增強。的寬弱帶變得尖銳并且增強。5.1 5.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理5.1 5.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理日本電子公司的紅外分光光度計日本電子公司的紅外分光光度計5.1 5.1 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理島津公司的紅島津公司的紅外分光光度計外分光光度計5.2 5.2 紅外分光光度計紅外分光光度計一、紅外分光光度計的種類及工作原理一、紅外分光光度計的種類及工作原理 測繪物質(zhì)紅外光譜的儀器是紅外光譜儀，也叫紅外分測繪物質(zhì)紅外光譜的儀器是紅外光譜儀，也叫紅外分光光度計。光光度計。1 1、早先的紅外光譜儀是用棱鏡作色散元件的，到了、

28、早先的紅外光譜儀是用棱鏡作色散元件的，到了6060年代，年代，由于光柵刻劃和復(fù)制技術(shù)以及多級次光譜重疊干擾的濾光由于光柵刻劃和復(fù)制技術(shù)以及多級次光譜重疊干擾的濾光片技術(shù)的解決，出現(xiàn)了用光柵代替棱鏡作色散元件的第二片技術(shù)的解決，出現(xiàn)了用光柵代替棱鏡作色散元件的第二代色散型紅外光譜儀。稱為色散型紅外分光光度計。代色散型紅外光譜儀。稱為色散型紅外分光光度計。2 2、到、到7070年代時，隨著電子計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，又出現(xiàn)年代時，隨著電子計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，又出現(xiàn)了性能更好的第三代紅外光譜儀，即基于光的相干性原理了性能更好的第三代紅外光譜儀，即基于光的相干性原理而設(shè)計的干涉型付里葉變換紅外光譜儀。

29、而設(shè)計的干涉型付里葉變換紅外光譜儀。3 3、近幾年來，由于激光技術(shù)的發(fā)展，采用激光器代替單色、近幾年來，由于激光技術(shù)的發(fā)展，采用激光器代替單色器，已研制成了第四代紅外光譜儀器，已研制成了第四代紅外光譜儀激光紅外光譜儀。激光紅外光譜儀。 目前在我國廣泛使用的仍以第二代紅外光譜儀為目前在我國廣泛使用的仍以第二代紅外光譜儀為主，只有少數(shù)實驗室配備了第三代紅外光譜儀。這里主，只有少數(shù)實驗室配備了第三代紅外光譜儀。這里 主要介紹色散型（圖主要介紹色散型（圖6-76-7）和干涉型紅外光譜儀（圖）和干涉型紅外光譜儀（圖4-134-13）。）。 其工作原理是：自光源發(fā)出兩束強度相等的紅外其工作原理是：自光源發(fā)

30、出兩束強度相等的紅外光，分別通過樣品池和參比池到達扇形鏡（又叫斬光光，分別通過樣品池和參比池到達扇形鏡（又叫斬光器），這是一個半圓型的反射鏡，以一定的頻率勻速器），這是一個半圓型的反射鏡，以一定的頻率勻速旋轉(zhuǎn)，使樣品光路和參比光路的光交替地在入射狹縫旋轉(zhuǎn)，使樣品光路和參比光路的光交替地在入射狹縫上成像。穿過狹縫的光經(jīng)過光柵色散后，再到出射狹上成像。穿過狹縫的光經(jīng)過光柵色散后，再到出射狹縫上排列成光譜帶，由檢測器和放大記錄系統(tǒng)記錄成縫上排列成光譜帶，由檢測器和放大記錄系統(tǒng)記錄成紅外光譜圖。紅外光譜圖。5.2 5.2 紅外分光光度計紅外分光光度計 如果穿過樣品槽和參比槽的光強度相等，則檢如果穿過樣

31、品槽和參比槽的光強度相等，則檢測器上產(chǎn)生相等的光電效應(yīng)，使得只有穩(wěn)定電壓輸測器上產(chǎn)生相等的光電效應(yīng)，使得只有穩(wěn)定電壓輸出，而沒有交流信號輸出。但若在樣品光路中放置出，而沒有交流信號輸出。但若在樣品光路中放置了樣品，則由于樣品的吸收破壞了兩束光的平衡，了樣品，則由于樣品的吸收破壞了兩束光的平衡，檢測器就有交流信號發(fā)生，這種信號被放大后用來檢測器就有交流信號發(fā)生，這種信號被放大后用來驅(qū)動梳狀光闌（減光器），使它進入?yún)⒈裙饴氛趽躜?qū)動梳狀光闌（減光器），使它進入?yún)⒈裙饴氛趽踺椛?，直到參比光路的輻射強度與樣品光路的輻射輻射，直到參比光路的輻射強度與樣品光路的輻射強度相等為止。很明顯，參比光路中梳狀光闌所

32、削強度相等為止。很明顯，參比光路中梳狀光闌所削弱的光強度就是樣品吸收的光強度。如果記錄筆與弱的光強度就是樣品吸收的光強度。如果記錄筆與梳狀光闌作同步運動，就可直接記錄下吸光度或透梳狀光闌作同步運動，就可直接記錄下吸光度或透過率。在用衍射光柵作分光元件的單色器中，當(dāng)衍過率。在用衍射光柵作分光元件的單色器中，當(dāng)衍射光柵連續(xù)轉(zhuǎn)動時，到達檢測器上的紅外光波數(shù)射光柵連續(xù)轉(zhuǎn)動時，到達檢測器上的紅外光波數(shù)（或波長）將連續(xù)變化，因此，在連續(xù)掃描過程中（或波長）將連續(xù)變化，因此，在連續(xù)掃描過程中就得到了樣品的整個紅外光譜圖。就得到了樣品的整個紅外光譜圖。5.2 5.2 紅外分光光度計紅外分光光度計5.2 5.2

33、 紅外分光光度計紅外分光光度計二、紅外分光光度計的組成二、紅外分光光度計的組成5.2 5.2 紅外分光光度計紅外分光光度計 色散型紅外光譜儀主要由五部分組成：光源。單色散型紅外光譜儀主要由五部分組成：光源。單色器，檢測器，電子放大器和記錄系統(tǒng)，這五部分之色器，檢測器，電子放大器和記錄系統(tǒng)，這五部分之間的排列如圖間的排列如圖6 69 9所示。所示。 1 1光源光源 理想的紅外光源應(yīng)理想的紅外光源應(yīng)該是能夠發(fā)射高強度連該是能夠發(fā)射高強度連續(xù)波長紅外光的物體。續(xù)波長紅外光的物體。高溫黑體符合這個條件。高溫黑體符合這個條件。目前目前 對中紅外區(qū)實用對中紅外區(qū)實用的紅外光源，常用比較的紅外光源，常用比較

34、接近黑體特性的能斯特接近黑體特性的能斯特?zé)艉凸杼及?。燈和硅碳棒?.2 5.2 紅外分光光度計紅外分光光度計 2 2單色器單色器: :單色器由狹縫、反射鏡和色散元件通過一定的單色器由狹縫、反射鏡和色散元件通過一定的方式組合而成。其功能是把通過樣品槽和參比槽進入入射狹方式組合而成。其功能是把通過樣品槽和參比槽進入入射狹縫的復(fù)色光分解為單色光射到檢測器上加以測量?？p的復(fù)色光分解為單色光射到檢測器上加以測量。 3 3濾光器濾光器: :濾光器主要用來消除不同級次光譜線的重疊。濾光器主要用來消除不同級次光譜線的重疊。按其作用原理，可分為四種類型，即反射型、透射型、干按其作用原理，可分為四種類型，即反射型

35、、透射型、干涉型和散射型濾光器。涉型和散射型濾光器。 4 4檢測器檢測器: :檢測器的作用是把紅外光信號變成電信號。由檢測器的作用是把紅外光信號變成電信號。由于進入檢測器的紅外光信號很弱，因此，一般檢測器需要于進入檢測器的紅外光信號很弱，因此，一般檢測器需要具備以下條件：靈敏的紅外光接收面；對紅外光沒有具備以下條件：靈敏的紅外光接收面；對紅外光沒有選擇吸收；熱靈敏度高；熱容量低；響應(yīng)快；因選擇吸收；熱靈敏度高；熱容量低；響應(yīng)快；因電子的熱振動產(chǎn)生的噪音小。常用的紅外光檢測器有以下電子的熱振動產(chǎn)生的噪音小。常用的紅外光檢測器有以下幾種：熱電偶，測熱輻射計，高萊槽，熱釋電檢測器和光幾種：熱電偶，測

36、熱輻射計，高萊槽，熱釋電檢測器和光電導(dǎo)檢測器。電導(dǎo)檢測器。 5 5放大器和記錄系統(tǒng)放大器和記錄系統(tǒng): :由于檢測器產(chǎn)生的信號很微小，因由于檢測器產(chǎn)生的信號很微小，因此，必須將信號放大，才能用機械系統(tǒng)記錄成紅外光譜。此，必須將信號放大，才能用機械系統(tǒng)記錄成紅外光譜。三、紅外分光光度計的操作性能及影響因素三、紅外分光光度計的操作性能及影響因素1 1分辨率分辨率 分辨率是儀器的重要性能之一，它表示儀器分開分辨率是儀器的重要性能之一，它表示儀器分開相鄰光譜波數(shù)（或波長）的能力。普通紅外分光光度相鄰光譜波數(shù)（或波長）的能力。普通紅外分光光度計的分辨率至少應(yīng)為計的分辨率至少應(yīng)為2 2cm-1cm-1或或1

37、 1cm-1cm-1，更精密的儀器，更精密的儀器，如付里葉變換光譜儀的分辨率可達到如付里葉變換光譜儀的分辨率可達到0.10.1cm-1cm-1，甚至甚至更小。更小。 紅外分光光度計測量分辨率主要決定于狹縫的寬紅外分光光度計測量分辨率主要決定于狹縫的寬度，光譜狹縫寬度愈小，儀器的分辨率愈好。所以為度，光譜狹縫寬度愈小，儀器的分辨率愈好。所以為提高儀器的分辨率，應(yīng)盡可能使狹縫的寬度小。提高儀器的分辨率，應(yīng)盡可能使狹縫的寬度小。5.2 5.2 紅外分光光度計紅外分光光度計 圖圖4-164-16是聚苯乙烯膜是聚苯乙烯膜C CH H伸縮振動吸收區(qū)分辨率伸縮振動吸收區(qū)分辨率與狹縫寬度的關(guān)系。由于狹縫寬不僅

38、分辨率降低，而與狹縫寬度的關(guān)系。由于狹縫寬不僅分辨率降低，而且譜帶形狀和強度也發(fā)生變化。且譜帶形狀和強度也發(fā)生變化。5.2 5.2 紅外分光光度計紅外分光光度計 2 2測量準確度測量準確度 儀器記錄中指示樣品真實透過度的準確程度是質(zhì)儀器記錄中指示樣品真實透過度的準確程度是質(zhì)量的又一重要參數(shù)，它直接影響定量分析的結(jié)果，影量的又一重要參數(shù)，它直接影響定量分析的結(jié)果，影響測量準確度的因素除儀器本身的光學(xué)因素外，還有：響測量準確度的因素除儀器本身的光學(xué)因素外，還有：（1 1）噪音：噪音過大，吸收譜帶最大強度會因）噪音：噪音過大，吸收譜帶最大強度會因“顫顫動動”而增大，減低記錄筆的速度可以緩和噪音顫動。

39、而增大，減低記錄筆的速度可以緩和噪音顫動。（2 2）雜散光的干擾。雜散光嚴重時將使吸收帶向短）雜散光的干擾。雜散光嚴重時將使吸收帶向短波長（高波數(shù)）方向移動，并使吸收強度降低。雜散波長（高波數(shù)）方向移動，并使吸收強度降低。雜散光對定性和定量分析都是不利的。（光對定性和定量分析都是不利的。（3 3）儀器的動態(tài)）儀器的動態(tài)響應(yīng)：決定動態(tài)響應(yīng)的主要因素是光度計的增益大小，響應(yīng)：決定動態(tài)響應(yīng)的主要因素是光度計的增益大小，增益太大，記錄筆發(fā)生諧振，在吸收帶產(chǎn)生許多增益太大，記錄筆發(fā)生諧振，在吸收帶產(chǎn)生許多“毛毛刺刺”；增益太小，又記錄不出弱的吸收帶，從而不能；增益太小，又記錄不出弱的吸收帶，從而不能完全

40、反映樣品的真實結(jié)構(gòu)情況，所以增益必須選擇合完全反映樣品的真實結(jié)構(gòu)情況，所以增益必須選擇合適。適。5.2 5.2 紅外分光光度計紅外分光光度計 3 3掃描速度掃描速度 較精確的紅外分光光度計都可以連續(xù)改變或分檔較精確的紅外分光光度計都可以連續(xù)改變或分檔改變掃描速度，最快的最慢擋之間的進度差可達數(shù)百改變掃描速度，最快的最慢擋之間的進度差可達數(shù)百倍。一般紅外分光光度計作倍。一般紅外分光光度計作40004000400400cmcm1 1 全程掃描全程掃描時約時約1515minmin即可。即可。4 4波數(shù)校正波數(shù)校正 波數(shù)的準確度對作物質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析是最重要的參波數(shù)的準確度對作物質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析是最重要的參數(shù)

41、。引起儀器波數(shù)讀數(shù)產(chǎn)生誤差的原因很多，有儀器數(shù)。引起儀器波數(shù)讀數(shù)產(chǎn)生誤差的原因很多，有儀器的原因，如單色器各元件（尤其是棱鏡）的溫度變化，的原因，如單色器各元件（尤其是棱鏡）的溫度變化，各部件位置的移動以及電子系統(tǒng)的特性變化都會引起各部件位置的移動以及電子系統(tǒng)的特性變化都會引起波數(shù)位置的顯著位移。另一引起誤差的原因是人為的，波數(shù)位置的顯著位移。另一引起誤差的原因是人為的，如記錄紙放置的位置是否正確，空氣濕度引起記錄紙如記錄紙放置的位置是否正確，空氣濕度引起記錄紙的伸縮也會造成誤差。由于記錄紙已印好坐標（波數(shù)）的伸縮也會造成誤差。由于記錄紙已印好坐標（波數(shù)）對分批購得的記錄紙，都應(yīng)作坐標的校正。

42、對分批購得的記錄紙，都應(yīng)作坐標的校正。5.2 5.2 紅外分光光度計紅外分光光度計5.3 5.3 紅外光譜的基本分析方法紅外光譜的基本分析方法一、紅外光譜實驗技術(shù)一、紅外光譜實驗技術(shù) 固體物質(zhì)大都以單晶、多晶體粉末或無定形狀固體物質(zhì)大都以單晶、多晶體粉末或無定形狀態(tài)存在，一個固體物質(zhì)能否用紅外法來研究，往往取態(tài)存在，一個固體物質(zhì)能否用紅外法來研究，往往取決于有無合適的樣品制備方法?，F(xiàn)在制備固體樣品常決于有無合適的樣品制備方法?，F(xiàn)在制備固體樣品常用的方法有粉末法、糊狀法、壓片法、薄膜法、熱裂用的方法有粉末法、糊狀法、壓片法、薄膜法、熱裂解法等多種技術(shù)，尤其前面三種用得最多，現(xiàn)分別介解法等多種技術(shù)

43、，尤其前面三種用得最多，現(xiàn)分別介紹如下：紹如下：5.3 5.3 紅外光譜的基本分析方法紅外光譜的基本分析方法1 1粉末法粉末法 這種方法這種方法是把固體樣品研磨至是把固體樣品研磨至2 2umum左右的細粉左右的細粉，懸浮在易揮發(fā)的液體中，移至鹽窗上，待溶劑揮發(fā)后懸浮在易揮發(fā)的液體中，移至鹽窗上，待溶劑揮發(fā)后即形成一均勻薄層。即形成一均勻薄層。 當(dāng)紅外光照射在樣品上時，粉末粒子會產(chǎn)生當(dāng)紅外光照射在樣品上時，粉末粒子會產(chǎn)生散射散射，較大的顆粒會使入射光發(fā)生較大的顆粒會使入射光發(fā)生反射反射，這種雜亂無章的反，這種雜亂無章的反射降低了樣品光束到達檢測器上的能量，使射降低了樣品光束到達檢測器上的能量，使

44、譜圖的基譜圖的基線抬高線抬高。散射現(xiàn)象在短波長區(qū)表現(xiàn)尤為嚴重，有時甚。散射現(xiàn)象在短波長區(qū)表現(xiàn)尤為嚴重，有時甚至可以使該區(qū)無吸收譜帶出現(xiàn)。所以為了減少散射現(xiàn)至可以使該區(qū)無吸收譜帶出現(xiàn)。所以為了減少散射現(xiàn)象，就必須把樣品研磨至直徑小于入射光的波長，即象，就必須把樣品研磨至直徑小于入射光的波長，即必須磨至直徑在必須磨至直徑在2 2umum以下（因為中紅外光波波長是從以下（因為中紅外光波波長是從2 2umum起始）。即使如此也還不能完全避免散射現(xiàn)象。起始）。即使如此也還不能完全避免散射現(xiàn)象。5.3 5.3 紅外光譜的基本分析方法紅外光譜的基本分析方法 2懸浮法（糊狀法）懸浮法（糊狀法）: 顆粒直徑小于

45、顆粒直徑小于2 2umum的粉末懸浮在吸收很低的糊劑中。的粉末懸浮在吸收很低的糊劑中。石蠟油一種精制過的長鏈烷烴，不含芳烴、烯烴和其它雜石蠟油一種精制過的長鏈烷烴，不含芳烴、烯烴和其它雜質(zhì)，粘度大、折射率高，它本身的紅外譜帶較簡單，只有質(zhì)，粘度大、折射率高，它本身的紅外譜帶較簡單，只有四個吸收光譜帶，即四個吸收光譜帶，即3000300028502850cmcm1 1的飽和的飽和C CH H伸縮振動伸縮振動吸收，吸收，14681468cm cm -1-1和和13791379cm cm -1-1 C CH H彎曲振動吸收以及彎曲振動吸收以及720720cm cm -1-1處的處的CHCH2 2平面

46、搖擺振動弱吸收。平面搖擺振動弱吸收。假如被測定物含飽和假如被測定物含飽和C CH H鍵，則不宜用液體石蠟作懸浮液，可以改用六氟二烯代替鍵，則不宜用液體石蠟作懸浮液，可以改用六氟二烯代替石蠟作糊劑。對于大多數(shù)固體試樣，都可以使用糊狀法來石蠟作糊劑。對于大多數(shù)固體試樣，都可以使用糊狀法來測定它們的紅外光譜，如果樣品在研磨過程中發(fā)生分解，測定它們的紅外光譜，如果樣品在研磨過程中發(fā)生分解，則不宜用糊狀法。糊狀法不能用來作定量的工作，因為液則不宜用糊狀法。糊狀法不能用來作定量的工作，因為液體槽的厚度難以掌握。光的散射也不易控制。有時為了避體槽的厚度難以掌握。光的散射也不易控制。有時為了避免樣品的分解，在

47、研磨時就加入液體石蠟等懸浮劑。免樣品的分解，在研磨時就加入液體石蠟等懸浮劑。5.3 5.3 紅外光譜的基本分析方法紅外光譜的基本分析方法 3 3鹵化物壓片法鹵化物壓片法 壓片法也叫堿金屬鹵化物錠劑法。由于堿金屬鹵化物壓片法也叫堿金屬鹵化物錠劑法。由于堿金屬鹵化物（如（如KCIKCI、KBrKBr、KIKI以及以及CsICsI等）加壓后變成可塑物，并在中等）加壓后變成可塑物，并在中紅外區(qū)完全透明，因而被廣泛用于固體樣品的制備。紅外區(qū)完全透明，因而被廣泛用于固體樣品的制備。 一般一般將固體樣品將固體樣品 l l3.8mg3.8mg放在瑪瑙研缽中，加放在瑪瑙研缽中，加 100 100300.300.

48、mgmg的的KBrKBr或或KClKCl，混合研磨均勻，使其粒度達到混合研磨均勻，使其粒度達到 2.5 2.5umum以下。將以下。將磨好的混合物小心倒入壓模中，加壓成型，就可得到厚約磨好的混合物小心倒入壓模中，加壓成型，就可得到厚約0.80.8mmmm的透明薄片。的透明薄片。 KBrKBr的吸濕性較強，即使在紅外燈烘烤下或在干燥箱中的吸濕性較強，即使在紅外燈烘烤下或在干燥箱中研磨，也不可避免地會吸收空氣中的游離水。為了除去游研磨，也不可避免地會吸收空氣中的游離水。為了除去游離水的干擾。常在相同條件下制備另一個純離水的干擾。常在相同條件下制備另一個純KBrKBr透明薄片，透明薄片，作為補償，放

49、在參比光路中。作為補償，放在參比光路中。 5.3 5.3 紅外光譜的基本分析方法紅外光譜的基本分析方法 壓片法的優(yōu)點：壓片法的優(yōu)點： 沒有溶劑和糊劑的干擾，能一次完整地獲得樣品的紅沒有溶劑和糊劑的干擾，能一次完整地獲得樣品的紅外吸收光譜。外吸收光譜。 可以通過減小樣品的粒度來減少雜散光。從而獲得尖可以通過減小樣品的粒度來減少雜散光。從而獲得尖銳的吸收帶。銳的吸收帶。 只要樣品能變成細粉，并且加壓下不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，只要樣品能變成細粉，并且加壓下不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，都可用壓片法進行測試。都可用壓片法進行測試。 由于薄片的厚度和樣品的濃度可以精確控制，因而可由于薄片的厚度和樣品的濃度可以精確控制，因而可

50、用于定量分析。用于定量分析。 壓成的薄片便于保存。壓成的薄片便于保存。值得注意的是：值得注意的是：壓片法對樣品中的水分要求嚴格，因為，樣壓片法對樣品中的水分要求嚴格，因為，樣品含水不僅影響薄片的透明度，而且影響對化合物的判定。品含水不僅影響薄片的透明度，而且影響對化合物的判定。因此，要盡量采用加熱、冷凍或其它有效方法除水。樣品粉因此，要盡量采用加熱、冷凍或其它有效方法除水。樣品粉末的粒度對吸光度有影響，粒度越小，吸光度越大。因此，末的粒度對吸光度有影響，粒度越小，吸光度越大。因此，特別是做定量分析時，要求樣品粉末有均一的分散性和盡可特別是做定量分析時，要求樣品粉末有均一的分散性和盡可能小的粒度

51、。能小的粒度。5.3 5.3 紅外光譜的基本分析方法紅外光譜的基本分析方法 4薄膜法薄膜法 是紅外光譜實驗技術(shù)中常用的另一種固體制樣是紅外光譜實驗技術(shù)中常用的另一種固體制樣方法，根據(jù)樣品的物理性質(zhì)，而有不同的制備薄方法，根據(jù)樣品的物理性質(zhì)，而有不同的制備薄膜的方法。膜的方法。（1 1）剝離薄片）剝離薄片 有些礦物如云母類是以薄層狀存在，小有些礦物如云母類是以薄層狀存在，小心剝離出厚度適當(dāng)?shù)谋∑ㄐ膭冸x出厚度適當(dāng)?shù)谋∑?010150150umum），），即可直即可直接用于紅外光譜的測繪。有機高分子材料常常制接用于紅外光譜的測繪。有機高分子材料常常制成薄膜，作紅外光譜測定時只需直接取用。成薄膜，

52、作紅外光譜測定時只需直接取用。（2 2）熔融法）熔融法 對于一些熔點較低，熔融時不發(fā)生分解、升對于一些熔點較低，熔融時不發(fā)生分解、升華和其它化學(xué)、物理變化的物質(zhì)，例如低熔點的華和其它化學(xué)、物理變化的物質(zhì)，例如低熔點的蠟、瀝青等，只需把少許樣品放在鹽窗上，用電蠟、瀝青等，只需把少許樣品放在鹽窗上，用電爐或紅外燈加熱樣品，待其熔化后直接壓制成薄爐或紅外燈加熱樣品，待其熔化后直接壓制成薄膜。膜。5.3 5.3 紅外光譜的基本分析方法紅外光譜的基本分析方法 （3 3）溶液法）溶液法這一方法的實質(zhì)是將樣品懸浮在沸點低、這一方法的實質(zhì)是將樣品懸浮在沸點低、對樣品的溶解度大的溶劑中，使樣品完全溶解，但對樣品

53、的溶解度大的溶劑中，使樣品完全溶解，但不與樣品發(fā)生化學(xué)變化，將溶液滴在鹽片上，在室不與樣品發(fā)生化學(xué)變化，將溶液滴在鹽片上，在室溫下待溶液揮發(fā)，再用紅外燈烘烤，以除去殘留溶溫下待溶液揮發(fā)，再用紅外燈烘烤，以除去殘留溶劑，這時就得到了薄膜，常用的溶劑有苯、丙酮劑，這時就得到了薄膜，常用的溶劑有苯、丙酮等。5.3 5.3 紅外光譜的基本分析方法紅外光譜的基本分析方法 5、制樣方法對紅外光譜圖質(zhì)量的影響、制樣方法對紅外光譜圖質(zhì)量的影響 在測繪紅外光譜圖時，在測繪紅外光譜圖時，樣品制備的方法和技術(shù)是個關(guān)樣品制備的方法和技術(shù)是個關(guān)鍵問題，鍵問題，如果樣品處理不恰當(dāng)，制備方法不嚴格，那末，如果樣品處理不恰當(dāng)

54、，制備方法不嚴格，那末，即使儀器的性能好，操作技術(shù)熟練，也得不到滿意的紅外即使儀器的性能好，操作技術(shù)熟練，也得不到滿意的紅外光譜圖，這對于固體樣品尤為重要。以下幾點是在制備樣光譜圖，這對于固體樣品尤為重要。以下幾點是在制備樣品時必須注意的。品時必須注意的。（1 1）樣品的濃度和厚度樣品的濃度和厚度 在作一般定性的工作時，樣品的厚度均選擇在在作一般定性的工作時，樣品的厚度均選擇在10103030umum之間，如樣品制得過薄或濃度過低之間，如樣品制得過薄或濃度過低（圖（圖4-174-17B B） ，常常使弱的甚至中等強度的吸收譜帶顯示不出來，只呈現(xiàn)常常使弱的甚至中等強度的吸收譜帶顯示不出來，只呈現(xiàn)

55、模糊的輪廓，從而失去了譜圖的特征。模糊的輪廓，從而失去了譜圖的特征。 如果樣品太厚或過濃，會使許多主要吸收譜帶超如果樣品太厚或過濃，會使許多主要吸收譜帶超出標尺刻度，彼此連成一片，看不出準確的波數(shù)位置和精出標尺刻度，彼此連成一片，看不出準確的波數(shù)位置和精細結(jié)構(gòu)。細結(jié)構(gòu)。圖（圖（4-17 4-17 A A ）中就是樣品太厚的譜。為了得到中就是樣品太厚的譜。為了得到一張完整的紅外光譜圖往往需要采用多種厚度的樣品。一張完整的紅外光譜圖往往需要采用多種厚度的樣品。 （2 2）樣品中不應(yīng)含有游離水樣品中不應(yīng)含有游離水，水的存在不但干擾試樣，水的存在不但干擾試樣的吸收譜面貌，而且會腐蝕吸收槽窗。同時也要注

56、意光的吸收譜面貌，而且會腐蝕吸收槽窗。同時也要注意光路中不應(yīng)有路中不應(yīng)有COCO2 2，它也會干擾吸收譜的形態(tài)。它也會干擾吸收譜的形態(tài)。 （3 3）對于多組分的試樣，在進行紅外光譜測繪前）對于多組分的試樣，在進行紅外光譜測繪前應(yīng)盡應(yīng)盡可能將組分分離可能將組分分離（可以有多種方法，如化學(xué)萃取、選擇（可以有多種方法，如化學(xué)萃取、選擇性溶解、氣相色譜、重結(jié)晶等），否則譜帶重疊，以致性溶解、氣相色譜、重結(jié)晶等），否則譜帶重疊，以致無法解釋譜圖。無法解釋譜圖。（4 4）樣品表面反射的影響）樣品表面反射的影響 對于一般物質(zhì)，因表面反射而引起的能量損失約為對于一般物質(zhì)，因表面反射而引起的能量損失約為百分之幾

57、，但是在強的吸收譜帶附近，因表面反射引起百分之幾，但是在強的吸收譜帶附近，因表面反射引起的能量損失，可高達的能量損失，可高達1515以上。以上。5.3 5.3 紅外光譜的基本分析方法紅外光譜的基本分析方法5.3 5.3 紅外光譜的基本分析方法紅外光譜的基本分析方法二、定性分析二、定性分析 用紅外光譜對礦物進行定性分析可以包括兩個用紅外光譜對礦物進行定性分析可以包括兩個內(nèi)容，一是鑒定它究竟屬何種物質(zhì)，是否含有其它內(nèi)容，一是鑒定它究竟屬何種物質(zhì)，是否含有其它雜質(zhì)；二是可以進一步確定它的結(jié)構(gòu)并作較深入的雜質(zhì)；二是可以進一步確定它的結(jié)構(gòu)并作較深入的分析，和其它譜儀的分析一樣，在作紅外光譜的定分析，和其

58、它譜儀的分析一樣，在作紅外光譜的定性分析時，也常?？梢越梃b已有標準圖譜和數(shù)據(jù)來性分析時，也常?？梢越梃b已有標準圖譜和數(shù)據(jù)來確定未知礦物。確定未知礦物。 1 1定性分析的一般方法定性分析的一般方法 （1 1）分析譜帶的特征）分析譜帶的特征 對已得到的質(zhì)量較好的譜圖，首先分析所有的對已得到的質(zhì)量較好的譜圖，首先分析所有的譜帶數(shù)目，各譜帶的位置和相對強度。不必如鑒定譜帶數(shù)目，各譜帶的位置和相對強度。不必如鑒定有機化合物那樣把譜帶劃分成若干個區(qū)，因為無機有機化合物那樣把譜帶劃分成若干個區(qū)，因為無機物陰離子團的振動絕大多數(shù)在物陰離子團的振動絕大多數(shù)在1500 1500 cmcm-1-1以下。但是以下。但

59、是要注意高頻率振動區(qū)是否有要注意高頻率振動區(qū)是否有OHOH一一或或H H2 2O O的存在，以確的存在，以確定礦物是否含水（但是要注意吸附水）。然后再依定礦物是否含水（但是要注意吸附水）。然后再依次確定每一個譜帶的位置及相對強度。最先應(yīng)注意次確定每一個譜帶的位置及相對強度。最先應(yīng)注意最強的吸收譜帶的位置，而后可以用以下方法中任最強的吸收譜帶的位置，而后可以用以下方法中任一種來進行分析。一種來進行分析。 5.3 5.3 紅外光譜的基本分析方法紅外光譜的基本分析方法 （2 2）對已知物的驗證）對已知物的驗證 為合成某種礦物，需知它的合成純度時，可為合成某種礦物，需知它的合成純度時，可以取另一標準礦

60、物分別做紅外光譜加以比較或借助以取另一標準礦物分別做紅外光譜加以比較或借助于已有的標準紅外譜圖或資料卡查對。假如除了已于已有的標準紅外譜圖或資料卡查對。假如除了已對的譜帶外，還存在其它的譜帶，則表明其中尚有對的譜帶外，還存在其它的譜帶，則表明其中尚有雜質(zhì)，或未反應(yīng)完全的原料化合物或反應(yīng)的中間物。雜質(zhì)，或未反應(yīng)完全的原料化合物或反應(yīng)的中間物。這時還可以進一步把標準物放在參比光路中，與待這時還可以進一步把標準物放在參比光路中，與待分析試樣同時測定，就得到了其它物質(zhì)的光譜圖，分析試樣同時測定，就得到了其它物質(zhì)的光譜圖，可以確定雜質(zhì)屬于何種物質(zhì)?？梢源_定雜質(zhì)屬于何種物質(zhì)。 5.3 5.3 紅外光譜的基