红外吸收光谱法

第10章  红外吸收光谱法

§10-1
引
言

一、红外光区的划分及主要应用
红外光谱在可见光区和微波光区之间，其波数范围约为12 800~10cm-1（0.75~1 000μm）。根据仪器及应用不同，习惯上又将红外光区分为三个区：近红外光区；中红外光区；远红外光区。每一个光区的大致范围及主要应用如表10-1所示。

表10-1
红外光谱区的划分及主要应用

范围	波长范围 λ/μm	波数范围 σ/cm-1	测定 类型	分析类型              试样类型
近红外	0.78~2.5	12800~4000	漫反射 吸收	定量分析   蛋白质、水分、淀粉、油、类脂、农产品中的纤维素等 定量分析   气体混合物
中红外	2.5~50	4000~200	吸收 反射 发射	定性分析 纯气体，液体或固体物质 定量分析   复杂的气体，液体或固体混合物 与色谱联用  复杂的气体，液体或固体混合物 定性分析   纯固体或液体混合物            大气试样
远红外	50~1 000	200~10	吸收	定性分析   纯无机或金属有机化合物

近红外光区  它处于可见光区到中红外光区之间。因为该光区的吸收带主要是由低能电子跃迁、含氢原子团（如O—H、N—H、C—H）伸缩振动的倍频及组合频吸收产生，摩尔吸收系数较低，检测限大约为0.1%。近红外辐射最重要的用途是对某些物质进行例行的定量分析。基于O—H伸缩振动的第一泛音吸收带出现在7 100cm-1（1.4μm），可以测定各种试样中的水，如：甘油、肼、有机膜及发烟硝酸等，可以定量测定酚、醇、有机酸等。基于羰基伸缩振动的第一泛音吸收带出现在3 300~3 600 cm-1（2.8~3.0μm），可以测定酯、酮和羧酸。它的测量准确度及精密度与紫外、可见吸收光谱相当。另外，基于漫反射测定未处理的固体和液体试样，或者通过吸收测定气体试样。
中红外光区  绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现在中红外光区。由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行定性分析。在20世纪80年代以后，随着红外光谱仪由光栅色散转变成干涉分光以来，明显地改善了红外光谱仪的信噪比和检测限，使中红外光谱的测定由基于吸收对有机物及生物质的定性分析及结构分析，逐渐开始通过吸收和发射中红外光谱对复杂试样进行定量分析。随着傅里叶变换技术的出现，该光谱区的应用也开始用于表面的显微分析，通过衰减全发射、漫反射以及光声测定法等对固体试样进行分析。由于中红外吸收光谱（mid-infrared absorption spectrum，IR），特别是在4000~670cm-1（2.5~15μm）范围内，最为成熟、简单，而且目前已积累了该区大量的数据资料，因此它是红外光区应用最为广泛的光谱方法，通常简称为红外吸收光谱法。它是本章介绍的主要内容。
远红外光区
金属-有机键的吸收频率主要取决于金属原子和有机基团的类型。由于参与金属-配位体振动的原子质量比较大或由于振动力常数比较低，使金属原子与无机及有机配体之间的伸缩振动和弯曲振动的吸收出现在<200 cm-1的波长范围，故该区特别适合研究无机化合物。对无机固体物质可提供晶格能及半导体材料的跃迁能量。对仅由轻原子组成的分子，如果它们的骨架弯曲模式除氢原子外还包含有两个以上的其它原子，其振动吸收也出现在该区，如苯的衍生.........

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