1、紅外光譜組員： 目錄紅外光譜概述紅外光譜概述紅外光譜儀紅外光譜儀紅外光譜儀的應用紅外光譜儀的應用紅外光譜概述紅外光是一種波長大于可見光的電磁波，光區位于可見光區和微波區之間，波長范圍為0.751000m。近紅外0.752.5m遠紅外251000m中紅外2.525m紅外光譜概述利用物質的分子對紅外輻射的吸收，并由其振動或轉動引起偶極矩的凈變化，產生分子振動能級和轉動能級從基態到激發態的躍遷，得到分子振動能級和轉動能級變化產生的振動-轉動光譜，又稱紅外光譜。定義縱坐標為吸收強度，透過率（T %）或吸光度（A）橫坐標為吸收峰的位置。用波長 （ m ）或波數單位：cm-1可以用峰數，峰位，峰形，峰強來

2、描述。紅外光譜的表示方法紅外光譜圖透過率T=I/I0100% A=lgI0/I=lg（1/T)波數 =1/ 紅外光的頻率與分子振動頻率相當，能滿足分子振動能級躍遷所需的能量。紅外光譜紅外光譜的產生的產生振動過程中必須是能引起分子偶極矩變化的分子紅外吸收。紅外光譜的產生紅外光譜的產生分子振動分子振動 可以近似地看做是分子中的原子以平衡點為中心，以很小的振幅做周期性的振動。這種分子振動的模型可以用經典的方法來模擬：雙原子分子振動雙原子分子振動分子振動方程式分子振動方程式根據量子力學理論，分子的振動能不能任意取值，而根據量子力學理論，分子的振動能不能任意取值，而是量子化的，結合經典力學方程可解諧振子

3、體系的薛是量子化的，結合經典力學方程可解諧振子體系的薛定諤方程得：定諤方程得： E振振=（V+1/2）h ： 化學鍵的化學鍵的 振動頻率；振動頻率；V ：振動量子數。振動量子數。 （V=0，1，2，）任意兩個相鄰的能級間的能量差為任意兩個相鄰的能級間的能量差為：kkckhhE13072112 為雙原子的為雙原子的折合質量折合質量 =m1m2/（m1+m2），單位為，單位為amu，折合質量折合質量：兩振動原子只要有一個的質量兩振動原子只要有一個的質量，（），發生振動能級躍遷發生振動能級躍遷需要能量的大小取需要能量的大小取決于鍵兩端原子的決于鍵兩端原子的折合質量折合質量和和鍵的力鍵的力常數常數，即

4、，即取決于分取決于分子的結構特征。子的結構特征。K化學鍵的力常數（化學鍵的力常數（N/cm），與），與鍵能和鍵長鍵能和鍵長有關，有關，鍵能鍵能（大），鍵長（大），鍵長（短），（短），k k。 多原子分子振動多原子分子振動l 絕大多數分子是由多原子構成的，其振動方式非常復雜，可以將其分解成簡單的簡正振動。l 簡正振動的振動狀態是分子質心保持不變，每個原子都在其平衡位置附近做簡諧振動，其振動頻率和相位都相同。1) 伸縮振動伸縮振動 原子沿鍵軸方向伸長和收縮的振動，鍵長周期性發生變化而鍵角不變稱為伸縮振動（用表示）。 對稱伸縮振動（對稱伸縮振動（s）:原子振動時所有鍵都同時伸長或收縮原子振動時所有鍵

5、都同時伸長或收縮; 不對稱伸縮振動（不對稱伸縮振動（as）:原子振動時有些鍵伸長而另一些鍵收縮。原子振動時有些鍵伸長而另一些鍵收縮。2) 變形振動（又稱彎曲振動或變角振動變形振動（又稱彎曲振動或變角振動） 原子與鍵軸成垂直方向振動，鍵角發生周期變化而鍵長不原子與鍵軸成垂直方向振動，鍵角發生周期變化而鍵長不變的振動稱為變形振動，用符號變的振動稱為變形振動，用符號表示。表示。 紅外光譜儀兩種類型： 色散型 干涉型（傅里葉變換紅外光譜儀）工作原理工作原理傅里葉變換紅外光譜儀傅里葉變換紅外光譜學基本原理l 單色光干涉圖和基本方程（a）零光程差時（b）光程差為半個波長時（c）光程差為一個波長時單色光通過

6、理想的干涉儀得到的干涉圖 方程如下：）2cos()(5 . 0)(II)(I其中 干涉光的強度 單色光源的強度 波數 光程差)(I)(I檢測器檢測到的光強 如下：2cos(1)(5 . 0)(）II)(I事實上，干涉圖不只與單色光光強有關，還受其它多種因素的影響，如分束器的效率、檢測器的響應和放大器的特性等。將干涉方程式乘以一個有關的因子 如下：)2cos()()(5 . 0)(IHI)2cos()()(BI)(H儀器經特性修正后的單色光光源強度 的cosine傅里葉變換)(Bl 二色光干涉圖和基本方程強度相等的兩單色光波長分別為1和2，假設101=92兩單色光強度不同時，點M處的光強不為零二

7、色光干涉圖方程和單色光相同)2cos()()(BI其干涉圖強度等于二者強度的疊加對于連續光源，干涉圖方程如下：d)2cos()()(-BI為了得到紅外光譜圖對上式進行傅里葉逆變換d)2cos()()(IB兩式是cosine傅里葉變換對，是傅里葉變換光譜學基本方程l 多色光和連續光源的干涉圖基本方程主要儀器部件 要求：能發出穩定、能量強、發射度小的具有連續波長的紅外光。 光源是FTIR光譜儀的關鍵部件之一，紅外輻射能量的高低直接影響檢測的靈敏度。光源 目前使用的中紅外光源有碳硅棒光源和陶瓷光源，均可覆蓋整個中紅外波段。工作原理圖光程差為零時，相長干涉光程差為1/2時，相消干涉光程差為時，相長干涉

8、邁克爾遜干涉儀光路基本原理邁克爾遜干涉儀光路基本原理干涉儀l 干涉儀中采用動態準直措施調整定鏡以保證兩鏡面完全垂直。如圖。l動鏡固定在空氣軸承支架上，通入空氣時，軸承處于懸浮狀態。在電磁驅動下，動鏡在空氣軸承上移動，并與定鏡保持垂直。1、空氣軸承干涉儀、空氣軸承干涉儀2、角鏡型邁克爾遜干涉儀、角鏡型邁克爾遜干涉儀l邁克爾遜干涉儀的變形，定鏡和動鏡均采用角鏡。l由于動鏡在機械軸承上移動的距離不能太長，因而光譜的分辨率也受到一定的限制。只能達到0.5cm-1左右。l 采用立體角鏡的干涉儀，即使在動鏡擺動時，立體角鏡沿軸方向發生較小的偏移，仍然保證入射光線和出射光線絕對平行。l故采用立體角鏡的干涉儀

9、，儀器的抗干擾能力增強。干涉儀工作時不需要對定鏡進行動態準直。檢測器l 作用是檢測紅外干涉光通過紅外樣品后的能量。要求：l 高的檢測靈敏度l 低噪聲l 響應速度快l 有較寬的測量范圍中紅外光譜儀使用的檢測器主要有兩種l DTGS檢測器l MCT檢測器DTGSDTGS檢測器檢測器l 由氘代硫酸三苷肽（DTGS）晶體薄片制成，越薄靈敏度越高。l薄片兩面引出有兩個電極通至前置放大器，晶體在紅外干涉光的照射下產生極微弱的信號，經前置放大器放大并進行模數轉換后送給計算機進行傅里葉轉換。MCTMCT檢測器檢測器l 由寬頻帶的半導體碲化鎘和半金屬化合物碲化汞混合制成，改變混合物成分的比例，可獲得不同測量范圍

10、和檢測靈敏度的檢測器。l 同DTGS檢測器相比， 優勢：靈敏度高、噪聲小、響應速度快 劣勢：檢測范圍窄、需在液氮溫度下工作傅里葉變換紅外光譜儀附件傅里葉變換紅外光譜儀附件l 紅外顯微鏡附件l 氣紅聯用（GC/FTIR）附件l 衰減全反射（ATR）附件l 傅里葉變換拉曼光譜附件l 漫反射附件l 光聲光譜附件傅里葉變換紅外光譜儀的特點：（1）掃描速度極快掃描速度極快 傅里葉變換儀器在掃描時間內同時測定所有頻率的信息，一般只要1s左右即可。因此，它可用于測定不穩定物質的紅外光譜。（2）具有很高的分辨率具有很高的分辨率 傅里葉變換紅外光譜儀分辨率最高可達0.1-0.005cm-1（3 3）靈敏度高）靈

11、敏度高 因傅里葉變換紅外光譜儀不用狹縫和單色器，反射鏡面又大，故能量損失小，到達檢測器的能量大，可檢測10-8g數量級的樣品。紅外光譜的應用l 紅外光譜的應用面非常廣泛，在地質勘探、石油石化工業、紡織日化工業、農業、食品、生物學和生化、材料、環境和能源科技等許多領域都有其用武之地。例如， 在石油工業中，可利用紅外光譜定性定量研究地質中有機質的成熟度；在石油化工中，可對汽油辛烷值和柴油十六烷值進行預測； 在生物、醫藥學中，可以研究蛋白質、核酸等生物大分子的結構；研究細胞和組織等復雜體系，進行腫瘤早期診斷和其他多種疾病的臨床醫學輔助診斷；分析確定藥物化學結構和藥物鑒定等。實例實例l 儀器： WQF

12、-660型傅里葉變換紅外光譜儀 碲化鎘MCT檢測器 衰減全反射(ATR)探頭l 病例標本 16例甲狀腺癌患者手術中獲取的頸部淋巴結（病理檢測發現各有微轉移淋巴結一枚），同時取微轉移淋巴結同區域內的非轉移淋巴結作為對照甲狀腺癌微轉移淋巴結的紅外光譜檢測甲狀腺癌微轉移淋巴結的紅外光譜檢測結果與討論結果與討論在甲狀腺淋巴結的紅外光譜中可觀察到在甲狀腺淋巴結的紅外光譜中可觀察到13個譜帶個譜帶非轉移與微轉移淋巴結的平均光譜對比圖非轉移與微轉移淋巴結的平均光譜對比圖a-微轉移淋巴結紅外譜b-非轉移淋巴結紅外譜 蛋白質譜峰的變化蛋白質譜峰的變化 1460 cm-1處的譜峰因其穩定的特性一直被作為內參，用于

13、計算其余譜帶的相對峰強。 譜峰與譜帶的變化譜峰與譜帶的變化與脂類相關的譜帶變化與脂類相關的譜帶變化與糖類相關的譜帶變化與糖類相關的譜帶變化與核酸相關的譜帶變化與核酸相關的譜帶變化討論討論甲狀腺乳頭癌發生淋巴結微轉移時， 大量免疫細胞增殖蛋白相關峰相對峰高 腫瘤細胞核分裂活動活躍核酸譜峰 邊緣竇內組織細胞反應性增生核酸譜峰 免疫活性細胞呼吸爆發糖脂代謝 ，譜峰 結論結論 FTIR能檢測出甲狀腺癌的微轉移淋巴結，因此有可能用于甲狀腺癌患者的精準手術治療，并提高其遠期療效。 The end, thank you!1、什么是紅外光譜？紅外光譜產生的條件是什么？l 紅外光譜是利用物質分子對紅外輻射的吸收，并由其振動或轉動引起偶極矩的凈變化，產生分子振動能級和轉動能級從基態到激發態的躍遷，得到分子振動能級和轉動能級變化產生的振動-轉動光譜。（4）l 產生條件（6）（1）紅外光的頻率與分子振動頻率相當，才能滿足分子振動能級躍遷所需的能量，產生吸收光譜。（2）振動過程中必須是能引起分子偶極矩變化的分子才能產生紅外吸收光譜。題目2、簡要說明傅里葉變換紅外光