1、紅外光譜分析儀基礎知識前言1第一章 紅外光譜法及相關儀器3一. 紅外光譜概述31. 紅外光區的劃分32. 紅外光譜法的特點43. 產生紅外吸收的條件4二. 紅外光譜儀41. 紅外光譜儀的主要部件52. 紅外光譜儀的分類73. 紅外光譜儀各項指標的含義10三紅外光譜儀的應用13四紅外試樣制備14四紅外光譜儀的新進展15前言分析儀器常使用的分析方法是光譜分析法，光譜分析法可分為吸收光譜分析法和發射光譜分析法，而吸收光譜分析法又是目前應用最廣泛的一種光譜分析方法：它包括有核磁共振，X射線吸收光譜，紫外-可見吸收光譜，紅外光譜，微波譜，原子吸收光譜等。但最常用的則是原子吸收光譜、紫外-可見吸收光譜和紅

2、外光譜，這些方法的最基本原理是物質（這里說物質都是指物質中的分子或原子，下同）對電磁輻射的吸收。還有拉曼光譜和熒光光譜，也是比較常用的手段，它們的原理是基于物質發射或散射電磁輻射。其實物質與電磁輻射的作用還有偏振、干涉、衍射等，由此發展而成的是另外一系列的儀器，如橢偏儀、測糖儀、偏光顯微鏡、X射線衍射儀等等，這些儀器都不是基于光譜分析法，不是我們介紹的重點。吸收光譜可分為原子吸收光譜和分子吸收光譜。當電磁輻射與物質相互作用時，就會發生反射、散射、透射和吸收電磁輻射的現象，物質所以能夠吸收光是由物質本身的能級狀態所決定的。例如原子吸收可見光和紫外光，可以使核外電子由基態躍遷到激發態，相應于不同能

3、級之間的躍遷都需吸收一定波長的光。因此，如有一波長連續的光照射單原子元素的蒸氣（如汞蒸氣、鈉蒸氣等），將會產生一系列的吸收譜線。由于在一般情況下原子都處于基態，通常只有能量相當于從基態躍遷到激發態的所謂主系譜線出現在原子的吸收光譜中。而分于吸收光譜則比較復雜。它們不是分立的譜線而是許多吸收帶。因為每一個分子的能量包括三部分，即分子的電子能量、振動能量和轉動能量。每一種能量都是量子化的。當電子有一種能級躍遷到另一能級時，可能同時還伴有振動能級和轉動能級的躍遷。應此分子吸收光譜是一系列的吸收帶。通常引起原子或分子中外層價電子的躍遷需要1.5-8.0ev的能量，其相應的輻射波長在150nm-800n

4、m之間，這是紫外可見吸收光譜的波長范圍。引起振動躍遷或振動轉動躍遷的能量是0.05-1.2ev，相應的輻射波長在1.0-25m之間，這是紅外光譜的范圍。各類電磁輻射的波長列于下表：電 磁 輻 射波長，nm無線電波1012109微 波109106紅外光106750可見光750390紫外線39010X射線10102射線102105由于不通物質的原子、分子具有不同的結構，因此也就具有不同的能級狀態，只有入射光的能量滿足Bohr條件，才能被物質吸收，即：其中，是普朗克常數（Planck Constant），是入射光的頻率，和分別是躍遷前后的電子能級。因此，每一種物質的原子或分子都具有它本身的特征吸收譜

5、線和吸收帶，這就是吸收光譜用于定性分析的理論依據。而對于同一種物質，對入射光吸收的多少則服從朗伯比爾（Lambert-Beer）定律：式中，A為吸光度，又稱為消光度或光密度；I0為入射光強度，I為透射光強度；為摩爾吸光系數，b為吸光厚度（cm），c為吸光物質的溶度（mol/L）。即物質對光的吸收度與物質的溶度和吸光厚度成正比，這就是吸收光譜法的定量分析的理論基礎。根據我們公司的產品，下面重點介紹紫外-可見吸收光譜、紅外光譜、拉曼光譜和熒光光譜。按常規的順序，一般順序是先介紹紫外可見，后介紹紅外，但鑒于我們的目前的特殊情況（傅立葉紅外光譜儀和結石分析系統正在推廣），先把紅外光譜的相關知識介紹給大

6、家是有必要的。第一章 紅外光譜法及相關儀器Infrared Spectrometry & Instrument一. 紅外光譜概述紅外光譜又稱為分子振動轉動光譜，它和紫外可見光譜一樣，也是一種分子吸收光譜。當樣品受到頻率連續變化的紅外光照射時，分子吸收了某些頻率的輻射，并由其振動或轉動運動引起偶極矩的凈變化產生分子振動和轉動能級從基態到激發態的躍遷，使相應于這些吸收區城的透射光強度減弱。記錄紅外光的百分透射比與波數或波長關系的曲線，就得到紅外光譜。紅外光譜法不僅能進行定性和定量分析，而且從分子的特征吸收可以鑒定化合物和分子結構。1. 紅外光區的劃分紅外光譜在可見光區和微波光區之間，其波長

7、范圍約為0.751000m。根據實驗技術和應用的不同，通常將紅外區劃分成三個區：近紅外光區（0.752.5m)，中紅外光區(2.525m）和遠紅外光區（251000m)，如下表：其中中紅外區是研究和應用最多的區域，一般說的紅外光譜就是指中紅外區的紅外光譜。區域波長m波數 cm-1能級躍遷類型近紅外區（泛頻區）0.752.5131584000OH、NH及CH鍵的倍頻吸收中紅外區（基本振動區）2.5254000400分子振動，伴隨轉動遠紅外區（轉動區）25100040010分子轉動紅外吸收光譜常用或曲線來表示?？v坐標是透射百分比T%，橫坐標是波長或波數（單位是cm-1）。如下圖所示的是聚苯乙烯薄膜

8、的紅外光譜。現橫坐標常用波數表示，這樣便于與Raman光譜相比較。上圖中向下的是吸收峰，向上的是谷。2. 紅外光譜法的特點與紫外可見吸收光譜不同，產生紅外光譜的紅外光的波長要長得多，因此光子能量低。物質分子吸收紅外光后，只能引起振動和轉動能級躍遷，不會引起電子能級躍遷。所以紅外光譜一般稱為振動轉動光譜。紫外可見吸收光譜常用于研究不飽和有機化合物，特別是具有共扼體系的有機化合物。而紅外光譜法主要研究在振動中伴隨有偶極矩變化的化合物。因此除了單原子分子和同核分子。如Ne、He、O2、和H2等之外，幾乎所有的有機化合物在紅外光區均有吸收。紅外吸收譜帶的波數位置、波峰的數目及其強度反映了分于結構上的特

9、點，可以用來鑒定未知物的分子結構組成或確定其化學基團；而吸收譜帶的吸收強度與分子組成或其化學基團的含量有關，可用作進行定量分析和純度鑒定。紅外及拉曼光譜都是分子振動光譜，通過譜圖解析可以獲取分子結構的信息。任何氣態、液態、固態樣品均可進行紅外光譜測定，這是其它儀器分析方法難以做到的。具有用量少、分析速度快、不破壞試樣等特點，使紅外光譜法成為現代分析化學和結構化學的不可缺少的工具。但對于復雜化合物的結構測定，還需配合紫外光譜、質譜和核磁共振波譜等其他方法，才能得到滿意的結果。3. 產生紅外吸收的條件這個我們不需要深入了解，知道就行了。紅外光譜是由于分子振動能級躍遷產生的，物質分子吸收紅外輻射應滿

10、足兩個條件：a分子振動時，必須伴隨有瞬時偶極矩的變化b照射分子的紅外輻射頻率與分子某種振動頻率相同二. 紅外光譜儀19世紀初人們通過實驗證實了紅外光的存在。二十世紀初人們進一步系統地了解了不同官能團具有不同紅外吸收頻率這一事實。1950年以后出現了自動記錄式紅外分光光度計。隨著計算機科學的進步，1970年以后出現了傅立葉變換型紅外光譜儀。紅外測定技術如全反射紅外、顯微紅外、光聲光譜以及色譜-紅外聯用等也不斷發展和完善，使紅外光譜法得到廣泛應用。第一代紅外光譜儀（上世紀50年代）使用的是濾光片分光系統，此類儀器只能在單一或少數幾個波長下測定（非連續波長），靈活性差，而且波長穩定性、重現性差，現已

11、淘汰。目前市場上常見的紅外光譜儀主要有兩類：色散型（即光柵式）紅外光譜儀和傅立葉變換紅外光譜儀，它們分別采用第二代和第三代分光技術的紅外光譜儀，它們是我們重點介紹對象。紅外光譜儀與紫外-可見分光光度計的組成基本相同，由光源、樣品室、單色儀以及檢測器等部分組成。兩種儀器在各元件的具體材料上有較大差別。色散型紅外光譜儀的單色儀一般在樣品池之后。1. 紅外光譜儀的主要部件紅外光源一般分光光度計中的氘燈、鎢燈等光源能量較大，要觀察分子的振動能級躍遷，測定紅外吸收光譜，需要能量較小的光源。黑體輻射是最接近理想光源的連續輻射。滿足此要求的紅外光源是穩定的固體在加熱時產生的輻射，常見的有如下幾種。能斯特燈能

12、斯特燈的材料是稀土氧化物，做成圓筒狀(20×2 mm)，兩端為鉑引線。其工作溫度為1200-2200K。此種光源具有很大的電阻負溫度系數，需要預先加熱并設計電源電路能控制電流強度，以免燈過熱損壞。碳化硅棒尺寸為50×5mm,工作溫度1300-1500K。與能斯特燈相反,碳化硅棒具有正的電阻溫度系數,電觸點需水冷以防放電。其輻射能量與能斯特燈接近,但在>2000cm-1區域能量輸出遠大于能斯特燈。白熾線圈用鎳鉻絲螺旋線圈或銠線做成。工作溫度約1100K。其輻射能量略低于前兩種，但壽命長。檢測器紫外可見分光光度計所用的光電管或光電倍增管不適用于紅外區，這是應為紅外光譜區的

13、光子能量較弱，不足以引發光電子發射。常用的紅外檢測器有熱檢測器、熱釋電檢測器和光電導檢測器三種。前兩種用于色散型儀器中，后兩種在傅立葉變換紅外光譜儀中多見。熱檢測器熱檢測器依據的是輻射的熱效應。輻射被一小的黑體吸收后，黑體溫度升高，測量升高的溫度可檢測紅外吸收。以熱檢測器檢測紅外輻射時，最主要的是要防止周圍環境的熱噪聲。一般使用斬光器使光源輻射斷續照射樣品池。熱檢測器最常見的是熱電偶（有時又稱為高真空熱電偶）。將兩片金屬鉍熔融到另一不同金屬如銻的兩端，就有了兩個連接點。兩接觸點的電位隨溫度變化而變。檢測端接點做成黑色置于真空艙內，有一個窗口對紅外光透明。參比端接點在同一艙內并不受輻射照射，則兩

14、接點間產生溫差。熱電偶可檢測出10-6K的溫度變化。熱釋電檢測器熱釋電檢測器使用具有特殊熱電性質的絕緣體，一般采用熱電材料的單晶片作為檢測元件，如硫酸三苷肽(NH2CH2COOH)3H2SO4，簡稱TGS。在電場中放一絕緣體會使絕緣體產生極化，極化度與介電常數成正比。但移去電場，誘導的極化作用也隨之消失。而熱釋電材料即使移去電場，其極化也并不立即消失，極化強度與溫度有關。當輻射照射時，溫度會發生變化，從而影響晶體的電荷分布，這種變化可以被檢測。熱電檢測器通常做成三明治狀。將熱電材料晶體夾在兩片電極間，一個電極是紅外透明的，容許輻射照射。輻射照射引起溫度變化，從而晶體電荷分布發生變化，通過外部連

15、接的電路可以測量。電流的大小與晶體的表面積、極化度隨溫度變化的速率成正比。當熱釋電材料是鐵電體，當溫度升至某一特定值時極化會消失，此溫度稱為居里點。TGS的居里點為47°C。熱釋電檢測器的響應速率很快，可以跟蹤干涉儀隨時間的變化，故多用于傅立葉變換紅外光譜儀中。目前使用最廣泛的是氘化的TGS即DTGS，它的居里溫度是62°C，熱電系數小于TGS。光電導檢測器光電導檢測器采用半導體材料薄膜，如Hg-Cd-Te（碲鎘汞）或PbS或InSb（銻化銦），將其置于非導電的玻璃表面密閉于真空艙內。則吸收輻射后非導電性的價電子躍遷至高能量的導電帶，從而降低半導體的電阻，產生信號。Hg-C

16、d-Te縮寫為MCT，該檢測器用于中紅外區及遠紅外區。這種檢測器比熱釋電檢測器靈敏（至少比DTGS大10倍），在FTIR及GC-FTIR（氣相色譜-傅立葉變換紅外光譜聯用技術）儀器中獲得廣泛應用。此外，PbS檢測器常用于近紅外區室溫下的檢測。以上兩個部件是色散型紅外光譜儀和傅立葉紅外光譜儀所共有的，對于色散型紅外光譜儀還有幾個關鍵部件：如單色儀、光柵、狹縫等；對于傅立葉變換紅外光譜儀，它還有邁克耳孫干涉儀、分束器、透明窗片、數據處理系統等關鍵部件。下表是一些分束器的介紹：常用分束器類型和適用波段范圍 現在通用型FTIR中常用KBr鍍Ge膜的分束器。透明窗片KBr，KRS-5（由溴化鉈碘化鉈組成

17、，有毒，很少使用）。2. 紅外光譜儀的分類A色散型紅外光譜儀上世紀70年代中期至80年代，色散型紅外光譜儀誕生，到目前為止，國內還有廠家在生產，用戶還有很多。該儀器的特點是：采用雙光束結構。使用單光束儀器時，大氣中的H2O、CO2在重要的紅外區域內有較強的吸收，因此需要一參比光路來補償，使這兩種物質的吸收補償到零。采用雙光束光路可以消除它們的影響，測定時不必嚴格控制室內的濕度及人數。單色器在樣品室之后。由于紅外光源的低強度，檢測器的低靈敏度(使用熱電偶時)，故需要對信號進行大幅度放大。而紅外光譜儀的光源能量低，即使靠近樣品也不足以使其產生光分解。而單色器在樣品室之后可以消除大部分散射光而不至于

18、到達檢測器。斬光器轉動頻率低，響應速率慢，以消除檢測器周圍物體的紅外輻射。色散型儀器的主要不足：1）需采用狹縫，光能量受到限制；2）掃描速度慢，不適于動態分析及和其它儀器聯用；3）不適于過強或過弱的吸收信號的分析。此外由于內部移動部件較多，此類儀器最大的弱點是光柵或反光鏡的機械軸長時間連續使用容易磨損，影響波長的精度和重現性。因此色散型紅外光譜儀自身局限性很大，現在已經逐步被傅立葉紅外光譜儀取代。下圖是色散型紅外光譜儀的結構：光柵式紅外光譜儀的結構上圖中，光源發出的光被分成兩束，分別作為參比光和樣品光通過樣品池。各光束交替通過扇形鏡M7，利用參比光路的衰減器（又稱為光楔或減光器）對經參比光路和

19、樣品光路的光的吸收強度進行對照。因此通過參比和樣品后溶劑的影響被消除，得到的譜圖就是樣品本身的吸收。B. 傅立葉變換紅外光譜儀（Fourier Transform Infrared Spectrometer FTIR）的特點和結構前面介紹的以光柵作為色散元件的紅外光譜儀在許多方面已不能完全滿足需要。由于采用了狹縫，能量受到限制。尤其在遠紅外區能量很弱；它的掃描速度太慢，使得一些動態的研究以及和其他儀器（如色譜）的聯用發生困難；對一些吸收紅外輻射很強或者很弱的樣品的測定及痕量組分的分析等，也受到一定的限制。隨著光電子學尤其是計算機技術的迅速發展，70年代出現了新一代的紅外光譜測量技術和儀器基于干

20、涉調頻分光的Fourier變換的紅外光譜儀。這種儀器不用狹縫，因而消除了狹縫對通光量的限制，可以同時獲得光譜所有頻率的全部信息。它具有許多優點：掃描速度快，測量時間短，可在1s內獲得紅外光譜，適于對快速反應過程的追蹤，也便于和色譜法聯用；靈敏度高，檢出量可達10-910-12g；分辨本領高，波數精度可達0.01cm-1；光譜范圍廣，可研究整個紅外區（1000010cm-1）的光譜；測定精度高，重復性可達0.1%，而雜散光小于0.01。下圖是FTIR的結構傅立葉變換紅外光譜儀的結構光源發出的光被分束器分為兩束，一束經反射到達動鏡，另一束經透射到達定鏡。兩束光分別經定鏡和動鏡反射再回到分束器，從而

21、產生干涉。動鏡作直線運動,因而干涉條紋產生連續的變換。干涉光在分束器會合后通過樣品池，然后被檢測器（傅立葉變換紅外光譜儀的檢測器有TGS，DTGS，MCT等）接收，計算機處理數據并輸出。有好多人不明白為什么儀器角傅立葉變換紅外光譜儀，不清楚傅立葉變換的含義，下面有必要簡單介紹FTIR的數學原理。周期性的運動可在兩種域(Domain)中得到表征：一種表征域是表現出周期性的域，例如，電(磁)場強度隨時間(空間)的分布，就是在時(空)域中表征光波的特征；另一種表征域是運動狀態按某一周期性參數(頻率、波長、波數等)的分布，可統稱為頻域。這兩種城中表征同一運動狀態可通過傅里葉變換(Fourier Tra

22、nsform，簡稱FT)相互轉變。通常所說的某種光的光譜是指該光包含的不同頻率成分的強度按頻率的分布，因此光譜就是光在頻率域中的表征。下圖是某頻率的兩種單色光分別在空間域（時域）和頻域的表征。相干的復色光，在空間x處電場強度的疊加是：其中是光強度按波數的分布函數，很明顯E(x)、分別是光時域和頻域的表征，上述關系式就是傅立葉變換式?？梢酝ㄟ^FT把光在時域和頻域的表征相互轉換：我們用邁克耳孫干涉儀可以得到紅外光的時域譜，通過FT就可以得到光的頻率（波數）分布。這就是儀器名稱的由來。3. 紅外光譜儀各項指標的含義A光譜范圍紅外的整個譜區的波長范圍根據ASTM（American Society of

23、 Testing Materials，美國材料實驗協會）定義為7802526nm。而在一般應用中大家往往把7002500nm或7002600nm作為近紅外譜區，并通常把它分為2段，7001100nm的短波近紅外譜區和11003600nm的長波近紅外諾區。短波近紅外譜區更適合做透射分析，故又叫近紅外透射區，長波近紅外譜區更適合做反射或漫反射分析，也稱之為近紅外反射區。儀器的波長范圍指該紅外光譜儀所能記錄的光譜范圍，它影響能實現分析測試的項目，主要取決于儀器的光源種類、分光系統、檢測器類型和透光材料。專用的紅外儀器往往只覆蓋單一波段，如美國Zeltex的ZXl01型手持式辛烷值分析儀用700110

24、0nm的短波近紅外譜區，AGMED公司的土壤快速分析儀用的16502650nm的長波近紅外譜區；而通用型的紅外儀器往往覆蓋整個紅外譜區。B分辨率紅外光譜儀器的分辨率是指儀器對于緊密相鄰的峰可分辨的最小波長間隔，表示儀器實際分開相鄰兩譜線的能力，往往用儀器的單色光帶寬來表示，它是儀器最重要的性能指標之一，也是儀器質量的綜合反映。儀器的分辨率主要取決于儀器的分光系統的性能。對色散型儀器而言，還與光源的強度、檢測器的靈敏皮有關，光源的強度大、檢測器的靈敏度高可減小狹縫寬度，降低單色光帶寬，提高儀器的分辨率。而對用多通道檢測器的儀器，儀器的分辨卒與檢測器的像素有關，單位長度像素越多分辨率越高。對于濾光

25、片型近紅外光譜儀器，濾光片的帶寬就是儀器的分辨率。儀器的分辨率主要影響光譜儀器獲得測定樣品光譜的質量，從而影響分析的準確性，對于一臺儀器的分辨率是否滿足要求，這與待測樣品的光譜特征有關，有些物質光譜重疊、特征復雜，要得到滿意的分析結果，就要求較高的儀器分辨率。C波長準確度波長準確度是指儀器所顯示的波長值和分光系統實際輸出單色光的波長值之間相符的程度。波長準確度可用波長誤差，即上述兩值之差來表示。保證波長準確度是紅外光譜儀器能夠準確測定樣品光譜的前提，是保證分析結果的準確度前提。紅外分析結果一般是通過用已知化學值的標準樣品建立的模型來分析待測樣品，如果波長準確度不能保證，整組數據就會因波長平移而

26、使每個數據出現偏差，造成分析結果的誤差。波長準確度主要決定于光學系統的結構，此外還受溫度的影響。傅里葉變換紅外光譜儀器一般內部有波長校正系統，所以波長準確度很高；而色散型近紅外光譜儀器和濾光片型近紅外光譜儀器的波長準確度相對低些，需用已知波長值且性質比較穩定的標推物質經常進行校正。D波長精確度波長精確度又稱波長重復性，是指對同一樣品進行多次掃描，光譜譜峰位置間的差異程度或重復性，通常用多次測量某一譜峰所得波長的標準差來表示。波長精確度是體現儀器穩定性的個重要指標，取決于光學系統的結構，與波長準確度一樣，也會影響分析結果的準確性。如果儀器的光學系統全部設計成固定不動，則儀器的波長的精確度就會很高

27、。E光度準確度光度準確度是指儀器對某物質進行透射或漫反射測量時，測得的光度值與該物質真實值之差。主要是由檢測器、放大器、信號處理電路的非線性引起。它會直接影響近紅外定量分析結果的準確度。F信噪比信噪比就是樣品吸光度與儀器吸光度噪聲的比值。儀器吸光度噪聲是指在一定的測量條件下，在確定的波長范圍內對樣品進行多次測量，得到光譜吸光度的標準差。儀器的噪聲主要取決于光源的穩定性、放大器等電子系統的噪聲、檢測器產生的噪聲及環境噪聲，如電子系統設計不良、元件質量低劣、儀器接地不良、工作環境潮濕、外界電磁干擾多會使儀器噪聲增大。信噪比是紅外光譜儀器非常重要的一項指標，直接影響分析結果的準確度與精確度；因為紅外

28、光譜分析是一門弱信號提取技術，在一個很強的背景信號下提取出相對很弱的有用信息，得到分析結果，所以信噪比對近紅外光譜儀器尤為重要。對于高檔儀器，一般要求信噪比達到105。G雜散光強度雜散光是指分析光以外被檢測器接收的光，主要是由于光學器件表面的缺陷、光學系統設計不良或機械零部件表面處理不良與位置不當等引起的，尤其是光柵型紅外光譜儀器的設計中，雜散光的控制非常關鍵，往往是導致儀器測量出現非線性的主要原因。雜散光對分析測量的影響在分析高吸光度樣品時更為明顯。H分析速度紅外光譜儀器往往被用于實時、在線的品質檢測和監測，分析樣品的數量往往比較多，所以分析速度也是值得注意的一項重要指標。儀器的分析速度主要

29、由儀器的掃描速度決定。儀器的掃描速度是指在儀器的波長范圍內，完成一次掃描得到一個光譜所需要的時間。不同儀器類型掃描速度相差很大，如多通道儀器因同時接收全部的光信息，速度取決于電子電路對信息的處理時間上，所以速度很快，一般為幾十毫秒；傅里葉變換紅外光譜儀器的掃描速度一般為1s左右；而傳統的光柵型紅外光譜儀器的掃描速度相對較慢，一般需幾分鐘，而利用大口徑振動凹面光柵，如丹麥福斯公司（Foss）設計的NIR System系列光柵型近紅外光譜儀器，掃描速度達1.8次s。AOTF型近紅外光譜儀器由于采用聲光調制產生單色光，所以掃描速度也非?？?，一般達5000個波長點/s。還有一個指標容易被忽略，這就是軟

30、件功能及數據處理能力：“軟件就是儀器，儀器技術就是軟件技術”，軟件是近外光譜儀器的主要組成部分。紅外光譜儀器的軟件一般由兩部分組成，一部分是儀器控制平臺軟件，它控制儀器的硬件，進行光譜數據采集，這部分各個廠家差別不大，并已有可能發展形成一個通用儀器操作平臺軟件；另一部分是數據處理軟件，紅外光譜儀器的數據處理軟件通常由光譜數據預處理、校正模型建立和未知樣品分析三大部分組成，其核心是校正模型建立部分軟件，它是光譜信息提取的手段，直接影響到分析結果的準確性，一些好的軟件，都有其獨到的建立校正模型的算法，以便盡可能準確地提供樣品信息。三紅外光譜儀的應用紅外吸收光譜具有高度的特征性，除光學異構外（指分子

31、結構完全相同，物理化學性質相近，但旋光性不同的物質。這是由于分子鏈上不對稱碳原子所帶基團的排列方式不同所形成，又稱立體異構），沒有兩種化合物的紅外光譜是完全相同的。紅外光譜中往往具有幾組相關峰可以相互佐證而增強了定性和結構分析的可靠性，隨此在官能團定性方面，是紫外、核磁、質譜等結構分析方法所不及的。紅外光譜法可測定鏈、位置、順反、晶型等異構體，而質譜法對異構體的鑒別則無能為力；紅外光譜測定的樣品范圍廣，無機、有機、高分子等氣、液、固態樣品都可測定。而核磁樣品需配在特定的試劑（氘代試劑）中，質譜樣品需有定蒸氣壓；紅外光譜測定的樣品用量少（一般只需數毫克）、測定速度快（FTIR僅需數秒鐘），儀器操

32、作簡便、重現件好；設備比核磁、質譜便宜得多，并且已積累了大量標準紅外光譜圖可供查閱，所以它在有機物和高聚物的定性與結構分析中已得到普及應用。紅外吸收光譜法也有其局限性，即有些物質不能產生紅外吸收峰。例如原子（Ar、Ne、He等），單原子離于（K+、Na+、Ca2+等），同質雙原于分子（H2、O2、N2等）以及對稱分子都無吸收峰：有些物質不能用紅外光譜法鑒別，例如光學異構體，不同分子量的同一種高聚物往往不能鑒別。因此一些復雜物質的結構分析，還必須用控曼光譜、核磁、質譜等方法配合。此外，紅外光譜中的一些吸收峰，尤其是指紋峰往往不能作理論上的解釋，它不像核磁譜峰那樣都有其歸屬。定量分析的準確度和靈敏

33、度低于可見紫外吸收光譜法。由于紅外吸收光譜法具有許多突出的優點，因此它在與化學有關的許多領域都有廣泛應用。在煤和石油化工產品以及染料、藥物、生物制品、食品、環保等有機化合物的研究方面，用于產品純度或基團的鑒定，異構體的鑒別，分子結構的推斷，化學反應機理的研究以及定量分析；在合成纖維、橡膠、塑料、涂料和粘合劑等高聚物研究方面，用于單體、聚合物、添加劑的定性、定量和結構分析。端基、支化度、共聚物系列分布等鏈結構的研究，以及結晶度、取向性等聚集態結構的研究。還用于高聚物力學性能、聚合反應和光熱老化機理等研究；在無機化合物研究方面，用于粘土、礦石、礦物等類型的鑒別及其某些加工工藝過程的研究，用于某些新

34、型無機材料的測試，例如Si3N4中雜質SiO2及SiN比的測定，光纖中雜質OH基的測定，半導體材料內O2、C等雜質元素的測定和GaAs外延層厚度的測定，高聚物中天機填料的鑒別、催化劑表面結構、化學吸附和催化反應機理的研究以及絡合物性質與結構研究等方面。此外，紅外吸收光譜法還用于分子結構的基礎研究，例如通過測定分子鍵長、鍵角來推斷分子的立體構型。通過測定簡振頻率、計算力常數來推測化學鍵的強弱等等。四紅外試樣制備1對試樣的要求1）試樣應為“純物質”（>98%），通常在分析前，樣品需要純化；對于GC-FTIR則無此要求。2）試樣不含有水（水可產生紅外吸收且可侵蝕鹽窗）；3）試樣濃度或厚度應適當，以使T在合適范圍。2制樣方法液體或溶液試樣1）沸點低易揮發的樣品：液體池法。2）高沸點的樣品：液膜法（夾于兩窗片之間）。 3）固體樣品可溶于CS2或CCl4等無強吸收的溶液中。固體式樣1）壓片法：12mg樣品+200mg KBr干燥處理研細。粒度小于2mm（