礦物紅外分析

1、微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室?guī)r礦測試技術巖礦測試技術礦物紅外光譜分析礦物紅外光譜分析李國武李國武微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro

2、and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室 微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLM

3、S SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室紅外光譜分析在礦物研究中的用途 礦物中的水礦物中的水 礦物物相鑒定礦物物相鑒定 礦物蝕變研究礦物蝕變研究礦物的類質同像研究礦物的類質同像研究結構中基團研究結構中基團研究某些元素在礦物中的結構研究某些元素在礦物中的結構研究微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGI

4、NEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室1 1 紅外光譜分析概述紅外光譜分析概述1.1 紅外光譜（IR）分子中基團的振動和轉動能級躍遷產(chǎn)生：振：振- -轉光譜轉光譜微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制

5、造系統(tǒng)工程國家重點實驗室1.21.2紅外光譜的區(qū)域紅外光譜的區(qū)域近紅外區(qū)近紅外區(qū)（泛頻區(qū)（泛頻區(qū)142904000cm-1）：）： -OH，-NH，-CH的特征吸收區(qū)（組成及定量分析）的特征吸收區(qū)（組成及定量分析）中紅外區(qū)中紅外區(qū)（基本振動區(qū)（基本振動區(qū)4000400cm-1）：）： 絕大多數(shù)有機和無機化合物的化學鍵振動基頻區(qū)（分子中原子的振動及分絕大多數(shù)有機和無機化合物的化學鍵振動基頻區(qū)（分子中原子的振動及分子轉動），子轉動），化合物鑒定的重要區(qū)域化合物鑒定的重要區(qū)域遠紅外區(qū)遠紅外區(qū)（轉動區(qū)（轉動區(qū)40010cm-1 ）：）： 金屬有機化合物的鍵振動（分子轉動、晶格振動金屬有機化合物的鍵振動

6、（分子轉動、晶格振動)微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室光與分子的作用光與分子的作用分子激發(fā)產(chǎn)生振動輻射分子振動能級躍遷紅外光譜官能團分子結構1.3 紅外吸收光譜的產(chǎn)生微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano

7、Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室當紅外光照射時，物當紅外光照射時，物質的分子將吸收紅外質的分子將吸收紅外輻射，引起輻射，引起分子的振分子的振動和轉動能級間的躍動和轉動能級間的躍遷所產(chǎn)生的分子吸收遷所產(chǎn)生的分子吸收光譜，光譜，稱為紅外吸收稱為紅外吸收光譜或振動光譜或振動- -轉動光轉動光譜。譜。

8、微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室1.4 1.4 紅外光譜圖紅外光譜圖 一定頻率的紅外線經(jīng)過分子時，被分子中相同振動頻率的一定頻率的紅外線經(jīng)過分子時，被分子中相同振動頻率的鍵振動吸收，相應于這些區(qū)域的透射光強減弱，記錄透過率鍵振動吸

9、收，相應于這些區(qū)域的透射光強減弱，記錄透過率T%對波數(shù)或波長的曲線稱為對波數(shù)或波長的曲線稱為紅外光譜圖紅外光譜圖分子中基團的振動和轉動能級躍遷產(chǎn)生：分子振動分子中基團的振動和轉動能級躍遷產(chǎn)生：分子振動- -轉動光譜轉動光譜輻射輻射分子振動能級躍遷分子振動能級躍遷紅外光譜紅外光譜官能團官能團分子結構分子結構微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS

10、 ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室水的紅外圖15002000250030003500wavenumber cm-16065707580859095100Transmission %微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械

11、制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室紅外吸收光譜一般用紅外吸收光譜一般用T 曲線或曲線或T（波數(shù)）曲線表示。波數(shù)）曲線表示?？v坐標縱坐標為百分透射比為百分透射比T%（透過率），因而吸收峰向下；（透過率），因而吸收峰向下；橫坐標橫坐標是波長是波長 (單位為單位為 m)，或，或 (波數(shù)波數(shù)) (單位為單位為 cm-1)。波長波長 與與波數(shù)之間的關系為：波數(shù)之間的關系為： (波數(shù)波數(shù)) / cm-1 =104 /( / m)1.5 紅外光譜的表示方法紅外光譜的表示方法微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Cente

12、r Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室典型的紅外光譜圖典型的紅外光譜圖 橫坐標：橫坐標：波長波長/或波數(shù)或波數(shù)/cm-1。 紅外譜圖有等波長及等波數(shù)兩種，對照標準譜圖時應注意。紅外譜圖有等波長及等波數(shù)兩種，對照標準譜圖時應注意?？v坐標：縱坐標：吸光度吸光度A或透光率或透光率T。 )1log(TA 41011mcmT(%)= I/I0100%， I透

13、過強度，透過強度，I0入射強度入射強度微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Techno

14、logy Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室紅外光譜得到的結構信息紅外光譜得到的結構信息從譜圖可得信息：從譜圖可得信息： 1 吸收峰的位置（吸收頻率） 2 吸收峰的強度 ,常用 vs (very strong), s (strong), m (medium), w (weak), vw (very weak)表示 3 吸收峰的形狀 (尖峰、寬峰、肩峰) b (broad) ,sh (sharp),v

15、 (variable)微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室紅外光譜中的重要波段紅外光譜中的重要波段特征區(qū)：特征區(qū)：即即化學鍵和基團的特征振動頻率區(qū)?；瘜W鍵和基團的特征振動頻率區(qū)。在該區(qū)域出現(xiàn)的吸收峰在該區(qū)域出現(xiàn)的吸收峰一般用于鑒定官能

16、團的存在，特征吸收峰發(fā)生在一般用于鑒定官能團的存在，特征吸收峰發(fā)生在4000 1300 cm-1的區(qū)的區(qū)域。這些吸收峰特征性強，比較稀疏，容易辨認，因此把這一區(qū)域叫域。這些吸收峰特征性強，比較稀疏，容易辨認，因此把這一區(qū)域叫特征譜帶區(qū)。特征譜帶區(qū)。指紋區(qū)：指紋區(qū)：紅外吸收光譜中紅外吸收光譜中1300-400 cm-1的低頻區(qū)通常稱為指紋區(qū)的低頻區(qū)通常稱為指紋區(qū)。該。該區(qū)域出現(xiàn)的譜帶主要是單鍵的伸縮振動以及各種彎曲振動引起的。這區(qū)域出現(xiàn)的譜帶主要是單鍵的伸縮振動以及各種彎曲振動引起的。這一區(qū)域譜帶特別密集，對分子結構的變化極為敏感，結構上的微小變一區(qū)域譜帶特別密集，對分子結構的變化極為敏感，結構

17、上的微小變化往往導致光譜上的顯著不同，如同人的指紋一樣?；鶎е鹿庾V上的顯著不同，如同人的指紋一樣。微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室基團特征頻率區(qū)的特點和用途基團特征頻率區(qū)的特點和用途 吸收峰數(shù)目較少，但特征性強。不同化合物中的

18、同種吸收峰數(shù)目較少，但特征性強。不同化合物中的同種基團振動吸收總是出現(xiàn)在一個比較窄的波數(shù)范圍內。基團振動吸收總是出現(xiàn)在一個比較窄的波數(shù)范圍內。 主要用于確定官能團。主要用于確定官能團。指紋區(qū)的特點和用途指紋區(qū)的特點和用途 吸收峰多而復雜，很難對每一個峰進行歸屬。吸收峰多而復雜，很難對每一個峰進行歸屬。 單個吸收峰的特征性差，而對整個分子結構環(huán)境十分單個吸收峰的特征性差，而對整個分子結構環(huán)境十分敏感。敏感。 主要用于與標準譜圖對照。主要用于與標準譜圖對照。微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Na

19、no Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室1.6 常見術語基頻峰、倍頻峰、合頻峰、熱峰基頻峰是分子吸收光子后從一個能級躍遷到相鄰的高一能級產(chǎn)生的吸收。V =0 V=1 倍頻峰(2)是分子吸收比原有能量大一倍的光子之后，躍遷兩個以上能基產(chǎn)生的吸收峰，出現(xiàn)在基頻峰波數(shù)n倍處。2 為弱吸收。合頻峰是在兩個以上基頻峰波數(shù)之和(組頻 1+ 2)或差(1 - 2處出現(xiàn)的吸收峰。合頻峰均為弱峰

20、。熱峰來源于躍遷時低能級不是基態(tài)的一些吸收峰。返回微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室 基頻峰（01） 2885.9 cm-1 最強二倍頻峰（ 02 ） 5668.0 cm-1 較弱三倍頻峰（ 03 ） 8346.9 cm-1 很弱四

21、倍頻峰（ 04 ） 10923.1 cm-1 極弱五倍頻峰（ 05 ） 13396.5 cm-1 極弱 除此之外，還有合頻峰合頻峰（1+2，21+2，），差頻峰差頻峰（ 1-2，21-2， ）等，這些峰多數(shù)很弱，一般不容易辨認。倍頻峰、合頻峰和差倍頻峰、合頻峰和差頻峰統(tǒng)稱為泛頻峰頻峰統(tǒng)稱為泛頻峰。微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENG

22、INEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室1.7 1.7 吸收峰的強度吸收峰的強度紅外吸收峰強度通常用峰高和峰面積表示，峰高或峰紅外吸收峰強度通常用峰高和峰面積表示，峰高或峰面積越大，吸收強度越大。面積越大，吸收強度越大。紅外吸收強度（用摩爾吸光系數(shù)表示）與偶極距隨核紅外吸收強度（用摩爾吸光系數(shù)表示）與偶極距隨核間距變化率的平方成正比間距變化率的平方成正比 根據(jù)這一原則，可以定性地說，振動過根據(jù)這一原則，可以定性地說，振動過程中偶極矩變化幅度越大，吸收強度越大。程中偶極矩變化幅度越大，吸收強度越大。微米納米研究中心微米納米研究中心 Mi

23、cro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室紅外光譜的吸收強度紅外光譜的吸收強度 微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Cente

24、r STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室紅外吸收強度及其表示符號紅外吸收強度及其表示符號 摩爾吸光系數(shù)（摩爾吸光系數(shù)（）強度強度符號符號200很強很強VS75200強強S2575中等中等M525弱弱W05很弱很弱VWA=-logT=-log(I/I0)=log(I0/I)=bc其中A為吸光度， I為透射光強， I0為入射光強， 是摩爾吸收光系數(shù)或消光系數(shù)， c為吸光物質的濃度(通常以g/L或mg/L為單位)，b為光波長(通常以cm表

25、示)微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室 紅外吸收光譜的特點：紅外吸收光譜的特點： 特征性強、適用范圍廣； 測樣速度快、操作方便； 含吸附水樣品會造成干擾，樣品須干燥處理。引起礦物中紅外光譜的差異：引起礦物中紅外光譜的差異： 原子質量

26、不同 化學鍵的性質不同 原子的連接次序不同 空間位置不同根據(jù)紅外吸收光譜中吸收峰的位置和形狀來推測未知物結構，根據(jù)紅外吸收光譜中吸收峰的位置和形狀來推測未知物結構，進行定性分析和結構分析；根據(jù)吸收峰的強弱與物質含量的進行定性分析和結構分析；根據(jù)吸收峰的強弱與物質含量的關系進行定量分析。關系進行定量分析。微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS

27、ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室2 紅外光譜基礎知識2.1 2.1 紅外光譜產(chǎn)生條件紅外光譜產(chǎn)生條件滿足兩個條件：滿足兩個條件： 1 1輻射應具有能滿足物質產(chǎn)生振動躍遷所需的輻射應具有能滿足物質產(chǎn)生振動躍遷所需的能量；能量； 2 2輻射與物質間有相互偶合作用。輻射與物質間有相互偶合作用。只有發(fā)生偶極矩變化只有發(fā)生偶極矩變化(0)的振動才能引起可觀測的紅外吸收的振動才能引起可觀測的紅外吸收光譜，該分子稱之為紅外活性的；光譜，該分子稱之為紅外活性的；=0的分子振動不能產(chǎn)生紅的分子振動不能產(chǎn)生紅外振動吸收，稱為非紅外活性的。外

28、振動吸收，稱為非紅外活性的。微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室 對稱分子對稱分子：沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。 非對稱分子非對稱分子：有偶極矩，紅外活性。 紅外光的能量是通過分子振動時偶極

29、矩的變化傳遞給分子。紅外光的能量是通過分子振動時偶極矩的變化傳遞給分子。偶極子在交變電場中的作用示意圖偶極子在交變電場中的作用示意圖微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室2.2 分子振動方程式分子振動方程式分子的振動能級（量子化）： E

30、振=（V+1/2）hV ：化學鍵的 振動頻率； ：振動量子數(shù)。(1) 雙原子分子的簡諧振動及其頻率雙原子分子的簡諧振動及其頻率 化學鍵的振動類似于連接兩個小球的彈簧微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室 任意兩個相鄰的能級間的能量差為：

31、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）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，（），紅外吸收信號將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。紅外吸收信號將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。發(fā)生振動能級躍發(fā)生振動能級躍遷需要能量的大遷需要能量的大小取決于鍵兩端小取決于鍵兩端原子的折合質量原子的折合質量和鍵的力常數(shù)，和鍵的力常數(shù)，即取決于分子的即取決于分子的結構特征。結構特征。K化學鍵的力常數(shù)，與化學鍵的力常數(shù)，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。 微米納米研究中心微

32、米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室1）. 伸縮振動伸縮振動 以以表示表示兩類基本振動形式：兩類基本振動形式： 伸縮振動伸縮振動 、彎曲、彎曲(變形變形)振動振動 強吸收強吸收 Ss: 2853 cm-1as: 2926 cm-1對同一基團，反對稱伸縮

33、振動的頻率要稍高于對稱伸縮振動對同一基團，反對稱伸縮振動的頻率要稍高于對稱伸縮振動伸縮振動改變鍵長伸縮振動改變鍵長紅外光譜與分子結構的關系紅外光譜與分子結構的關系微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室2). 彎曲彎曲(變形變形)振動振動

34、 以以表示表示 由于變形振動的力常數(shù)比伸縮振動的小，因此，同一由于變形振動的力常數(shù)比伸縮振動的小，因此，同一基團的變形振動都在其伸縮振動的低頻端出現(xiàn)?；鶊F的變形振動都在其伸縮振動的低頻端出現(xiàn)。彎曲振動改變鍵角彎曲振動改變鍵角微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械

35、制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室伸縮振動伸縮振動彎曲振動彎曲振動對稱伸縮振動，對稱伸縮振動， s反對稱伸縮振動，反對稱伸縮振動， as面內彎曲面內彎曲面外彎曲面外彎曲振振動動(面內面內)剪式，剪式， 面內搖擺，面內搖擺， (面外面外)扭曲，扭曲， 面外搖擺，面外搖擺， 微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKL

36、MS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室振動形式與波數(shù)的關系振動形式與波數(shù)的關系微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室伸縮振動伸縮振動對稱伸縮振動不對稱伸縮振動以水為例以水為例變形振動變形振動微米納米研究中心微

37、米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室水的紅外圖15002000250030003500wavenumber cm-16065707580859095100Transmission %微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Tec

38、hnology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室例水分子例水分子3 3） 峰位、峰數(shù)與峰強峰位、峰數(shù)與峰強（1）峰位）峰位 化學鍵的力常數(shù)化學鍵的力常數(shù)k 越大，原子折合質量越小，越大，原子折合質量越小，鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)（短波長區(qū)）；鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)（短波長區(qū)）；反之

39、，出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)（高波長區(qū)）。反之，出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)（高波長區(qū)）。微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室理論上講，分子的每一種振動形式都會產(chǎn)生理論上講，分子的每一種振動形式都會產(chǎn)生一個基頻吸收峰，即一個多原子分子產(chǎn)生的一個基頻吸收峰，即一

40、個多原子分子產(chǎn)生的基頻峰的數(shù)目基頻峰的數(shù)目= =分子所有的分子所有的振動形式的數(shù)目振動形式的數(shù)目 微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室 分子振動自由度分子振動自由度指分子獨立的振動數(shù)目，或基本的振動指分子獨立的振動數(shù)目，或基本的振動數(shù)

41、目數(shù)目。)+=轉轉動動自自由由度度平平動動自自由由度度分分子子振振動動自自由由度度(N363非線性分子：非線性分子：NF =53線性分子：線性分子：NF =N個原子組成分子，每個原子在空間具個原子組成分子，每個原子在空間具三個自由度三個自由度 峰數(shù)與分子自由度有關。無瞬間偶基距變化時，峰數(shù)與分子自由度有關。無瞬間偶基距變化時，無紅外吸收。無紅外吸收。微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FO

42、R MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室H2O分子分子非線性分子非線性分子3633F微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

43、吸收峰減少吸收峰減少 紅外非活性振動紅外非活性振動 、簡并、簡并CO2分分子子線性分子線性分子4533F微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室 每個振動自由度都有其特定的振動頻率，似乎都應每個振動自由度都有其特定的振動頻率，似乎都應有相

44、應的紅外吸收帶。實際上，有相應的紅外吸收帶。實際上，絕大多數(shù)化合物在紅絕大多數(shù)化合物在紅外光譜圖上出現(xiàn)的峰數(shù)遠小于理論上計算的振動數(shù)外光譜圖上出現(xiàn)的峰數(shù)遠小于理論上計算的振動數(shù)，這是由如下原因引起的：這是由如下原因引起的：（1 1）沒有偶極矩變化的振動，不產(chǎn)生紅外吸收；）沒有偶極矩變化的振動，不產(chǎn)生紅外吸收；（2 2）相同頻率的振動吸收重疊，即簡并；）相同頻率的振動吸收重疊，即簡并；（3 3）儀器不能區(qū)別頻率十分接近的振動，或吸收）儀器不能區(qū)別頻率十分接近的振動，或吸收 帶很弱，儀器無法檢測；帶很弱，儀器無法檢測；（4 4）有些吸收帶落在儀器檢測范圍之外。）有些吸收帶落在儀器檢測范圍之外。微米

45、納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室基團頻率（峰）位移基團頻率（峰）位移 基團處于分子中某一特定的環(huán)境，因此它的振動不是孤立基團處于分子中某一特定的環(huán)境，因此它的振動不是孤立的。基團確定后，的?；鶊F確定后，m 固定，但相鄰的原子或基團可通

46、過電子固定，但相鄰的原子或基團可通過電子效應、空間效應等影響效應、空間效應等影響 K，使其振動頻率發(fā)生位移。使其振動頻率發(fā)生位移。 在特征頻率區(qū)，不同化合物的同一種官能團吸收振動總是在特征頻率區(qū)，不同化合物的同一種官能團吸收振動總是出現(xiàn)在一個窄的波數(shù)范圍內，但不是一個固定波數(shù)，具體出出現(xiàn)在一個窄的波數(shù)范圍內，但不是一個固定波數(shù)，具體出現(xiàn)在哪里與基團所處的環(huán)境有關，這就是紅外光譜用于結構現(xiàn)在哪里與基團所處的環(huán)境有關，這就是紅外光譜用于結構分析的依據(jù)。分析的依據(jù)。微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and

47、 Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室3 3 紅外光譜儀器及測定技術紅外光譜儀器及測定技術u 紅外光譜儀色散型紅外光譜儀傅里葉變換紅外光譜儀微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABOR

48、ATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室傅立葉變換紅外光譜儀微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室傅立葉變

49、換紅外光譜儀的原理與特點 光源發(fā)出的輻射經(jīng)干涉儀轉變?yōu)楦缮婀?，通過試樣后，包含的光信息需要經(jīng)過數(shù)學上的傅立葉變換解析成普通的譜圖。特點：(1) 掃描速度極快(1s)；適合儀器聯(lián)用； (2)不需要分光，信號強，靈敏度很高； (3)儀器小巧。 （4）與紅外顯微鏡聯(lián)用，進行微量微區(qū)原位紅外測試微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEER

50、INGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室傅里葉變換紅外光譜儀工作原理圖傅里葉變換紅外光譜儀工作原理圖 微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro

51、and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室干涉圖 微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORAT

52、ORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室紅外光譜的測定方法樣品要求：干燥無水、濃度適當、多組分樣要先分離固體樣品：溴化鉀壓片法 ，紅外顯微鏡用礦物顆粒拋光面測試 糊狀法（加石蠟油 Nujol調成糊狀) 溶液法（溶劑CS2, CCl4 ,CHCl3) 薄膜法 (高分子化合物） 液體樣品：液膜法 溶液法（水熔液樣品可用AgCl池子）氣體樣品：氣體樣品槽微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Mic

53、ro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室紅外光譜分析樣品制備紅外光譜分析樣品制備微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING S

54、YSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室壓片法制樣方法取樣品0.5-2mg，在瑪瑙研缽中研細，再加入100-200mg干燥的KBr粉末，混合研磨，加入壓膜內，在壓機中壓制，制成一定直徑及厚度的透明片，再將此薄片放入儀器光束中進行測試微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYST

55、EMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology

56、 Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING S

57、YSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室紅外顯微鏡使用方法微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nan

58、o Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MAN

59、UFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室向MCT 檢測器中灌滿液氮。等待紅燈滅選擇透射模式或反射模式調節(jié)光闌與礦物大小適應微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機

60、械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室3.5 3.5 礦物的紅外光譜圖的解析礦物的紅外光譜圖的解析確定礦物物相判斷基團峰位歸屬根據(jù)吸收峰的位置推測基團結構參考其他信息列出可能結構對照標準譜圖或標準數(shù)據(jù)微米納米研究中心微米納米研究中心 Micro and Nano Technology Research Center Micro and Nano Technology Research Center STATE KEY LABORATORY FOR MANUFACTURING SYSTEMS ENGINEERINGSKLMS SKLMS 機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室礦物紅外