ETH研究人员开发微型红外光谱仪 可以集成到芯片当中

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红外光谱的原理当一束具有连续波长的红外光通过物质,物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时,分子就吸收能量由原来的基态振(转)动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级,分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁,该处波长的光就被物质吸收。所以,红外光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来,就得到红外光谱图。红外光谱图通常用波长(λ)或波数(σ)为横坐标,表示吸收峰的位置,用透光率(T%)或者吸光度(A)为纵坐标,表示吸收强度。当外界电磁波照射分子时,如照射的电磁波的能量与分子的两能级差相等,该频率的电磁波就被该分子吸收,从而引起分子对应能级的跃迁,宏观表现为透射光强度变小。电磁波能量与分子两能级差相等为物质产生红外吸收光谱必须满足条件之一,这决定了吸收峰出现的位置。红外吸收光谱产生的第二个条件是红外光与分子之间有偶合作用,为了满足这个条件,分子振动时其偶极矩必须发生变32313133353236313431303231363533e4b893e5b19e31333365663539化。这实际上保证了红外光的能量能传递给分子,这种能量的传递是通过分子振动偶极矩的变化来实现的。并非所有的振动都会产生红外吸收,只有偶极矩发生变化的振动才能引起可观测的红外吸收,这种振动称为红外活性振动;偶极矩等于零的分子振动不能产生红外吸收,称为红外非活性振动。分子的振动形式可以分为两大类:伸缩振动和弯曲振动。前者是指原子沿键轴方向的往复运动,振动过程中键长发生变化。后者是指原子垂直于化学键方向的振动。通常用不同的符号表示不同的振动形式,例如,伸缩振动可分为对称伸缩振动和反对称伸缩振动,分别用 Vs 和Vas 表示。弯曲振动可分为面内弯曲振动(δ)和面外弯曲振动(γ)。从理论上来说,每一个基本振动都能吸收与其频率相同的红外光,在红外光谱图对应的位置上出现一个吸收峰。实际上有一些振动分子没有偶极矩变化是红外非活性的;另外有一些振动的频率相同,发生简并;还有一些振动频率超出了仪器可以检测的范围,这些都使得实际红外谱图中的吸收峰数目大大低于理论值。组成分子的各种基团都有自己特定的红外特征吸收峰。不同化合物中,同一种官能团的吸收振动总是出现在一个窄的波数范围内,但它不是出现在一个固定波数上,具体出现在哪一波数,与基团在分子中所处的环境有关。引起基团频率位移的因素是多方面的,其中外部因素主要是分子所处的物理状态和化学环境,如温度效应和溶剂效应等。对于导致基团频率位移的内部因素,迄今已知的有分子中取代基的电性效应:如诱导效应、共轭效应、中介效应、偶极场效应等;机械效应:如质量效应、张力引起的键角效应、振动之间的耦合效应等。这些问题虽然已有不少研究报道,并有较为系统的论述,但是,若想按照某种效应的结果来定量地预测有关基团频率位移的方向和大小,却往往难以做到,因为这些效应大都不是单一出现的。这样,在进行不同分子间的比较时就很困难。另外氢键效应和配位效应也会导致基团频率位移,如果发生在分子间,则属于外部因素,若发生在分子内,则属于分子内部因素。红外谱带的强度是一个振动跃迁概率的量度,而跃迁概率与分子振动时偶极矩的变化大小有关,偶极矩变化愈大,谱带强度愈大。偶极矩的变化与基团本身固有的偶极矩有关,故基团极性越强,振动时偶极矩变化越大,吸收谱带越强;分子的对称性越高,振动时偶极矩变化越小,吸收谱带越弱。拓展资料红外光谱是分子能选择性吸收某些波长的红外线,而引起分子中振动能级和转动能级的跃迁,检测红外线被吸收的情况可得到物质的红外吸收光谱,又称分子振动光谱或振转光谱。红外光谱的分区通常将红外光谱分为三个区域:近红外区(0.75~2.5μm)、中红外区(2.5~25μm)和远红外区(25~300μm)。一般说来,近红外光谱是由分子的倍频、合频产生的;中红外光谱属于分子的基频振动光谱;远红外光谱则属于分子的转动光谱和某些基团的振动光谱。由于绝大多数有机物和无机物的基频吸收带都出现在中红外区,因此中红外区是研究和应用最多的区域,积累的资料也最多,仪器技术最为成熟。通常所说的红外光谱即指中红外光谱。应用红外光谱对样品的适用性相当广泛,固态、液态或气态样品都能应用,无机、有机、高分子化合物都可检测。此外,红外光谱还具有测试迅速,操作方便,重复性好,灵敏度高,试样用量少,仪器结构简单等特点,因此,它已成为现代结构化学和分析化学最常用和不可缺少的工具。红外光谱在高聚物的构型、构象、力学性质的研究以及物理、天文、气象、遥感、生物、医学等领域也有广泛的应用。红外吸收峰的位置与强度反映了分子结构上的特点,可以用来鉴别未知物的结构组成或确定其化学基团;而吸收谱带的吸收强度与化学基团的含量有关,可用于进行定量分析和纯度鉴定。另外,在化学反应的机理研究上,红外光谱也发挥了一定的作用。但其应用最广的还是未知化合物的结构鉴定。红外光谱不但可以用来研究分子的结构和化学键,如力常数的测定和分子对称性的判据,而且还可以作为表征和鉴别化学物种的方法。例如气态水分子是非线性的三原子分子,它的v1=3652厘米、v3=3756厘米、v2=1596厘米而在液态水分子的红外光谱中,由于水分子间的氢键作用,使v1和v3的伸缩振动谱带叠加在一起,在3402厘米处出现一条宽谱带,它的变角振动v2位于1647厘米。在重水中,由于氘的原子质量比氢大,使重水的v1和v3重叠谱带移至2502厘米处,v2为1210厘米。以上现象说明水和重水的结构虽然很相近,但红外光谱的差别是很大的。红外光谱具有高度的特征性,所以采用与标准化合物的红外光谱对比的方法来做分析鉴定已很普遍,并已有几种标准红外光谱汇集成册出版,如《萨特勒标准红外光栅光谱集》收集了十万多个化合物的红外光谱图。近年来又将些这图谱贮存在计算机中,用来对比和检索。参考资料:百度百科:红外光谱,原发布者:快乐点go第二章红外吸收光谱(IR)2.1概述分子中基团的振动和转动能级跃迁产生:振-转光谱红外区域的划分:近红外区(4000-14290cm-1):泛频区中红外区(400-4000cm-1):大部分有机物的基团振动频率在此区域。远红外区(200-700cm-1):转动和重原子振动红外吸收光谱的特点:特征性强、适用范围广;测样速度快、操作方便;不适合测定含水样品。引起化合物红外光谱的差异:原子质量不同化学键的性质不同原子的连接次序不同空间位置不同红外光谱的表示方法横坐标:波长/λ或波数/cm-1。cm11m104红外谱图有等波长及等波数两种,对照标准谱图时应注意。纵坐标:吸光度A或透光率T。Alog(1)T一般情况下,一张红外光谱图有5~30个吸收峰。2.2红外光谱的基本原理2.2.1红外光谱产生的条件满足两个条件:(1)辐射62616964757a686964616fe58685e5aeb931333433623763应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量;(2)辐射与物质间有相互偶合作用。1)E红外光=ΔE分子振动或υ红外光=υ分子振动2)红外光与分子之间有偶合作用:分子振动时其偶极矩(μ)必须发生变化,即Δμ≠0。3)能级跃迁选律:振动量子数(ΔV)变化为±1时,跃迁几率最大。从基态(V=0)到第一振动激发态(V=1)的跃迁最重要,产生的吸收频率称为基频。红外光的能量是通过分子振动时偶极矩的变化传递给分子。对称分子:没有偶极矩,辐射不能引起共振,无红外活性。如:N2、O2、Cl2等。非对称分子:有,原理:当一束具有连续波长的红外光通过物质,物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时,分子就吸收能量由原来的基态振(转)动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级,分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁,该处波长的光就被物质吸收。拓展资料:光谱分析是一种根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成,结构或者相对含量的方法。按照分析原理,光谱技术主要分为吸收光谱,发射光谱和散射光谱三种;按照被测位置的形态来分类,光谱技术主要有原子光谱和分子光谱两种。红外光谱属于分子光谱,有红外发射和红外吸收光谱两种,常用的一般为红外吸收光谱。分子运动32313133353236313431303231363533e78988e69d8331333365663530有平动,转动,振动和电子运动四种,其中后三种为量子运动。分子从较低的能级E1,吸收一个能量为hv的光子,可以跃迁到较高的能级E2,整个运动过程满足能量守恒定律E2-E1=hv。能级之间相差越小,分子所吸收的光的频率越低,波长越长。红外光谱 (Infrared Spectroscopy, IR) 的研究开始于 20 世纪初期,自 1940 年商品红外光谱仪问世以来,红外光谱在有机化学研究中得到广泛的应用。现在一些新技术 (如发射光谱、光声光谱、色——红联用等) 的出现,使红外光谱技术得到更加蓬勃的发展。本回答被网友采纳,红外光谱的原理:当一束具有连续波长的红外光通过物质bai,物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时,分子就吸收能量由原来的基态振du(转)动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级,分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁,该处波长的光就被物质吸收。所以,红外光谱法实质上是zhi一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结dao构和鉴别化合物的分析方法。拓展资料红外光专谱是分子能选择性吸收某些波长的红外线,而引起分子中振动能级和转动能级的跃迁,检测红外线被吸收的情况可得到物质的红外吸收光谱,又称分子振动光谱或振转光属谱。红外光谱图通常用波长(λ)或波数(σ)为横坐标,表示吸收峰的位置,用透光率(T%)或者吸光度(A)为纵坐标,表示吸收强度。参考资料:百度百科-红外光谱本回答被网友采纳,当一束具有连续波bai长的红外光通过物质,物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的du频率一样时,分子就吸收能量由原来的基态振(转)动能级zhi跃迁到能量较高的振(转)动能级,分子吸收红外辐射后发生振动和转dao动能级的跃迁,该处波长的光就被物质吸收。所以,红外光谱法实质上是版一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方权法。本回答被提问者和网友采纳www.zgxue.com防采集请勿采集本网。

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定苯甲酸的红外光谱制样方法: 1、对于固体样品: 压片法、粉末法、薄膜法、糊剂法、溶液法。2、对于液体样品: 液膜法、溶液法、薄膜法。主要用于高分子化合物的测定。可将它们直接加热熔融制或

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该类型仪器的优点:是使用扫描型近红外光谱仪可对样品进行全谱扫描,扫描的重复性和分辨率叫滤光片型仪器有很大程度的提高,个别高端的色散型近红外光谱仪还可以作为研究级的仪器使用。化学计量学在近红外

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2、傅里叶红外光谱仪:是基于zd对干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而开发的红外光谱仪。二、构成不同 1、红外分光光度计:探测器将上述交变的信号转换为相应的电信号,经放大器进行电压放大后,转入A/D

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红外光谱法又称“红外分光光度分析法”。简称“IR”,分子吸收光谱的一种。利用物质对红外光区的电磁辐射的选择性吸收来进行结构分析及对各种吸收红外光的化合物的定性和定量分析的一法。被测物质

红外光bai谱图是用来推断化合物结构的,物质分析所得的红外光谱图反映出物质所含的官能团的种类以及其所处的化学环境。如果你知道混合物的大致成分,可以利用紫外分光光度法或者高效液相色谱法来确定混合物中各成分的含量,想要确定元素的种类则要du借助质谱分析。通过对特征谱和指纹区的分析可以确定化合物的结构,但是如果是混合物,那么所得的谱线就会受到不同物质之间光谱性质zhi的差别而发生红移或蓝移,导致无法确定物质的结构,所以红外光谱一般不用于测定混合物。拓展资料:红外光谱仪是利用物质对不同波长的红外辐射的吸收特性,进行分dao子结构和化学组成分析的仪器。红外光谱仪通常由光源,单色器,探测器和计算机处理信息系统组成。根据分光装置的不同,分为色回散型和干涉型。对色散型双光路光学零位平衡红外分光光度计而言,当样品吸收了一定频率的红外辐射后,分子的振动能级发生跃迁,透过的答光束中相应频率的光被减弱,造成参比光路与样品光路相应辐射的强度差,从而得到所测样品的红外光谱。参考资料:红外光谱仪_百度百科,首先,红外光谱图是用来推断化合物结构的,物质分析所得的红2113外光谱图反映出物质所含的官能团的种类以及其所处的化学环境,通过对特征谱和指纹区的5261分析可以确定化合物的结构,但是4102如果是混合物,那么所得的谱线就会受到不同物质之间光谱性质的差别而发生1653红移或蓝移,导致无法确定物质的结构,所以红外光谱一般不用于测定混合物,如果你知道混合物的大致成分,版可以利用紫外分光光度法或者高效液相色谱法来确定混合物中各成分的含量,想要确定元素的权种类则要借助质谱分析更多追问追答追问哥们,你好,来个QQ,求详情,谢谢追答如果你要深入研究的话一两句话是说不清楚的,建议你买一本⦅仪器分析⦆,会对你的研究很有帮助的追问不是的,我不是深入研究,我只是需要做个实验,生物质原料,就是农村烧的柴火,我现在需要测得它的成分有哪些,含量多少,同时还需要得到这个样品里的元素有哪些,含量多少。但是我研读傅里叶仪器的原理和说明,好像干不了这些,所以很困惑,追答呵呵,这个不光你困惑,交给中科院的人他们也会困惑,因为自然界获得的材料成分十分复杂,比如说一根树枝,里面就有可能含有几十上百种有机物,对于这么复杂的混合物,现有的分析手段几乎无法完全分析其组成成分。只有你确定几种目标成分,并且从原材料里面将他们提取分离出来,才有可能对它们进行结构分析和含量测定本回答被提问者采纳,一、酒制品检测分析不同产地的葡萄酒具有不同的质量与风格,市场上葡萄酒以假乱真、以次充好现象颇多,寻找简单有效地鉴别葡萄酒产区的方法,有利于葡萄酒市场的健康发展。向伶俐等人采用近、中红外光谱的贝叶斯信息融合技术对葡萄酒原产地进行快速识别,建模集准确率为87.11 %,检验集准确率为90.87 %,提高判32313133353236313431303231363533e58685e5aeb931333366303164别的准确度,为葡萄酒原产地真伪识别提供了一种高效低成本的新方法。此外,利用红外光谱对白酒年份与香型鉴别也有十分效。因不同香型白酒的成分有所差异,其红外光谱也不尽相同,可根据红外光谱差异鉴别不同年份的白酒。二、蜂蜜检测分析我国蜂蜜质量参差不齐,掺假现象也较为严重。孙燕等利用中红外图谱分析仪结合化学计量软件建立饶河黑蜂蜂蜜产地真假判别模型判别饶河本地的蜂蜜样品和其它地区蜂蜜样品,准确率达90.3 %,为蜂蜜真伪鉴别提供了一种有效的方法。三、谷类检测分析近年来,少数造假者频频在陈旧大米中涂抹掺加植物油、矿物油,增加其亮度和光泽,冒充优质新鲜大米销售,严重危害消费者身心健康。张耀武等利用红外光谱对涂有和掺有矿物油的大米进行定性鉴别。将分离出含有矿物油的试样进行红外光谱测试,未出现 1745 cm-1脂 C=O 的伸缩振动吸收和1000~1300 cm-1伸缩振动吸收,证明该试样中含有直链烷烃的矿物油。文中指出该方法可用于对大米、饼干、瓜子和食用油中是否掺加工业矿物油的鉴定。粮食在高温高湿条件下极易发霉变质,不仅造成经济损失还严重威胁人畜健康。刘凌平等利用傅里叶变换衰减全反射红外光谱技术结合化学计量学方法(ART-FTIR),对稻谷中7 种常见有害霉菌进行了快速鉴定,建立的线性判别分析和偏最小二乘判别分析模型对7种不同类别菌株的留一交互验证整体正确率分别达到 87.1 %和87.3 %,表明ART-FTIR 技术技术可用于谷物中霉菌不同属间的快速鉴别,尤其对不同菌属的霉菌具有良好的判别效果。四、果蔬检测分析果蔬中农药残留快速、高效的检测技术是当前食品安全控制关注的重大问题。朱春艳用傅里叶红外光谱技术对敌百虫和辛硫磷两种农药的红外光谱进行了测量和分析。验证了FTIR/ATR技术快速检测蔬菜中有机磷农药残留的可行性,测定敌百虫的最低的检测限为0.2×10-6(体积分数),相关系数为0.9141,辛硫磷的最低检测限为0.02×10-6,相关系数为0.9036,为果蔬农药残留检测提供了一种方便、快捷、准确的方法。扩展资料:傅里叶变换红外光谱仪主要由红外光源、分束器、干涉仪、样品池、探测器、计算机数据处理系统、记录系统等组成。(1)光源:傅里叶变换红外光谱仪为测定不同范围的光谱而设置有多个光源。通常用的是钨丝灯或碘钨 灯(近红外)、硅碳棒(中红外)、高压汞灯及氧化钍灯(远红外)。(2)分束器:分束器是迈克尔逊干涉仪的关键元件。其作用是将入射光束分成反射和透射两部分,然后 再使之复合,如果可动镜使两束光造成一定的光程差,则复合光束即可造成相长或相消干涉。对分束器的要求是:应在波数v处使入射光束透射和反射各半,此时被调制的光束振幅最大。根据使用 波段范围不同,在不同介质材料上加相应的表面涂层,即构成分束器。(3)探测器:傅里叶变换红外光谱仪所用的探测器与色散型红外分光光度计所用的探测器无本质的区 别。常用的探测器有硫酸三甘钛(TGS)、铌酸钡锶、碲镉汞、锑化铟等。(4)数据处理系统:傅里叶变换红外光谱仪数据处理系统的核心是计算机,功能是控制仪器的操作,收集 数据和处理数据。参考资料:百度百科——傅里叶红外光谱仪本回答被网友采纳,前面的兄弟说得不错。我也说两句:,能否测到这个混合物中样抄品的各个成分比重?这个可以尝试,如果前期工作,如标袭样,曲线做好,红外光谱可以实现。能否测到混合2113物中各个元素占比?这个应该不能,因为5261红外光谱仪不能测出元素及元素含量,只能测出官能团、化学键等分子结构。仅供参考。可以到哪个学校,找一个红外光4102谱测试一下(要找同样1653研究方向的,不同领域红外的应用也不同)。追问也谢谢这位兄弟内容来自www.zgxue.com请勿采集。


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