文档介绍：傅立叶变换红外光谱仪的原理和应用指导书
傅立叶变换红外光谱仪的原理和应用实验指导书
贵州大学精细化工研究开发中心（绿色农药与生物工程重点实验室）
1、实验类型及学时数
实验类型：设计性实验(研究性实验）
学时数：6学时
2、实验目的和意义
红外及拉曼光谱都是分子振动光谱。通过谱图解析可以获取分子结构的信息。任何气态、液态、固态样品均可进行红外光谱测定，这是其它仪器分析方法难以做到的。由于每种化合物均有红外吸收，尤其是有机化合物的红外光谱能提供丰富的结构信息，因此红外光谱法是有机化合物结构解析的重要手段之一。
傅立叶变换红外光谱仪是20世纪70年代发展起来的新一代红外光谱仪，它具有以下特点：一是扫描速度快，可以在1s内测得多张红外谱图；二是光通量大，可以检测透射较低的样品，可以检测气体、固体、液体、薄膜和金属镀层等不样品；三是分辨率高，便于观察气态分子的精细结构；四是测定光谱范围宽，只要改变光源、分束器和检测器的配置，就可以得到整个红外区的光谱。广泛应用于有机化学、高分子化学、无机化学、化工、催化、石油、材料、生物、医药、环境等领域。
通过学****红外光谱仪的构成和使用方法，及其在定性、定量分析中的应用，培养学生严谨的科学态度、细致的工作作风、实事求是的数据报告和良好的实验****惯（准备充分、操作规范，记录简明，台面整洁、实验有序，良好的环保和公德意识）。培养培养学生的动手能力、理论联系实际的能力、统筹思维能力、创新能力、独立分析解决实际问题的能力、查阅手册资料并运用其数据资料的能力以及归纳总结的能力等。
3、实验原理
红外吸收光谱分析方法主要是依据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息进行测定。
双原子分子的红外吸收频率
分子振动可以近似地看作是分子中原子心平衡点为中心，以很小的振幅做周期性的振动。这种振动的模型可以用经典的方法来模拟。如图1所示，m1和m2分别代表两个小球的质量，即两个原子的质量，弹簧的长度就是化学键的长度。这个体系的振动频率取决于弹簧的强度，即化学键的强度和小球的质量。其振动是在连接两个小球的键轴方向发生的。
图1 双原子分子的振动模型
用经典力学的方法可以得到如下的计算公式：
或
可简化为：
式中，是频率，Hz；是波数，cm-1；k是化学键的力常数，g/s2；c是光速(3×1010cm/s)；是原子的折合质量(=m1m2/(m1+m2)。
一般来说，单键的k=4×105～6×105 g/s2；双键的k=8×105～12×105 g/s2；叁键的k=12×105～20×105 g/s2。
多原子分子的吸收频率
双原子分子振动只能发生在联接两个原子的直线上，并且只有一种振动方式，而多原子分子振动则有多种振动方式。假设由n个原子组成，每一个原子在空间都 有3个自由度，则分子有3n个自由度。非线性分子的转动有3个自由度，线性分子则只有2个转动自由度，因此非线性分子有3n-6种基本振动，而线性分子有3n-5种基本振动。以H2O分子为例，其各种振动如图所示，水分子由3个原子组成并且不在一条直线上，其振动方式应有3×3－6＝3个，分别是对称和非对称伸缩振动和弯曲振动。O－H键长度改变的振动称为伸缩