红外光谱法
第一节 概述
红外光谱法（infrared spectroscopy ）研究红外光与物质间相互作用的科学，即以连续波长的红外光为光源照射样品引起分子振动和转动能级之间跃迁，所测得的吸收光谱为分子的振转光谱，又称红外光谱。红外区可分为以下几个区域，见表2-1。
表2-1 红外光谱区域划分
红外光谱在化学领域中主要用于分子结构的基础研究（测定分子的键长、键角等）以及化学组成的分析（即化合物的定性定量），但其中应用最广泛的还是化合物的结构鉴定，根据红外光谱的峰位、峰强及峰形，判断化合物中可能存在的官能团，从而推断出未知物的结构。有共价键的化合物（包括无机物和有机物）都有其特征的红外光谱，除光学异构体及长链烷烃同系物外，几乎没有两种化合物具有相同的红外吸收光谱，即所谓红外光谱具有“指纹性”，因此红外光谱法用于有机药物的结构测定和鉴定是最重要的方法之一。
第二节 红外光谱法的基本原理
红外光谱法主要研究分子结构与其红外光谱之间的关系。一条红外吸收曲线，可由吸收峰（max λ或～
ν）及吸收强度（ε）来描述，本节主要讨论红外光谱的起因，峰位、峰数、峰强及红外光谱的表示方法。
一、红外光及红外光谱
介于可见与微波之间的电磁波称为红外光。以连续波长的红外光为光源照射样品所测得的光谱称之为红外光谱。
分子运动的总能量为：转动振动平动电子分子E E E E E +++=。
分子中的能级是由分子的电子能级、平动能级、振动能级和转动能级所组成。引起电子能级跃迁所产生的光谱称为紫外光谱（第一章已详细讨论）。又因为分子的平移（E 平动）不产生电磁辐射的吸收，故不产生吸收光谱。分子振动能级之间的跃迁所吸收的能量恰巧与中红外光的能量相当，所以红外光可以引起分子振动能级之间的跃迁，产生红外光的吸收，形成光谱。在引起分子振动能级跃迁的同时不可避免的要引起分子转动能级之间的跃迁，故红外光谱又称为振–转光谱。
二、分子的振动能级与振动频率
分子是由原子组成的，原子与原子之间通过化学键连接组成分子，分子是非刚性的，而且有柔曲性，因而可以发生振动。为了简单起见，把原子组成的分子，模拟为不同原子相当于各种质量不同的小球，不同的化学键相当于各种强度不同的弹簧组成的谐振子体系，进行简谐振动。所谓简谐振动就是无阻尼的周期线性振动。
(一) 双原子分子的振动及其频率
为了研究简单，以双原子分子为例，说明分子的振动。如果把化学键看成是质量可以忽略不计的弹簧，A ，B 两原子看成两个小球，则双原子分子的化学键振动可以模拟为连接在一根弹簧两端的两个小球的伸缩振动。也就是说把双原子分子的化学键看成是质量可以忽略不计的弹簧，把两
个原子看成是在其平衡位置作伸缩振动的小球（如图2-1）。振动位能与原子间距离r 及平衡r e 距离间关系：
2)(2
1e r r K U -= (2－1) k 为力常数，当r =r e 时， U =0，当r > r e 或r < r e 时，U > 0。振动过程位能的变化，可用位能曲线描述(图2-2)。假如分子处于基态(υ = 0)，振动过程原子间的距离r 在f 与f ′间变化，位能沿f →最低点→ f ′曲线变化，在υ =1时r 在e 与e ′间变化，位能沿e →最低点→e ′曲线变化。其它类推，在A ，B 两原子距平衡位置最远时
νh V U E v )2
1(+== (2－2) ν为分子的振动频率， υ为振动量子数υ = 0，1，2……， h 为planck 常数。
图2-1 谐振子振动示意图 图2-2 势能曲线
由图2-2势能曲线可知
(1) 振动能是原子间距离的函数，振幅加大。振动能也相应增加。
(2) 在常态下，分子处于较低的振动能级，分子的振动与谐振子振动模型极为相似。只有当υ = 3 或4时分子振动势能曲线才显著偏离谐振子势能曲线。而红外吸收光谱主要从基态(υ = 0)跃迁到第一激发态(υ =1)或第二激发态(υ =2)引起的红外吸收。因此可以利用谐振子的运动规律近似讨论化学键的规律。
(3) 振幅越大势能曲线的能级间隔将越来越密。
(4)从基态(υ0)跃迁到第一激发态(υ1)时将引起一强的吸收峰称为基频峰(fundamental bands); 从基态(υ0)跃迁到第二激发态(υ2)或更高激发态(υ3)时将引起一弱的吸收峰称为倍频峰(overtone bands)。
(5)振幅超过一定值时，化学键断裂，分子离解，能级消失势能曲线趋近于一条水平直线，此时E max 等于离解能(见图2-2中b →b ′曲线)
根据Hooke 定律，其谐振子的振动频率 μπνK 21
= (2 – 3)
k 为力常数，单位牛顿/米(N/m)，μ为折合质量。若表示双原子分子的振动时， k 以毫达因/埃(mD/?)为单位，m 以原子的摩尔质量表示，单位为克(g)。红外光谱中常用～
υ波数表示频率。
B
A B
A 'm m m m K K
~+==13071307μν (2 – 4) k 为化学键常数，含意为两个原子由平衡位置伸长1 ?后的恢复力，m A 、m B 分别为A 、B 的摩尔质量，单位克(g)。
实验结果表明，不同化学键具有不同的力常数，单键力常数(k )的平均值为5 mD/?，双键和叁键的力常数分别为单键力常数的二倍及三倍即双键的k = 10mD/?， 叁键的k = 15mD/?。
（二） 双原子分子的振动能量
分子的振动能量： νh )V (E v 2
1+
= （2 – 5 ） 常温下，大多数分子处于振动基态(υ = 0)，分子在基态的振动能量νh E 2
10=，分子受激发后，处于第一激发态(υ =1)的能量为：νh E 231=。分子由振动基态(υ = 0)，跃迁到振动激发态的各个能级，需要吸收一定的能量来实现。这种能量可由照射体系红外光来供给。由振动的基态(υ = 0)跃迁到振动第一激发态所产生的吸收峰为基频峰。光子能量L L h E ν=，而基态和第一激发态能级差ν?h E E E =-=01，分子吸收能量是量子化的，即分子吸收红外光的能量必须等于分子振动基态和激发态能级差的能量△E ，∴L E E =?，即ννh h L =， νν=L （2 – 6）
由此可见，分子由基态(υ = 0)跃迁到第一激发态（υ = 1）吸收红外光的频率等于分子的化学键振动频率。由（2 – 4）可知分子的振动频率取决于键力常数（k ）和形成分子两原子的折合质量（μ），利用此式可近似计算出各种化学键的基频波数。例如碳–碳键的伸缩振动引起的基频峰波数分别为： 碳–碳键折合质量 612
121212=+?=+=B A B A 'm m m m μ C –C k = 5 mD/? 11906513071307==='K ~μν
㎝-1 C = C k = 10 mD /? 169061013071307==='K ~μν
㎝-1 C ≡C k = 15mD /? 20606151307
1307==='K ~μν㎝-1 上式表明化学键的振动频率与键的强度和折合质量的关系。键常数（k ）越大，折合质量（μ′）越小，振动频率越大。反之，k 越小，μ′越大，振动频率越小。由此可以得出： ① 由于k C ≡C > k C = C > k C –C ，故红外振动波数：ν~C ≡C > ν~C = C > ν~ C –C 。
② 与C 原子成键的其它原子随着原子质量的增加，μ′增加，相应的红外振动波数减小：
I C Br C Cl C O C C C H C ------>>>>>νννννν~~~~~~。
③ 与氢原子相连的化学键的红外振动波数，由于μ′小，它们均出现在高波数区：ν~C-H
2900
㎝-1、ν~O-H 3600～3200㎝-1、ν~N-H
3500～3300㎝-1。 ④ 弯曲振动比伸缩振动容易，说明弯曲振动的力常数小于伸缩振动的力常数，故弯曲振动在红外光谱的低波数区，如 δC-H 1340㎝-1，γ =CH 1000～650㎝-1。 伸缩振动红外光谱的高波数区νC-H 3000㎝-1。
三、振动光谱选律
产生红外吸收的振动必须要满足振动的选律即振动光谱的选择性定律。
1.只有能引起分子偶极矩（μ）变化（△μ≠0）的振动，才能观察到红外吸收光谱。非极性分子在振动过程中无偶极矩变化，故观察不到红外光谱。
如同单质的双原子分子（如H 2、O 2、Cl 2……等），只有伸缩振动，这类分子的伸缩振动过程不发生偶极矩变化没有红外吸收。对称性分子的对称伸缩振动（如CO 2的νO=C=O ）也没有偶极矩变化，也不产生红外吸收。不产生红外吸收的振动称为非红外活性振动。
2.量子力学证明，非谐振子的选律不只局限于△υ﹦±1，即不局限于相邻振动能级之间的跃迁。△υ可以等于任何其它整数值，即：△υ﹦±1，±2，±3……。真实分子的振动仅是近似的简谐振动，故它可遵守非谐振子的这一选律。
为了说明以上的选律，我们可先讨论一下振动的吸收过程。
双原子分子在一定温度下，吸收一定能量处于相应的振动能级，以一定的频率振动着。在振动过程中，两原子间相对位置发生变化。这样振动的两原子正负电荷中心相对位置发生变化，即分子偶极矩发生变化。这样振动的两原子分子就产生一个频率与其振动频率相同，大小周期性变化的交变电磁场，当用一束红外光照射分子时，由分子振动偶极变化产生的交变电磁场便与频率相等的红外光相互作用，而使分子的振幅加大，从低振动能级跃迁到高的振动能级。被吸收的光子能量恰好等于这两个振动能级之间的能量差，即△E ﹦h νL ，由基态跃迁到第一激发态时νh E =?。 ∴ ννh h L =，即 νν=L 。
对于不发生偶极变化的振动，就不产生偶极变化的交变电磁场，不与红外光相互作用，不产生红外吸收光谱，即为非红外活性的振动。在红外吸收光谱中，振动能级由基态(υ = 0)跃迁到振动第一激发态(υ =1)的吸收基频峰，由于△υ﹦1，所以分子的基频峰位置，即分子的振动频率。分子由υ = 0跃迁到第二激发态(υ =2)的△υ﹦2，ν
~光子=2ν~振所吸收的红外线频率是基团基本振动频率的二倍，产生的吸收峰为二倍频峰。
在倍频峰中，二倍频峰还较强，三倍频峰以上，由于跃迁几率很小，常常是很弱的，一般测不到。由于分子的非谐性质，倍频峰并非基频峰的整数倍，而是略小一些。除此之外还有合频峰υ1﹢υ2，2υ1﹢υ2……，差频峰υ1﹣υ2，2υ1﹣υ2……等。倍频峰、合频峰及差频峰统称为泛频峰，在红外图谱上出现的区域称为泛频区。泛频峰的存在，使光谱变得复杂，但也增加了光谱对分子结构特征性的信息。
四、分子的基本振动形式
（一） 基本振动形式
有机化合物分子大都是多原子分子，振动形式比双原子分子要复杂得多，在红外光谱中分子的基本振动形式可分为两大类，一类是伸缩振动（ν），另一类为弯曲振动（δ）。
1. 伸缩振动(stretching vibration)
沿键轴方向发生周期性的变化的振动称为伸缩振动。多原子分子（或基团）的每个化学键可以看近似的可看成一个谐振子，其振动形式可分为：
① 对称伸缩振动νs 或νs
② 不对称伸缩振动νas 或νas
2. 弯曲振动（bending vibration ）
使键角发生周期性变化的振动称为弯曲振动。其振动形式可分为：
①面内弯曲振动（β）：弯曲振动在几个原子所构成的平面内进行，称为面内弯曲振动。
又可分为：
a．剪式振动（δ）：在振动过程中键角发生变化的振动。
b．面内摇摆振动（ρ）：基团作为一个整体，在平面内摇摆的振动。
②面外弯曲振动（γ）：弯曲振动在垂直于几个原子所构成的平面外进行，称之为面外弯曲振动。也可分为两种：
a．面外摇摆振动（ω）
b．卷曲振动（η）
c．以次甲基（=CH2）为例来说明各种振动形式：
对于-CH3或-NH3﹢等基团的弯曲振动也有对称和不对称振动之分。
上面几种振动形式中出现较多的是伸缩振动（νs和νas），剪式振动（δ）和面外弯曲振动（γ）。按照振动形式的能量排列，一般为νas > νs > δ > γ。
（二）振动的自由度与峰数
理论上讲，一个多原子分子在红外光区可能产生的吸收峰的数目，决定于它的振动自由度。
原子在三维空间的位置可用x ，y ，z三个坐标表示，称原子有三个自由度，当原子结合成分
子时，自由度数目不损失。对于含有N个原子的分子中，分子自由度的总数为3N个。分子的总
的自由度是由分子的平动（移动）、转动和振动自由度构成。即分子的总的自由度3N= 平动自由
度+ 转动自由度+ 振动自由度。
分子的平动自由度：分子在空间的位置由三个坐标决定，所以有三个平动自由度。
分子的转动自由度：是因分子通过其重心绕轴旋转产生，故只有当转动时原子在空间的位
置发生变化的，才产生转动自由度。
1.线性分子：线性分子的转动有以下A，B，C三种情况，A方式转动时原子的空间位置未
发生变化，没有转动自由度，因而线性分子只有两个转动自由度。
所以线性分子的振动自由度= 3N﹣3﹣2 = 3N﹣5。
2.非线性分子：有述三种转动方式，每种方式转动原子的空间位置均发生变化，因而非线性分子的转动自由度为3。
所以非线性分子的振动自由度= 3N﹣3﹣3 = 3N﹣6。
理论上讲，每个振动自由度（基本振动数）在红外光谱区就将产生一个吸收峰。但是实际上，峰数往往少于基本振动的数目，其原因是：
①当振动过程中分子不发生瞬间偶极矩变化时，不引起红外吸收。
②频率完全相同的振动彼此发生简并。
③弱的吸收峰位于强、宽吸收峰附近时被交盖。
④吸收峰太弱，以致无法测定。
⑤吸收峰有时落在红外区域（4000㎝-1～400㎝-1）以外。
若有泛频峰时，也可使峰数增多，但一般很弱或者超出了红外区。
例1 水分子的基本振动形式与其红外光谱
水分子为非线性分子振动自由度= 3×3 ﹣6 = 3，三种振动形式与红外光谱见图2-3，每一种基本振动形式，产生一个吸收峰。
图2-3 H2O分子的三种振动形式与其红外光谱
例2CO2分子的基本振动形式与其红外光谱
CO2为线性分子，振动自由度= 3×3 ﹣ 5 = 4 ，其四种振动形式及其红外光谱见图2-4。CO2
图2-4 CO2分子的振动形式与其红外光谱
有四种振动形式，但红外图上只出现了两个吸收峰，（2349㎝-1和667㎝-1），这是因为CO2的对称伸缩振动，不引起瞬间偶极矩变化，是非红外活性的振动，因而无红外吸收，CO2面内弯曲振动（δ）和面外弯曲振动（γ）频率完全相同，谱带发生简并。
五、红外光谱的表示方法
红外光谱中吸收峰的位置可用波长（λ）或波数（ ~）来表示，即红外光谱有频率（波数）等
间隔和波长等间隔两种表示方法，见图2-5和图2-6。如不注意坐标的表示很可能把同一物质用不同的横坐标表示的红外光谱误认为不同化合物的红外光谱。
图2-5，2-6 苯酚的红外光谱
六、影响吸收谱带位置和强度的因素
（一）影响吸收谱带位置的因素
分子内各基团的振动不是孤立的，而是受到邻近基团和整个分子其它部分结构的影响，了解峰位的影响因素有利于对分子结构的准确判定。
1.内部因素
⑴电子效应
a. 诱导效应（I 效应）
由于电负性物质的取代而使基团周围电子云密度发生变化，吸电子基团的诱导效应常使吸收峰向高频移动。如： O C =ν
R O
R' R C O R'O R C O Cl 1715cm -1 1735cm -1 1780cm -1
b.共轭效应（C 效应或M 效应）
共轭效应存在使电子云密度平均化，使双键的性质降低，力常数减小，双键吸收峰向低波数区移动，如：O
C =ν
R O R'R O CH C 3CH 3R C O NH 2 1715cm -1 1690cm -1 1680cm -1
如果同时存在-I 效应和C 效应吸收峰的位移方向由影响较大的那个效应所决定。
（2）空间效应
a. 场效应（F 效应）
诱导效应与共轭效应是通过化学键而使电子云密度发生变化的，场效应是通过空间作用使电子云密度发生变化的，通常只有在立体结构上相互靠近的基团之间才能发生明显的场效应。如：
1716cm -1 1728cm -1O Br O Br CH 3
H 3C
(e)(a)
环己酮和4，4-二甲基环己酮的νC=O 有差别，是由于在Ⅰ、Ⅱ两个化合物中虽然C-Br 与C=O 可形成两个偶极，但在Ⅱ中C-Br 键处于平伏状态与C=O 靠得较近，将与C=O 键产生同电荷的反拨，致使Br 与O 电负性减小（C-Br 与C=O 的极性减小），C=O 的双键性增加，结果νC=O 增高，（Ⅱ中Br 键处于平伏构象的原因是由于-CH 3位阻的影响）。Ⅰ中无空间障碍Br 处在直立键。在甾体药物中，常遇到α-卤素酮的规律也是F 效应的结果。
b. 空间位阻
C
CH 3O O C CH 3
H 3C
CH 3CH 3
1663cm -11715cm -1
Ⅱ的立体障碍比较大，使环上的双键与C=O 共平面性降低共轭受到限制，故Ⅱ的双键性强于Ⅰ的双键性，吸收峰出现在高波数区。
c.跨环效应
例如：中草药中的克多品生物碱νC=O 1675㎝-1比正常的νC=O 吸收频率低，主要由于共振，使含C=O 双键比例降低，含有单键比例增高的缘故。 如果使克多品生物碱生成高氯酸盐时，则根本看不到νC=O 振动吸收峰。
d.环张力
（1） 环状烃类化合物比链状化合物吸收频率增加。
（2） 对环外双键及环上羰基来说，随着环元素的减少，环张力增加，其振动频率相应增加，见图2-7。环上羰基类从没有张力的六元环每减少一个碳原子，使νC=O 吸收频率升高30㎝-1。这是由于构成小环的C –C 单键，为了满足小内角的要求，需要C 原子提供较多的p 轨道成分（键角越小碳键的p 轨道成分越多，如sp 杂化轨道间夹角180°；sp 2杂化为120°；sp 3为109°），而2
使C-H 键有多的s 轨道成分，C ，H 形成分子轨道时电子云重叠增加，C-H 键的强度（K ）增加，吸收频率升高。同样形成环外双键时，双键ζ键的p 轨道成分相应减少，而s 轨道成分增加，C=C 力常数增加，频率升高。
图2-7 环张力对碳碳双键伸缩振动频率的影响
上：六元环环外双键；中：五元环环外双键 下：四元环环外双键，
随着张力增大，碳碳双键伸缩振动频率逐渐增大。
CH 2CH 2
CH 2CH 2
1651cm -11657cm -11678cm -11780cm -1
1715cm -11745cm -11780cm -11815cm -1O O
O
O
（3） 环内双键的νC=C 则随环张力的增加或环内角的变小而降低，环丁烯（内角90°）达最小值，环内角继续变小（环丙烯内角60°）吸收频率反而升高。
1646c m -11611cm -11566cm -11641cm
-11650cm -1
这一现象可用C=C 双键的振动与键合的C-C 单键的振动偶合得到解释，当C-C 单键与C=C
双键相垂直的（环丁烯中）C-C 键的振动与C=C 键的振动正交因而不能偶合，当内角大于（或小于）90°，νC-C 可分解成a ，b 两个矢量，其中a 与νC=C 在一条直线上，两种振动的偶合，导致吸收频率增高。
③ 氢键效应
a. 分子内氢键
分子内氢键的形成，可使吸收带明显向低频方向移动。 O O O O O
OH
A B
νC=O （缔合）1622㎝-1 νC=O （游离）1675㎝-1 νC=O （游离）1776㎝-1 νOH （游离）3610㎝-1
νOH （缔合）2843㎝-1
b. 分子间氢键
分子间氢键受浓度影响较大，在极稀的溶液中（醇或酚）呈游离的状态，随着浓度的增加，分子间形成氢键的可能性增大，νOH 向低频方向移动。在羧酸类化合物中，分子间氢键的生成不仅使νOH 向低频方向移动，而使νC=O 也向低频方向移动。见图2-8。
图2-8 不同浓度乙醇CCl 4溶液的红外光谱
④ 互变异构
分子发生互变异构，吸收峰也将发生位移，在红外图谱上能够看出各互变异构的的峰形。如乙酰乙酸乙酯的酮式和烯醇式的互变异构，酮式νC=O 1738㎝-1 ，1717㎝-1 ，烯醇式νC=O 1650㎝-1 ，νOH 3000㎝-1。
⑤ 振动偶合效应
当两个相同的基团在分子中靠得很近时，其相应的特征吸收峰常发生分裂，形成两个峰，这种现象叫作振动偶合。
如：酸酐，丙二酸，丁二酸及其酯类，由于两个羰基的振动偶合，使νC=O 吸收峰分裂成双峰：
如（二元酸结构式），当n=1，丙二酸νC=O 1740㎝-1，1710㎝-1 ，n=2，丁二酸νC=O 1780㎝-1，1700㎝-1。n>3时，只有一个νC=O 吸收峰。
但是二羰基甾体和多羰基甾体，醌类化合物中，没有这种振动偶合的现象。
还有一种振动偶合作用称为费米共振（Fermi resonance ），当倍频峰（或泛频峰）出现在某强的基频峰附近时，弱的倍频峰（或泛频峰）的吸收强度常常被增强，甚至发生分裂，这种倍频峰（或泛频峰）与基频峰之间的振动偶合现象称为费米共振。
如环戊酮的骨架伸缩振动889㎝-1的二倍频峰为1778㎝-1，与环戊酮的C=O 伸缩振动1745㎝-1峰离得很近，被大大增强出现了下图（a ）的情况。当用重氢氘代后，由于环戊酮的骨架伸缩振动变成827㎝-1，其倍频峰变为1654㎝-1，离C=O 伸缩振动较远，不被加强，结果在此区域出现C=O 的单峰。如下图（b ）所示。
⑥ 样品物理状态的影响
气态下测定红外光谱，可以提供游离分子的吸收峰的情况，液态和固态样品，由于分子间的缔合和氢键的产生，常常使峰位发生移动。如丙酮νC=O 气态1738㎝-1，液态1715㎝-1。
2.外部因素
①溶剂影响
极性基团的伸缩振动常常随溶剂极性的增加而降低。极性基团的伸缩振动频率常常随溶剂极性的增加而降低。如羧酸中O C =ν的伸缩振动在非极性溶剂、乙醚、乙醇和碱中的振动频率分别为1 760 cm-1、1 735 cm-1、 1 720 cm-1和1 610 cm-1。所以在核对文献时要特别注意溶剂的影响。
②仪器的色散元件
棱镜与光栅的分辨率不同，光栅光谱与棱镜光谱有很大不同。在4000~2500㎝-1波段内尤为明显。
（二）影响吸收带强度的因素
1. 峰强度的表示
物质对红外光的吸收符合Lambert-Beer 定律，故峰强可用摩尔吸收系数ε表示。通常ε>100时，为很强吸收，用vs 表示；ε=20~100时，为强吸收，用s 表示；ε=10~20时，中强吸收，用m 表示；ε=1~10，为弱吸收，用w 表示；ε<1时，为很弱吸收，用vw 表示。
2. 影响吸收带强度的因素
能级跃迁几率与振动过程中偶极矩变化均可影响吸收带强度。如倍频峰当由基态跃迁到第二激发态时，振幅加大，偶极矩变大，但由于这种跃迁的几率很低，结果峰强度很弱。又如样品浓度增大，峰强增大，这是由于跃迁几率增加的缘故，基态分子的很少一部分，吸收某一频率的红外线，
产生振动能级的跃迁而处于激发态。激发态分子通过与周围基态分子的碰撞等原因，损失能量而回到基态，它们之间形成动态平衡。跃迁过程中激发态分子占总分子数的百分数，称为跃迁几率，谱带强度是跃迁几率的量度。一般来说，跃迁几率与偶极矩变化（△μ）有关，△μ越大，跃迁几率越大，谱带强度越强。对于基频峰的强度来说主要取决于振动过程中偶极矩的变化，因为只有引起偶极矩变化的振动才能吸收红外线而引起能级的跃迁，瞬间偶极矩变化越大，吸收峰越强。
瞬间偶极矩变化的大小与以下各种因素有关：
（1）原子的电负性
电负性相差越大，伸缩振动时，引起的瞬间偶极矩变化越大，吸收峰越强，如νC=O吸收峰强于νC=C吸收峰，νC≡N吸收峰强于νC≡C。
（2）振动形式
通常情况：νas >νs ν> δ
(3)分子的对称性
对称性越高的分子，振动过程中瞬间偶极矩变化越小，吸收峰的强度越小，完全对称的分子振动过程中△μ=0，不吸收红外光。
如：a CO2的对称伸缩振动C O
，没有红外吸收。
b 丁二酮的νC=O对称伸缩振动，不产生红外光的吸收。
（4）其它因素的影响
a 费米共振
有频率相近的泛频峰与基频峰相互作用产生费米共振，结果使泛频峰强度大大增加或发生分裂。
如苯甲醛分子在2830和2730㎝-1处产生二个特征吸收峰，这就是由于苯甲醛中νC－H（2800㎝-1）的基频峰和δC－H（1390㎝-1）的倍频峰（2780㎝-1）Fermi共振形成的。
又如：苯甲酰氯分子的1770㎝-1和1730㎝-1峰，是羰基的νC=O和苯环的γCH的倍频峰Fermi 共振形成的。
b 氢键的形成
氢键的形成往往使吸收峰强度增大，谱带变宽，因为氢键的形成使偶极矩发生了明显的变化。
c 与偶极矩变化大的基团共轭
如C=C键的伸缩振动过程偶极矩变化很小，吸收峰强度很弱，但它与C=O键共轭时，则C=O 与C=C两个峰的强度都增强。
又如当C=C基团与O连接成烯醇键（C=C－O－）结构时，νC=C强度有明显增加。
第三节各类有机药物基团的特征频率
一、药物分子结构与吸收带之间的关系
化合物的红外光谱是分子结构的客观反映，图谱中每个吸收峰都相对应于分子和分子中各种原子、键和官能团的振动形式。
按照红外光谱与分子结构的特征，红外光谱可大致分为两个区域，特征区（官能团区）（4000～1300㎝-1）和指纹区（1300～400㎝-1）。
（一）特征区
即化学键和基团的特征振动频率区。在该区出现的吸收峰一般能用于鉴定官能团的存在，在此区域的吸收峰称为特征吸收峰或特征峰。红外光谱波数在4000～1300㎝-1，这一区间的吸收峰比较稀疏，容易辨认。例如3300㎝-1附近的吸收峰是由X－H伸缩振动引起的，可用来辨认C－H、N－H和O－H等基团。如果形成氢键，吸收峰向低频方向移动，且峰形加宽。2500～1600㎝-1称
为不饱和区，是辨认C ≡N 、C ≡C 、C=O 、C=C 等基团的特征区，其中C ≡N 和C=O 的吸收特征更强。1600～1450㎝-1是有苯环骨架振动引起的区域，是辨认苯环存在的特征吸收区。1600～1300㎝-1区域主要有－CH 3、－CH 2－、－CH 以及OH 的面内弯曲振动引起的吸收峰，但特征性较差。也有少数官能团的特征频率超出官能团区域，如醚、酯的νC －O －O 伸缩振动出现在～1200㎝-1左右，C －Cl 的伸缩振动在800㎝-1～700㎝-1。总之在特征区内没有出现某些化学键和官能团的特征峰则否定该基团的存在，比出现某些化学键和官能团的特征峰则肯定该基团的存在要容易得多。
（二）指纹区
红外区吸收光谱上1300～400㎝-1的低频区称之为指纹区，该区域出现的谱带主要是单键的伸缩振动和各种弯曲振动所引起的，同时，也有一些相邻键之间的振动偶合而成并与整个分子的骨架结构有关的吸收峰，所以这一区域比较密集，对于分子来说就犹如人的“指纹”，没有两个不同的人具有相同的指纹一样，没有不同的化合物具有相同的该区域红外线吸收光谱，各个化合物结构上的微小差异在指纹区都会得到反映，因此，在确定有机化合物时用处也特别大。
（三）相关峰
一个基团有数种振动形式，每种红外活动的振动都通常相应给出一个吸收峰，这些相互依存、相互佐证的吸收峰称为相关峰。主要基团可能产生数种振动形式，如羧酸中基团（羧基结构式）的相关峰有五种即：νOH 、νC=O 、δO －H 、νC －O 和νO －H 。又如甲基（－CH 3）相关峰有νC －H 、δC －H 和
δC －C 三种，同时还可以找出as H C =δ、s CH δ和as H C -δ、s H C -δ等振动吸收峰作为佐证－CH 3存在的依据。
在确定有机化合物是否存在某种官能团时，首先应当注意有无特征峰，而相关峰的存在也常常是一个有力的旁证。
二、有机药物各种官能团的特征吸收
（一）烷烃类化合物
烷烃主要有νCH 和δCH 吸收峰。
1. νCH ：在小于3000㎝-1，即直链饱和烷烃νCH 在2800～3000㎝-1范围内，环烷烃随着环张力的增加νCH 向高频区移动。具体表现为：
－CH 3：as CH ν2970㎝-1～2940㎝-1（s ）， s CH ν2875㎝-1～2865㎝-1(m)
－CH 2: as CH ν2932㎝-1～2920㎝-1（s ）， s CH ν2855㎝-1～2850㎝-1(m)
－CH: 在2890㎝-1附近，但通常被－CH 3和－CH 2－的伸缩振动所覆盖。
－CH 2－（环丙烷）2990㎝-1～3100㎝-1（s ）
2. δCH ：甲基、亚甲基的面内弯曲振动多出现在1490㎝-1～1350㎝-1，而甲基显示出了对称与不对称面内弯曲振动两种形式。
－CH 3：as CH δ～1450㎝-1（m ），s CH δ～1380㎝-1(s)， δCH 峰的出现是化合物中存在甲基的证
明。
－CH 2－：δCH ～1465㎝-1（m ）
当化合物中存在有－CH （CH 3）2 （异丙基）或－C （CH 3）3（叔丁基）时，由于振动偶合，结果使甲基的对称面内弯曲振动（1380㎝-1）峰发生分裂，出现双峰。例如：异丙基，1380㎝-1分裂为1385㎝-1(s)附近和1370㎝-1(s)附近的两个吸收带，强度基本相等。叔丁基，1380㎝-1分裂为1390㎝-1(s)附近和1365㎝-1(s)附近的两个吸收带，且1365㎝-1附近谱带强度强于1390㎝-1附近谱带强度（约两倍）。如果是〔－C （CH 3）2－〕，1380㎝-1分裂为1385㎝-1(s)附近和1370㎝-1(s)附近的两个吸收带，且强度相差很大。
甲氧基中的甲基：甲氧基中的碳直接与氧原子连接，氧原子的影响使C －H 伸缩振动显示特
别的吸收峰，该振动在2835～2815㎝-1范围内出现尖锐而中等强度的吸收，具有很强的结构检定的意义，一般在2830㎝-1附近出现尖锐而中等强度的吸收峰，便可初步认定化合物中含有甲氧基，如醚类或酯类化合物。
乙酰基中的甲基：乙酰基中的甲基以1430㎝-1和1360㎝-1的两个吸收带为特征吸收，具有鉴别意义。
图2－14和图2－15说明烷烃类化合物的特征吸收。
在－（CH2）n－，当n>4时此类化合物在720㎝-1处出现吸收峰：当n=4和5时二者不易分开；当n>15时，此类化合物的红外光谱不能给出特征的吸收峰，鉴别失去意义。
（二
烯烃主要有ν=CH、νC=C和γ=CH吸收峰。
1.ν=CH发生在大于3000㎝-1，很容易与饱和的νC－H区分开。一般出现在3100～3010㎝-1，强度都很弱。
2.νC=C：没有共轭νC=C发生在1680～1620㎝-1，强度较弱。共轭νC=C向低频方向移动发生在1600㎝-1附近，强度增大。νC=O也发生在这一区域附近，但前者的强度弱且峰尖，后者由于氧原子
的电负性大于碳原子的电负性，振动过程中C=O 偶极矩变化大于C=C 偶极矩变化，所以峰的强度很强，足以区分羰基化合物和烯烃类化合物。
3. γ=CH ：是烯烃类化合物的最重要的振动形式，可提供结构确定最有价值的信息。它可以用来判断双键上的取代类型。取代类型与γ=CH 发生的振动频率见表2-2。
表2-2 不同取代类型的γ=CH
取代类型
振动频率㎝-1 吸收峰强度 RCH=CH 2
900和910
s R 2C=CH 2
890 m 至s RCH=CR ′H （顺）
690 m 至s RCH=CR ′H （反）
970 m 至s R 2C=CRH
840～790 m 至s 例 下列化合物（A ）与（B ）在C －H 伸缩振动区域中有何区别？ CH
CH 33
CH 3CH 3CH
(A) （B ）
解：（A ）在大于3000㎝-1处（3025㎝-1）有不饱和的C －H 伸缩振动，而（B ）在大于3000㎝-1处没有吸收。
环烯：环内双键的吸收频率随着环元素的减少，环张力增大，吸收频率降低，环丁烯达到最小；环外双键的吸收频率随着环元素的减少，环张力增大，吸收频率升高。（如前所述环张力对吸收峰谱带位置的影响）。图2-18说明烯烃类化合物的特征吸收。
例 下列化合物的红外光谱有何不同？
CH 3－CH==CH －CH 3 CH 3－CH==CH 2
（A ） （B ）
解：（A ）、（B ）都在1680～1620㎝-1
区间有νC=C 的吸收，但（A ）分子对称性较高，对称伸
缩振动时，引起瞬间偶极矩变化较小，吸收发、峰较弱。另外，C－H的面外弯曲振动（γCH）不同，（B）为RCH=CH2单取代类型，在990㎝-1和910㎝-1处有两个强的吸收峰，而（A）为RCH=CR′H双取代类型，在970㎝-1（反式）或690㎝-1（顺式）处有一个中强或强的吸收峰。
（三）炔烃类化合物
炔烃主要有ν≡CH和νC≡C吸收峰。
1.ν≡CH：ν≡CH > ν=CH，发生在3360～3300㎝-1，吸收峰强且尖锐，易于辨认。
ν≡CH > v~=CH > v~－CH可用C－H中C原子的杂化类型不同进行解释，C原子的杂化中s轨
道的成分越多，与H原子的s轨道成键形成分子轨道时，重叠的部分就越多，化学键就越稳定，键常数就越大，振动频率就越高。
2.νC≡C：发生在2100～2260㎝-1，RC≡CH：νC≡C发生在2100～2140㎝-1；R′C≡CR：νC
发生在2190～2260㎝-1（W）。νC≡N也发生在这一区域附近，但νC≡N峰很强，可以加以区分。≡C
图2-14说明炔烃类化合物的特征吸收。如果在2270㎝-1、2210㎝-1、2100㎝-1出现2～3个C≡C 振动特征峰时提示可能有－C≡C－C≡C－的存在。
（四）芳香族化合物
芳香族化合物主要有ν=CH、νC=C、泛频区、δCH和γ=CH
五种振动形式。
1.ν=CH：苯环的=CH伸缩振动中心频率通常发生在
3030㎝-1，中等强度。
2.νC=C （苯环的骨架振动）：在1650～1450㎝-1范围内常常出现四重峰，其中～1600㎝-1和～1500㎝-1的两谱带最重要，它们与苯环的=CH伸缩振动结合，可作为芳香环存在的依据。此二峰的强度变化较大，非共轭时强度较小，有时甚至以其它峰的肩峰存在，～1500㎝-1峰稍强些，当苯环与其它共轭时，这些峰强度大大增强。其它两个谱峰为～1580㎝-1（VW）和～1450㎝-1，
后者与－CH 2弯曲振动重叠，二者都不易识别，结构信息不明显，意义不大。泛频区：芳香族化合物出现在2000～1666㎝-1范围内的吸收峰称为泛频峰，其强度很弱，但这一范围的吸收峰的形状和数目，可以作为芳香族化合物取代类型的重要信息，它与取代基的性质无关。这个区域内典型的各种取代形式见右图。
3. δCH ：出现杂1225～955㎝-1范围内，该区域的吸收峰，特征性较差，结构解析意义不大。
4. γ=CH ：芳香环的碳氢面外弯曲振动在900～690㎝-1范围内出现强的吸收峰，它们是由芳香环的相邻氢振动强烈偶合而产生的，因此它们的位置与形状由取代后剩余氢的相对位置与数量来决定，与取代基的性质基本无关。常见苯环各种取代形式见上图及表2-3。
表 2-3 不同取代类型的γ=CH
取代类型
剩余氢形式 振动频率㎝-1 强度 单取代
五个相邻氢 ～750、～690 (vs) (s) 邻双取代
四个相邻氢 ～750 (vs) 间双取代
三个相邻氢 ～690、～780 (vs) (m ～s)
孤立氢 ～880 (m) 对双取代
两个相邻氢 860～800 (vs) 五取代 孤立氢 900～860 (s)
例：下列化合物的红外光谱有何不同？
CH 3
CH 3CH 3
CH 3
（A ） （B ）
解：（A ）、（B ）主要在1000～690㎝-1区间内的吸收不同，（A ）有三个相邻的H 原子，通常情况下，这三个相邻的H 原子相互偶合，在900～690㎝-1区间内出现两个吸收峰，即在810～750㎝-1区间内有一强峰，在725～680㎝-1区间内出现一中等强度的吸收峰。而（B ）有两个相邻的H ，
所以在860～
800㎝-1区间内出现一中等强度的吸收峰。
图2-25、图2-26、图2-27和图2-28说明芳香族化合物的特征吸收。
（五）醇类和酚类化合物
醇类和酚类化合物主要特征吸收为νOH、νC－O 和δOH。
1.游离的醇或酚νOH位于3600～3650㎝-1范围内，强度不定但峰形尖锐。形成氢键后，νOH
向低频区移动，在3500～3200㎝-1范围内产生一个强的宽峰。游离峰和氢键峰见图2-19，样品中
有微量水分时在3650～3500㎝-1区间内有干扰。
2.νC－O：νC－O 位于1250～1000㎝-1范围内，可用于区别醇类的伯、仲、叔的结构。
醇类和酚类化合物νOH、νC－O见表2-4
3. δOH：波数范围为1400～1200㎝-1，与其它峰相互干扰，应用受到限制。图2-32、图2-33、图2-34说明醇类和酚类化合物的特征吸收。
A．只有氢键态OH（净液体）B。兼有游离和氢键态OH（稀溶液）C。只有游离态OH（很稀溶液）1.νOH：
图2-19 OH伸缩区的红外光谱
表2-4 醇类和酚类的C－O和O－H伸缩振动
化合物C－O伸缩振动㎝-1O－H伸缩振动㎝-1
酚类1220 3610
叔醇1150 3620
仲醇1100 3630
伯醇1050 3640
如何解析红外光谱图 一、预备知识 （1）根据分子式计算不饱和度公式： 不饱和度Ω＝n4+1+(n3-n1)/2其中： ：化合价为4价的原子个数（主要是C原子）， n 4 ：化合价为3价的原子个数（主要是N原子）， n 3 n ：化合价为1价的原子个数（主要是H,X原子） 1 （2）分析3300~2800cm-1区域C-H伸缩振动吸收；以3000 cm-1为界：高于3000cm-1为不饱和碳C-H伸缩振动吸收，有可能为烯，炔，芳香化合物；而低于3000cm-1一般为饱和C-H伸缩振动吸收； （3）若在稍高于3000cm-1有吸收,则应在 2250~1450cm-1频区，分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰，其中炔 2200~2100 cm-1，烯 1680~1640 cm-1 芳环 1600,1580,1500,1450 cm-1若已确定为烯或芳香化合物，则应进一步解析指纹区，即1000~650cm-1的频区，以确定取代基个数和位置（顺、反，邻、间、对）； （4）碳骨架类型确定后,再依据官能团特征吸收，判定化合物的官能团； （5）解析时应注意把描述各官能团的相关峰联系起来，以准确判定官能团的存在,如2820，2720和1750~1700cm-1的三个峰，说明醛基的存在。 二、熟记健值 1.烷烃：C-H伸缩振动（3000-2850cm-1）C-H弯曲振动（1465-1340cm-1） 一般饱和烃C-H伸缩均在3000cm-1以下，接近3000cm-1的频率吸收。 2.烯烃：烯烃C-H伸缩（3100~3010cm-1），C=C伸缩(1675~1640 cm-1)，烯烃C-H 面外弯曲振动（1000~675cm-1）。 3.炔烃：炔烃C-H伸缩振动（3300cm-1附近），三键伸缩振动（2250~2100cm-1）。 4.芳烃：芳环上C-H伸缩振动3100~3000cm-1, C=C 骨架振动1600~1450cm-1, C-H 面外弯曲振动880~680cm-1。 芳烃重要特征：在1600，1580，1500和1450cm-1可能出现强度不等的4个峰。C-H面外弯曲振动吸收880~680cm-1，依苯环上取代基个数和位置不同而发生变化，在芳香化合物红外谱图分析中，常用判别异构体。
红外通信基本原理 红外通信是利用950nm近红外波段红外线作为传递信息媒体，即通信信道。发送端采用脉时调制（PPM）方式，将二进制数字信号调制成某一频率脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲形式发送出去；接收端将接收到光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。 简而言之，红外通信实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道调制解调器。 https://www.doczj.com/doc/8814088206.html,提示请看下 图: 2 红外通信接口硬件电路设计 单片机本身并不具备红外通信接口，但可以利用单片机串行接口与片外红外发射和接收电路，组成一个应用于单片机系统红外串行通信接口，如图1所示。 2.1 红外发送器
红外发送器电路包括脉冲振荡器、驱动管T1和T2、红外发射管D1和D2等部分。其中脉冲振荡器由NE555定时器、电阻（R1、R2）和电容（C1、C2）组成，用以产生38kHz脉冲序列作为载波信号；红外发射管D1和D2选用Vishay公司生产TSAL6238，用来向外发射950nm红外光束。 2．2 硬件电路 接口电路如图4所示，J1为红外发射／接收电路的发射信号和接收信号接口，可以用1 0Pi ns排线直接和SPCE061A的10B高8位相连，通过SPCE061A的IOB8输出38kHz的调制波，IOB8输出TimerA PW M脉宽调制输出。载波图如图3所示。 红外信号的调制主要有两种，一种是脉宽调制(PWM)，一种是通过脉冲串的时间间隔实现信号调制的脉时调制(PPM)，本文采用的方法是PPM。 61板是这个系统的控制核心，红外发射管选用的是由Visay公司生产的TSAL6238，用来发射940nm的红外光束，发射电路主要由电阻电容三极管和红外发射管组成，串行码的发送主要由TimerA定时器，IOB8编程为第二功能是由TimerA控制输出占空比可调的脉宽调制信号APWM0，产生38kHz的载波信号，如图5是38kHz的调制波。串行数据由单片机的串行输出端TXD送出并驱动三极管，利用两个红外发射管将38kHz的载波信号以光脉冲的形式向外发送。串行码为1时，打开输出，为0时，关闭APWM0输出(输出低电平)。用TimerB控制脉冲宽度。 红外发送器工作原理为：串行数据由单片机串行输出端TXD送出并驱动T1管，数位“0”使T1管导通，通过T2管调制成38kHz载波信号，并利用两个红外发射管D1和D2以光脉冲形式向外发送。数位“1”使T1管截止，红外发射管D1和D2不发射红外光。若传送波特率设为1200bps，则每个数位“0”对应32个载波脉冲调制信号时序，如图2所示。 https://www.doczj.com/doc/8814088206.html,提示请看下 图:
红外光谱的原理及应用 (一)红外吸收光谱的定义及产生 分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱 红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱 （二）基本原理 1产生红外吸收的条件 (1)分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化。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：有偶极矩，红外活性。 (2)只有当照射分子的红外辐射的频率与分子某种振动方式的频率相同时，分子吸收能量后，从基态振动能级跃迁到较高能量的振动能级，从而在图谱上出现相应的吸收带。 2分子的振动类型 伸缩振动：键长变动，包括对称与非对称伸缩振动 弯曲振动：键角变动，包括剪式振动、平面摇摆、非平面摇摆、扭曲振动 3几个术语 基频峰：由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰； 倍频峰：由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰； 组频：如果分子吸收一个红外光子，同时激发了基频分别为v1和v2的两种跃迁，此时所产生的吸收频率应该等于上述两种跃迁的吸收频率之和，故称组频。 特征峰：凡是能用于鉴定官能团存在的吸收峰，相应频率成为特征频率。 相关峰：相互可以依存而又相互可以佐证的吸收峰称为相关峰 4影响基团吸收频率的因素 （1 外部条件对吸收峰位置的影响：物态效应、溶剂效应 （2分子结构对基团吸收谱带的影响： 诱导效应：通常吸电子基团使邻近基团吸收波数升高，给电子基团使波数降低。 共轭效应：基团与吸电子基团共轭，使基团键力常数增加，因此基团吸收频率升高，基团与给电子基团共轭，使基团键力常数减小，因此基团吸收频率降低。 当同时存在诱导效应和共轭效应，若两者作用一致，则两个作用互相加强，不一致，取决于作用强的作用。 （3）偶极场效应：互相靠近的基团之间通过空间起作用。 （4）张力效应：环外双键的伸缩振动波数随环减小其波数越高。 （5）氢键效应：氢键的形成使伸缩振动波数移向低波数，吸收强度增强 （6）位阻效应：共轭因位阻效应受限，基团吸收接近正常值。 （7）振动耦合，（8）互变异构的影响 （三）红外吸收光谱法的解析 红外光谱一般解析步骤 1. 检查光谱图是否符合要求; 2. 了解样品来源、样品的理化性质、其他分析的数据、样品重结晶溶剂及纯度; 3. 排除可能的―假谱带‖; 4. 若可以根据其他分析数据写出分子式，则应先算出分子的不饱和度U
西南科技大学 自动化专业方向设计报告 设计名称：红外光通信装置 姓名：杨 * * 学号: 2 0 1 0 5 7 8 9 班级：自动 1 0 0 4 班 指导教师：武丽 起止日期： 2013年10月15日--11月9日 西南科技大学信息工程学院制
方向设计任务书 学生班级：自动1004 学生姓名：杨* * 学号：20105789 设计名称：红外光通信装置 起止日期：2013年10月15日---11月9日指导教师：武丽 方向设计学生日志
红外光通信装置 摘要：基于2013年电子设计大赛红外光通信装置题目的要求，设计了具有实际运用价值的红 外光无线扩音装置。该装置由音频放大滤波电路，SPWM音频信号比较调制器，红外载波信号发生器，红外接收器，功率放大电路，LC低通滤波等模块构成。由模拟电路搭建的红外光通信信道传送经过处理的连续的音频信号，并由后级电路还原传送出来的音频信号，让喇叭发出原始音频信号。该系统能够完整的将频率范围为300Hz-8KHz的音频信号通过红外光传送4m以 外并接收还原。 关键词：红外光通信；音频传送；SPWM载波 Design of Infrared Communication Device Abstract:The infrared communication device is based on the National Undergraduate Electronic Design Contest of 2013 , but it has more practical application value . This appliance contains an amplifier , SPWM modulator audio signal comparator , an infrared carrier signal generator , IR receiver , Power amplifier circuit , LC low-pass filter . The analog circuit structures of the infrared light transmitted through the communication channel continuous audio signal processed by the post-stage circuit to restore the audio signal sent out , so that the original audio signal horn . The system can be a complete frequency range of 300Hz-8KHz audio signals transmitted by infrared light and receive reduction up to 4m , temperature detection and transmission display . Keyword: Infrared light transmission ; Audio transmission ; SPWM 0 引言 现在市面上使用较为广泛的无线技术有红外光无线以及无线电技术。无线电技术是通过无线电波传播声音或其他信号的技术，无线电波是在自由空间（包括空气和真空）传播的射频频段的电磁波，频率为300MHz-300GHz的电磁波称为微波，也称为“超高频电磁波”。其特点是：只能进行可视范围内的通信；大气对微波信号的吸收与散射影响较大；主要用于几公里范围内，不适合铺设有线传输介质的情况，而且只能用于点到点的通信，速率也不高，一般为几百Kbps。红外是一种无线通讯方式，可以进行无线数据的传输。自1974年发明以来，得到很普遍的应用，如红外线鼠标，红外线打印机，红外线键盘等等。
第二节 红外吸收光谱的基本原理 一、分子的振动与红外吸收 任何物质的分子都是由原子通过化学键联结起来而组成的。分子中的原子与化学键都处于不断的运动中。它们的运动，除了原子外层价电子跃迁以外，还有分子中原子的振动和分子本身的转动。这些运动形式都可能吸收外界能量而引起能级的跃迁，每一个振动能级常包含有很多转动分能级，因此在分子发生振动能级跃迁时，不可避免的发生转动能级的跃迁，因此无法测得纯振动光谱，故通常所测得的光谱实际上是振动-转动光谱，简称振转光谱。 1、双原子分子的振动 分子的振动运动可近似地看成一些用弹簧连接着的小球的运动。以双原子分子为例，若把两原子间的化学键看成质量可以忽略不计的弹簧，长度为r （键长），两个原子分子量为m 1、m 2。如果把两个原子看成两个小球，则它们之间的伸缩振动可以近似的看成沿轴线方向的简谐振动，如图3—2。因此可以把双原子分子称为谐振子。这个体系的振动频率υ（以波数表示），由经典力学（虎克定律）可导出： C ——光速（3×108 m/s ） υ= K ——化学键的力常数（N/m ） μ——折合质量（kg ） μ= 如果力常数以N/m 为单位，折合质量μ以原子质量为单位，则上式可简化为 υ=130.2 双原子分子的振动频率取决于化学键的力常数和原子的质量，化学键越强，相对原子质量越小，振动频率越高。 H-Cl 2892.4 cm -1 C=C 1683 cm -1 C-H 2911.4 cm -1 C-C 1190 cm -1 同类原子组成的化学键（折合质量相同），力常数大的，基本振动频率就大。由于氢的原子质量最小，故含氢原子单键的基本振动频率都出现在中红外的高频率区。 2、多原子分子的振动 1|D|ì2c K m 1m 2m 1m2+ K μ
常见高分子红外光谱谱图解析1. 红外光谱的基本原理 1）红外光谱的产生 能量变化 ν νhc h= = E - E = ?E 1 2 ν ν h ?E = 对于线性谐振子 μ κ π ν c 2 1 = 2）偶极矩的变化 3）分子的振动模式 多原子分子振动 伸缩振动对称伸缩 不对称伸缩 变形振动AX2：剪式面外摇摆、面外扭摆、面内摇摆 AX3：对称变形、反对称变形 . 不同类型分子的振动 线型XY2： 对称伸缩不对称伸缩 弯曲
弯曲型XY2： 不对称伸缩对称伸缩面内弯曲（剪式） 面内摇摆面外摇摆卷曲 平面型XY3： 对称伸缩不对称伸缩面内弯曲 面外弯曲 角锥型XY3： 对称弯曲不对称弯曲
面内摇摆 4）聚合物红外光谱的特点 1、组成吸收带 2、构象吸收带 3、立构规整性吸收带 4、构象规整性吸收带 5、结晶吸收带 2 聚合物的红外谱图 1）聚乙烯 各种类型的聚乙烯红外光谱非常相似。在结晶聚乙烯中，720 cm-1的吸收峰常分裂为双峰。要用红外光谱区别不同类型的聚乙烯，需要用较厚的薄膜测绘红外光谱。这些光谱之间的差别反映了聚乙烯结构与线性—CH2—链之间的差别，主要表现在1000-870㎝-1之间的不饱和基团吸收不同，甲基浓度不同以及在800-700㎝-1之间支化吸收带不同。
低压聚乙烯（热压薄膜） 中压聚乙烯（热压薄膜） 高压聚乙烯（热压薄膜）
2.聚丙烯 无规聚丙烯
等规聚丙烯的红外光谱中，在1250-830 cm－1区域出现一系列尖锐的中等强度吸收带（1165、998、895、840 cm－1）。这些吸收与聚合物的化学结构和晶型无关，只与其分子链的螺旋状排列有关。 3.聚异丁烯 CH3 H2 C C n CH3
仪器分析实验 ——红外吸收光谱的测定及结构分析 学号:2 班级:应用化工技术11-2 姓名:韩斐 一、实验的目的与要求 1.掌握红外光谱法进行物质结构分析的基本原理,能够利用红外光谱鉴别官能团,并根据 官能团确定未知组分的主要结构; 2.了解仪器的基本结构及工作原理; 3.了解红外光谱测定的样品制备方法; 4.学会傅立叶变换红外光谱仪的使用。 二、原理 红外吸收光谱法就是通过研究物质结构与红外吸收光谱间的关系,来对物质进行分析的,红外光谱可以用吸收峰谱带的位置与峰的强度加以表征。测定未知物结构就是红外光谱定性分析的一个重要用途。根据实验所测绘的红外光谱图的吸收峰位置、强度与形状,利用基团振动频率与分子结构的关系,来确定吸收带的归属,确认分子中所含的基团或键,并推断分子的结构,鉴定的步骤如下: (1)对样品做初步了解,如样品的纯度、外观、来源及元素分析结果,及物理性质(分子量、沸点、熔点)。 (2)确定未知物不饱与度,以推测化合物可能的结构; (3)图谱解析 ①首先在官能团区(4000～1300cm－1)搜寻官能团的特征伸缩振动; ②再根据“指纹区”(1300～400cm-1)的吸收情况,进一步确认该基团的存在以及与其它基团的结合方式。 三、仪器与试剂 1、Nicolet 510P FT-IR Spectrometer(美国Nicolet公司); 2、 FW-4型压片机(包括压模等)(天津市光学仪器厂);真空泵;玛瑙研钵;红外灯;镊子;可拆式液体池;盐片(NaCl, KBr, BaF2等)。 3、试剂:KBr粉末(光谱纯);无水乙醇(AR);滑石粉;丙酮;脱脂棉; 4、测试样品:对硝基苯甲酸;苯乙酮等。 四、实验步骤 1.了解仪器的基本结构及工作原理
自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对温度(-273℃)就存在分子和原子无规则的运动，其表面就不断地辐射红外线。红外线是一种电磁波，它的波长范围为0.78 ~ 1000um，不为人眼所见。红外成像设备就是探测这种物体表面辐射的不为人眼所见的红外线的设备。它反映物体表面的红外辐射场，即温度场。 注意：红外成像设备只能反映物体表面的温度场。 对于电力设备，红外检测与故障诊断的基本原理就是通过探测被诊断设备表面的红外辐射信号，从而获得设备的热状态特征，并根据这种热状态及适当的判据，作出设备有无故障及故障属性、出现位置和严重程度的诊断判别。 为了深入理解电力设备故障的红外诊断原理，更好的检测设备故障，下面将初步讨论一下电力设备热状态与其产生的红外辐射信号之间的关系和规律、影响因素和DL500E的工作原理。 一．红外辐射的发射及其规律 （一）黑体的红外辐射规律 所谓黑体，简单讲就是在任何情况下对一切波长的入射辐射吸收率都等于1的物体，也就是说全吸收。显然，因为自然界中实际存在的任何物体对不同波长的入射辐射都有一定的反射(吸收率不等于1)，所以，黑体只是人们抽象出来的一种理想化的物体模型。但黑体热辐射的基本规律是红外研究及应用的基础，它揭示了黑体发射的红外热辐射随温度及波长变化的定量关系。 下面，我着重介绍其中的三个基本定律。 1．辐射的光谱分布规律-普朗克辐射定律 一个绝对温度为T(K)的黑体，单位表面积在波长λ附近单位波长间隔内向整个半球空间发射的辐射功率(简称为光谱辐射度)Mλb (T)与波长λ、温度T满足下列关系： Mλb (T)=C1λ-5[EXP(C2/λT)-1]-1 式中C1-第一辐射常数，C1=2πhc2=3.7415×108w·m-2·um4 C2-第二辐射常数，C2=hc/k=1.43879×104um·k 普朗克辐射定律是所有定量计算红外辐射的基础，介绍起来比较抽象，这里就不仔细讲了。2．辐射功率随温度的变化规律-斯蒂芬-玻耳兹曼定律 斯蒂芬-玻耳兹曼定律描述的是黑体单位表面积向整个半球空间发射的所有波长的总辐射功率Mb(T)(简称为全辐射度)随其温度的变化规律。因此，该定律为普朗克辐射定律对波长积分得到： Mb(T)=∫0∞Mλb(T)dλ=σT4 式中σ=π4C1/(15C24)=5.6697×10-8w/(m2·k4)，称为斯蒂芬-玻耳兹曼常数。 斯蒂芬-玻耳兹曼定律表明，凡是温度高于开氏零度的物体都会自发地向外发射红外热辐射，而且，黑体单位表面积发射的总辐射功率与开氏温度的四次方成正比。而且，只要当温度有较小变化时，就将会引起物体发射的辐射功率很大变化。 那么，我们可以想象一下，如果能探测到黑体的单位表面积发射的总辐射功率，不是就能确定黑体的温度了吗？因此，斯蒂芬-玻耳兹曼定律是所有红外测温的基础。
红外通讯原理及实现详解 红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。 1红外通信原理介绍 红外通讯通过使用红外光进行通信，发送设备将电信号转成光信号，接收设备则再将光信号还原成电信号，红外收发系统的框图如图所示： 图 1 红外收发系统 目前基于红外通讯的通讯协议有上百种，这些协议大同小异，下面以飞利蒲的RC5协议为例来进行介绍。同别的红外协议一样，飞利蒲的RC5协议也是由下列几部分组成： 1 .1键码 之所以定义键码就是为了规范设计，至少保证飞利蒲公司内部的红外通信设备之间可以互通，不会出现混乱的情况，当然大家也可以自个定义，这有点像TCP/IP中的应用层，你可以自个定义一个协议，也可以用标准定义好的协议。键码是基于数字信号二进制的0/1而言的。比如0x12，换成二进制就是0b0001 0010。飞利蒲定义的键码如下所示。 1）地址设备对照表（下表中的不同地址用于给不同类型的设备使用） RC5 Address Device RC5 Address Device $00 - 0 TV1 |$10 - 16 Pre-amp $01 - 1 TV2 |$11 - 17 Tuner $02 - 2 Teletext |$12 - 18 Recorder1 $03 - 3 Video |$13 - 19 Pre-amp
$04 - 4 LV1 |$14 - 20 CD Player $05 - 5 VCR1 |$15 - 21 Phono $06 - 6 VCR2 |$16 - 22 SatA $07 - 7 Experimental |$17 - 23 Recorder2 $08 - 8 Sat1 |$18 - 24 $09 - 9 Camera |$19 - 25 $0A - 10 Sat2 |$1A - 26 CDR $0B - 11 |$1B - 27 $0C - 12 CDV |$1C - 28 $0D - 13 Camcorder |$1D - 29 Lighting $0E - 14 |$1E - 30 Lighting $0F - 15 |$1F - 31 Phone 2）命令功能对照表（下表中定应义了常用的遥控的命令） RC5 Command | TV Command | VCR Command ------------------------------------------------------ $00 - 0 | 1 | 1 $01 - 1 | 2 | 2 $02 - 2 | 2 | 2 $03 - 3 | 3 | 3 $04 - 4 | 4 | 4 $05 - 5 | 5 | 5 $06 - 6 | 6 | 6 $07 - 7 | 7 | 7 $08 - 8 | 8 | 8 $09 - 9 | 9 | 9 $0C - 12 | Standby Standby | $10 - 16 | Volume + | $11 - 17 | Volume - | $12 - 18 | Brightness + | $13 - 19 | Brightness - | $32 - 50 | | Fast Rewind $34 - 52 | | Fast Forward $35 - 53 | | Play $36 - 54 | | Stop $37 - 55 | | Recording ---------------------------------------------------------1 .2编码
第三章红外吸收光谱分析 3.1概述 3.1.1红外吸收光谱的基本原理 红外吸收光谱法又称为分子振动转动光谱，属于分子光谱的范畴，是有机物结构分析的重要方法之一。当一定频率的红外光照射分子时，若分子中某个基团的振动频率和红外辐射的频率一致，两者产生共振，光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子，该基团就吸收了这个频率的红外光，产生振动能级跃迁；如果红外辐射的频率和分子中各基团的振动能级不一致，该频率的红外光将不被吸收。如果用频率连续变化的红外光照射某试样，分子将吸收某些频率的辐射，引起对应区域辐射强度的减弱，用仪器以吸收曲线的形式记录下来，就得到该试样的红外吸收光谱，稀溶液谱带的吸光度遵守Lambert-Beer定律。 图3-1为正辛烷的红外吸收光谱。红外谱图中的纵坐标为吸收强度，通常用透过率或吸光度表示，横坐标以波数或波长表示，两者互为倒数。图中的各个吸收谱带表示相应基团的振动频率。各种化合物分子结构不同，分子中各个基团的振动频率不同。其红外吸收光谱也不同，利用这一特性，可进行有机化合物的结构分析、定性鉴定和定量分析。 图3-1 正辛烷的红外光谱图 几乎所有的有机和无机化合物在红外光谱区均有吸收。除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及一些同系物外，结构不同的两个化合物，它们的红外光谱一定不会相同。吸收谱带出现的频率位置是由分子振动能级决定，可以用经典力学(牛顿力学)的简正振动理论来说明。吸收谱带的强度则主要取决于振动过程中偶极矩的变化和能级跃迁的概率。也就是说，红外光谱中，吸收谱带的位置、形状和强度反映了分子结构的特点，而吸收谱带的吸收强度和分子组成或官能团的含量有关。
红外触摸屏的原理简述 红外触摸屏技术是在屏幕四周安装红外发射管和红外接收管，形成红外光矩阵，然后分别在横、竖两个方向上不断的扫描并探测，当触摸物阻挡红外光时进行位置判断的坐标定位技术。一般是在显示器的前而安装一个电路板框架，在电路板上四边安装对应红外发射管和红外接收管，如下图所示，白色的是红外发射管，黑色的是红外接收管，通过电路驱动红外发射管发出红外光，位置相对的接收管接收红外光信号。用户在触摸屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖方向的外线，光信号的改变引起光电探测电路输出的电信号发生变化，通过对电信号处理可以对触摸点在屏幕的位置进行定位。任何对红外光不透明的触摸物体都可阻断红外线实现触摸定位。本文由红外线供应网提供 红外触摸屏的原理是在屏幕四边放置红外发射管和红外接收管，微处理器控制驱动电路依次接通红外发射管并检查相应的红外接收管，以形成横坚交叉的红外光阵列，得到定位的信息。本论文中以Philips公司的ARM7芯片LPC2132为微处理器，通过对移位锁存器74HC595的控制对红外发射管的逐个扫描，同时微处理器通过12C总线寻址每个相应的红外接收管，得到相应的光强值。微处理器根据接收到的被遮挡前后的光强信号得到触摸的位置信息，并通过串口将该信息传送给主机。控制方式如下图所示： 微处理器电路： 微处理器在红外触摸屏硬件系统中起着核心的作用: 1、完成对红外发射电路的驱动; 2、完成对红外接收电路的驱动; 3、完成对是否被触摸的判断以及触摸位置信息的计算; 4、将触摸位置信息通过中P1传送给主机; 5、调试整个程序的运行。 本论文中采用Philips公司的ARM7芯片LPC2132作为微处理器。该芯片是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32/16位ARM7TDMI微控制器，并带有64kB的嵌入的高速Flash存储器。具有EmbeddedICE-RT和嵌入式跟踪接口，可实时调试；多个串行接口，包括2个16C550工业标准DART，2个高速I2C接口 SP1;多个32位定时器、1个10位8路ADC, 10位DAC，PWM通道和47个GP10以及多达9个边沿或电平触发的外部中断。 这部分电路中主要包括驱动红外发射部分，驱动红外接收部分，出口通信部分，JTAG调试部分。驱动红外发射部分是由芯片上的第4脚，第44脚，第48脚来完成的，它们分别用于控 制红外发射管亮暗状态的信号:DS、 SH -CP、ST - CP。电路原理理如下图所示：
红外吸收光谱（IR）的基本原理及应用 基本原理 当红外光照射物质分子时，其具有的能量引起振动能级和转动能级的跃迁，不同的分子和基团具有不同的振动，根据分子的特征吸收可以鉴定化合物和分子的结构。 利用红外光谱对物质分子进行的分析和鉴定。将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定。 红外吸收光谱是由分子不停地作振动和转动运动而产生的，分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动，多原子分子可组成多种振动图形。当分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动时，这种振动方式称简正振动（例如伸缩振动和变角振动）。 分子振动的能量与红外射线的光量子能量正好对应，因此当分子的振动状态改变时，就可以发射红外光谱，也可以因红外辐射激发分子而振动而产生红外吸收光谱。 分子的振动和转动的能量不是连续而是量子化的。但由于在分子的振动跃迁过程中也常常伴随转动跃迁，使振动光谱呈带状。所以分子的红外光谱属带状光谱。分子越大，红外谱带也越多。 红外光谱的应用 （一）化合物的鉴定 用红外光谱鉴定化合物，其优点是简便、迅速和可靠；同时样品用量少、可回收；对样品也无特殊要求，无论气体、固体和液体均可以进行检测。有关化合物的鉴定包括下列几种： 1、鉴别化合物的异同 某个化合物的红外光谱图同熔点、沸点、折射率和比旋度等物理常数一样是该化合物的一种特征。尤其是有机化合物的红外光谱吸收峰多达20个以上，如同人的指纹一样彼此各不相同，因此用它鉴别化合物的异同，可靠性比其它物理手段强。如果二个样品在相同的条件下测得的光谱完全一致，就可以确认它们是
红外谱图解析基本知识 基团频率区 中红外光谱区可分成4000 cm-1 ~1300（1800）cm-1和1800 （1300 ）cm-1 ~ 600 cm-1两个区域。最有分析价值的基团频率在4000 cm-1 ~ 1300 cm-1之间，这一区域称为基团频率区、官能团区或特征区。区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，比较稀疏，容易辨认，常用于鉴定官能团。 在1800 cm-1（1300 cm-1）~600 cm-1区域内，除单键的伸缩振动外，还有因变形振动产生的谱带。这种振动基团频率和特征吸收峰与整个分子的结构有关。当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的差异，并显示出分子特征。这种情况就像人的指纹一样，因此称为指纹区。指纹区对于指认结构类似的化合物很有帮助，而且可以作为化合物存在某种基团的旁证。 基团频率区可分为三个区域 (1) 4000 ~2500 cm-1 X-H伸缩振动区，X可以是O、N、C或S等原子。 O-H基的伸缩振动出现在3650 ~3200 cm-1范围内，它可以作为判断有无醇类、酚类和有机酸类的重要依据。 当醇和酚溶于非极性溶剂（如CCl4），浓度于0.01mol. dm-3时，在3650 ~3580 cm-1处出现游离O-H基的伸缩振动吸收，峰形尖锐，且没有其它吸收峰干扰，易于识别。当试样浓度增加时，羟基化合物产生缔合现象，O-H基的伸缩振动吸收峰向低波数方向位移，在3400 ~3200 cm-1出现一个宽而强的吸收峰。 胺和酰胺的N-H伸缩振动也出现在3500~3100 cm-1，因此，可能会对O-H伸缩振动有干扰。 C-H的伸缩振动可分为饱和和不饱和的两种： 饱和的C-H伸缩振动出现在3000 cm-1以下，约3000~2800 cm-1，取代基对它们影响很小。如-CH3基的伸缩吸收出现在2960 cm-1和2876 cm-1附近；R2CH2基的吸收在2930 cm-1和2850 cm-1附近；R3CH基的吸收基出现在2890 cm-1
J I A N G X I N O R M A L U N I V E R S I T Y 2009届本科生毕业论文 课题名称:傅立叶变换红外光谱仪的基本原 理及其应用 Basic principles and application of Fourier transform infrared spectrometer 姓名高立峰 学院理电学院 专业物理学（师范） 学号 06 完成时间 声明
本人郑重声明： 所呈交的毕业设计（论文）是本人在指导教师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。其中除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写并以某种方式公开过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位或证书而作的材料。其他同志对本研究所做的任何贡献均已在文中作了明确的说明并表示谢意。 本毕业设计（论文）成果是本人在江西师范大学读书期间在指导教师指导下取得的，成果归江西师范大学所有。 特此声明。 声明人（毕业设计（论文）作者）学号：06 声明人（毕业设计（论文）作者）签名：
摘要 红外光谱仪是鉴别物质和分析物质结构的有效手段，其中傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）是七十年代发展起来的第三代红外光谱仪的典型代表。它是根据光的相干性原理设计的，是一种干涉型光谱仪，具有优良的特性，完善的功能，并且应用范围极其广泛，同样也有着广泛的发展前景。本文就傅立叶变换红外光谱仪的基本原理作扼要的介绍，总结了傅立叶变换红外光谱法的主要特点，综述了其在各个方面的应用，并对傅立叶变换红外光谱仪的发展方向提出了一些基本观点。 关键词：傅立叶变换红外光谱仪；基本原理；应用；发展
红外通信协议及原理精讲 红外通信是利用近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制(PWM)和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制(PPM)两种方法。简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输;红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。 红外协议栈 自1993年起，由HP、COMPAQ、INTEL等多家公司发起成立了红外数据协会(Infrared Data Association,简称IRDA)，建立了统一的红外数据通信标准。红外数据协会(IRDA)成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果，红外通信协议将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在850至900nm之内。一年以后，第一个IRDA的红外数据通讯标准——IrDA1.0发布，又称为SIR(Serial InfraRed)，它是基于HP开发出来的一种异步的、半双工的红外通信方式。通过对串行数据脉冲和光信号脉冲编解码实现红外数据传输。IrDA1.0的最高通讯速率只有115.2Kbps，适应于串行端口的速率。 1996年，该协会发布了IrDA1.1标准，即Fast InfraRed，简称为FIR。FIR 采用了全新的4PPM调制解调技术，其最高通讯速率达到4Mbps，这个标准是目前运用得最普遍的标准，我们在采购红外产品时也应注意这标准的产品。继
傅立叶变换红外光谱仪的 基本原理及其应用 红外光谱仪是鉴别物质和分析物质结构的有效手段，其中傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）是七十年代发展起来的第三代红外光谱仪的典型代表。它是根据光的相干性原理设计的，是一种干涉型光谱仪，具有优良的特性，完善的功能，并且应用范围极其广泛，同样也有着广泛的发展前景。本文就傅立叶变换红外光谱仪的基本原理作扼要的介绍，总结了傅立叶变换红外光谱法的主要特点，综述了其在各个方面的应用，并对傅立叶变换红外光谱仪的发展方向提出了一些基本观点。 关键词：傅立叶变换红外光谱仪；基本原理；应用；发展
目录 摘要........................................................................ 错误!未定义书签。ABSTRACT............................................................. 错误!未定义书签。 1 傅里叶红外光谱仪的发展历史 (1) 2 基本原理 (3) 2.1光学系统及工作原理 (4) 2.2傅立叶变换红外光谱测定 (5) 2.3傅立叶变换红外光谱仪的主要特点 (6) 3 样品处理 (6) 3.1气体样品 (6) 3.2液体和溶液样品 (6) 3.3固体样品 (7) 4 傅立叶变换红外光谱仪的应用 (7) 4.1在临床医学和药学方面的应用⑷ (7) 4.2在化学、化工方面的应用 (8) 4.3在环境分析中的应用 (9) 4.4在半导体和超导材料等方面的应用⑼ (10) 5 全文总结 (10) 参考文献 (10)
红外通信特性研究及应用 波长范围在~1000微米的电磁波称为红外波，对红外频谱的研究历来是基础研究的重要组成部分．对热辐射的深入研究导致普朗克量子理论的创立．对原子与分子的红外光谱研究，帮助我们洞察它们的电子，振动，旋转的能级结构，并成为材料分析的重要工具．对红外材料的性质，如吸收、发射、反射率、折射率、电光系数等参数的研究，为它们在各个领域的应用研究奠定了基础． 现代红外技术的成熟已经打开了一系列应用的大门．例如红外通信，红外污染监测，红外跟踪，红外报警，红外治疗，红外控制，利用红外成像原理的各种空间监视传感器，机载传感器，房屋安全系统，夜视仪等． 光纤通信早已成为固定通信网的主要传输技术，目前正积极研究将光通信用于微波通信一直占据的宽带无线通信领域．无论光纤通信还是无线光通信，用的都是红外光．这是因为，光纤通信中，由石英材料构成的光纤在~微米的波段范围内有几个抵损耗区，而无线大气通信中，考虑到大气对光波的吸收，散射损耗及避开太阳光散射形成的背景辐射，一般在~，~微米两个波段范围内选择通信波长．因此，一般所称的光通信实际就是红外通信． 【实验目的】
1、了解红外通信的原理及基本特性． 2、测量部分材料的红外特性． 3、测量红外发射管的伏安特性，电光转换特性． 4、测量红外发射管的角度特性． 5、测量红外接收管的伏安特性． 6、基带调制传输实验． 7、副载波调制传输实验． 8、音频信号传输实验． 9、数字信号传输实验． 【实验原理】 1、红外通信 在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来．不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽．载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰．能够用作无线电通信的频率资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求．通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难．红外波长比微波短得多，用红外波作载波，其潜在的通信容量是微
第一章绪论 §1.1 红外线 公元1666年，艾萨克·牛顿发现光谱并测量出400nm～700nm是可见光的波长。1800年4月24日，英国伦敦皇家学会威廉·赫歇尔发表太阳光在可见光谱的红光之外还有一种不可见的延伸光谱，具有热效应。他所使用的方法很简单，用一支温度计测量经过棱镜分光后的各色光线温度，由紫到红，发现温度逐渐增加。当温度计放到红光以外的部份，温度仍持续上升，从而断定有红外线的存在。 红外线（Infrared Radiation），俗称红外光，是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，波长在770纳米至1毫米之间，在光谱上位于红色光外侧，具有很强热效应，并易于被物体吸收，通常被作为热源。 国际照明委员会 (CIE)建议将红外线区分为三个类别[1]：即红外线—A（700nm—1400nm）、红外线—B（1400—3000）和红外线—C（3μm—1mm）。我们平常所说的近、中、远红外是指ISO20473[2]关于红外线的分类，它将红外线分为近红外（NIR，波长0.78—3μm）、中红外（MIR，波长3—50μm）和远红外（FIR，波长50—1000μm）。 §1.2 通信基本原理 §1.2.1通信的基本概念 我们现在所说的通信是指狭义的通信，即信息的传递。是指由一地向另一地进行信息的传输与交换，其目的是传输消息。然而，通信在人类实践过程中随着社会生产力的发展对传递消息的要求不断提升，使得人类文明不断进步。在各种各样的通信方式中，利用“电”来传递消息的通信方法称为电信(Telecommunication)，这种通信具有迅速、准确、可靠等特点，且几乎不受时间、地点、空间、距离的限制，因而得到了飞速发展和广泛应用。
实验 KBr压片法测定苯甲酸红外光谱及谱图解析 I.实验目的 1、熟悉傅里叶变换红外光谱仪的工作原理及其使用方法。 2、掌握KBr压片法的操作技能。 3、了解红外光谱谱图解析。 II.实验用品 仪器：红外光谱仪（岛津 FTIR-8400S），压片机，研钵，红外灯。 试剂：溴化钾（光谱纯）、苯甲酸（分析纯）。 III.实验原理 傅立叶变换红外光谱仪是根据光的相干性原理设计的测量分子吸收光谱的仪器，属于干涉型光谱仪。傅立叶变换红外光谱仪主要由光源、干涉仪（迈克逊)、吸收池（样品室）、检测器、计算机和记录系统等组成。傅立叶变换红外光谱仪将各种频率的光信号经干涉作用后调制成干涉图，即时间域光谱图，然后用计算机进行快速傅立叶变换，换算成频率域光谱图即红外光谱图。 1 2
Ⅳ. 实验步骤 1、压片制样 准备： 1)保持使用压片机的房间湿度较低； 2)将压片机配件，放入干燥器备用； 3)用玛瑙研钵一次研磨适量KBr晶体干燥，放入干燥器备用； 4)为避免手汗对压片的影响，研磨和压片过程中戴手套； 压片操作： 1%干燥的样品，在红 1)取200毫克备用KBr粉末于玛瑙研钵中，加入 ~ 外灯下研细混匀； 2)使用乙醇棉清洗模具等； 3)将样品和KBr混合粉末放到模具中，用抹刀铺平；将装配好的压片 模具移至压片机下； 4)压片机阀门拧至lock, 加压至~60KN，停留适当时间使压片透明； 脱模，样品基本透明为合格； 5)将样品装入样品架； 2、测试 1)将样品架放入仪器内，点击测试按钮； 2)测试结束，保存文件。 3)取出样品架，卸下样品。 3、整理 1)清洁模具等制样器具； 2)如有需测试样品则进入下一样品的制备，如无样品则整理物品、清 洁台面后离开。 4、注意事项： 1)操作规范，轻举轻放，不要敲击； 2)研钵材质为玛瑙，易摔碎； 3)全过程要求干燥防水； 4)将溴化钾研细（2μm）； 5)控制溴化钾与样品的比例； 6)注意保持室内清洁、干燥； 7)不要震动光学台 8)取、放样品时,样品盖应轻开轻闭； 9)眼睛不要注视氦-氖激光，以免受到伤害。 Ⅴ.实验结果 1、对样品纯度、来源、元素分析及其他物理性质、谱学性质等方面的 了解。 2、初步分析特征基团频率、特征宽强峰、倍频（泛频）及合频特征峰。 3、初步确定为某类化合物后，与标准谱图核对 Ⅵ.问题讨论 1、KBr压片法制备红外吸收光谱固体试样的注意事项 2、红外光谱实验室为什么要求温度和相对湿度维持一定的指标