傅里叶变换红外光谱方法通则

MV_RR_CNJ_0001傅里叶变换红外光谱方法通则1.傅里叶变换红外光谱方法通则说明编号JY/T001—1996名称(中文)傅里叶变换红外光谱方法通则(英文)GeneralrulesforFouriertransforminfraredspectrometer归口单位国家教育委员会起草单位国家教育委员会主要起草人胡克良林水水批准日期1997年1月22日实施日期1997年4月1日替代规程号无适用范围本通则规定了傅里叶变换红外光谱仪近红外、中红外、远红外波段的定性、定量分析方法。适用于各种类型的傅里叶变换红外光谱仪。主要技术要求1定义2方法原理3试剂、材料4仪器5样品和制样方法6分析步骤7分析结果表述是否分级无检定周期(年)附录数目4出版单位科学技术文献出版社检定用标准物质相关技术文件备注2.傅里叶变换红外光谱方法通则的摘要本通则规定了傅里叶变换红外光谱仪近红外、中红外、远红外波段的定性、定量分析方法。适用于各种类型的傅里叶变换红外光谱仪。3定义本通则采用如下定义。3.1迈克尔逊干涉仪MechelsonInterferometer由相互垂直的动镜、固定镜和分束器组成，移动动镜能产生明暗相间的干涉条纹。3.2干涉图Interferogram一般指由干涉仪产生的明暗相间的干涉条纹，在傅里叶红外光谱仪(以下简称FTIR)中指由迈克尔逊干涉仪获得的光源的复合光干涉图，其形态是零光程差极大、两边迅速衰减的对称图形，干涉图包含了入射光源光谱的全部信息。3.3分束器Beamsplite为一半透膜，它可使入射光50％透射，50％反射。3.4傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)FourierTransformInfraredSpectrometer利用干涉调频技术和傅里叶变换方法获得物质红外光谱的仪器。3.5衰减全反射(ATR)AttenuatedTotalReflectance红外光以大于临界角入射到紧贴在样品表面的高折光指数晶体时，由于样品折光指数低于晶体，发生全反射，红外光只进入极浅的表层，只有某些频率入射光被吸收，另一些则被反射，测量这一被衰减了的辐射就得到样品的衰减全反射光谱。3.6漫反射(DIR)DiffuseReflection光束入射到粉末状晶体样品时，会产生表面反射、透射、晶体内反射等多重反射，不同方向反射光使样品产生了多向辐射光，即为漫反射，由漫反射技术得到的红外光谱称为红外漫反射光谱。3.7镜反射(MR)MirrorReflectance在平整的样品表面入射光不能透过样品时，光以一定角度入射到样品表面会产生反射，这种测谱方法称之为镜反射。3.8红外发射光谱(EMP)InfraredEmissionSpectroscopy样品被加热时产生红外辐射，测量其红外辐射，即为红外发射光谱。3.9气相色谱-傅里叶变换红外光谱联用技术(GC/FTIR)GasChromatography－FourierTransformInfraredSpectrometer把气相色谱仪通过接口与傅里叶变换红外光谱仪相连，利用气相色谱的高效分离功能和傅里叶变换红外光谱的结构分析能力，对混合物进行分析鉴定的技术。3.10高效液相色谱－傅里叶变换红外光谱联用技术(HPLC/FTIR)HighPerformanceLiquidChromatography－FourierTransformInfraredSpectrometer把液相色谱仪通过接口与傅里叶变换红外光谱仪相连，利用液相色谱的高效分离功能和傅里叶变换红外光谱的结构分析能力，对混合物进行分析鉴定的技术。3.11傅里叶变换红外光声光谱(PAS/FTIR)FourierTransformInfraredPhotoacousticSpectroscopy调制的红外光入射到置于密封光声池中的样品上，样品选择性吸收红外光表面被加热引起表面空气层振动产生声波，声波为微音放大器接收转换为红外吸收信号，称为傅里叶变换红外光声光谱。3.12傅里叶变换显微红外(MIC/FTIR)FourierTransformInfraredMicroscopy利用红外显微镜测量微量样品或样品微区的傅里叶变换红外光谱，称为傅里叶变换显微红外。3.13傅里叶变换高压红外(HP/FTIR)HighPressureFourierTransformInfraredSpectrometer使用特殊材料制成的高压样品池，把样品在高压下制样测量，获得样品傅里叶变换红外光谱。3.14傅里叶变换红外拉曼光谱(Raman/FTIR)FourierTransformInfraredRamanSpectroscopy用激光束照射样品产生喇曼散射，喇曼散射光为傅里叶变换光谱仪接收检测，获得的光谱称为傅里叶变换喇曼光谱。3.15拼和溶剂技术Splitsloventtechnique利用溶剂的红外透明区，多种溶剂分别溶解试样，分段测量，组成一张完整的无溶剂吸收谱带的样品的红外光谱图的技术。3.16其他所用术语按GB8322—1987分子吸收光谱法术语4方法原理分子的每一运动状态都具有一定能量，它们分别是：转动能、电子的运动能、组成分子的原子振动能和平动能。当红外辐射与物质分子有选择性地相互作用时，分子就吸收或发射一定频率的红外辐射。振动能级的吸收或发射对应于中红外、近红外波段；转动能级的吸收和发射在远红外波段；红外光谱仪就是记录这种吸收或发射电磁波的仪器，得到的是以等间隔波数为横坐标、吸光度或透过度为纵坐标表示的谱图即红外光谱图。不同物质对红外辐射的吸收不同，其红外光谱图也不相同；吸收光谱的谱带强度服从朗伯－比尔定律，这些便是红外光谱进行定性定量及物质结构分析的理论根据。发射光谱是以样品为红外辐射源，来测量样品的红外发射光谱。发射强度取决于发射温度和物质结构。物质的发射谱带同样也是吸收谱带。利用物质吸收或发射红外光谱原理，可以对物质进行定性定量及结构分析。5试剂、材料各波段红外光谱分析常用化学试剂、红外窗口材料见附录A、附录B。6仪器6.1仪器组成从红外光源发出的红外光，经迈克尔逊干涉仪干涉调频后入射至样品，透过(或反射)后到达检测器，透过光包含了样品对每一频率的吸收信息，将检测器检测到的光强(干涉图)信号输入计算机进行傅里叶变换处理，结果以红外光谱图的形式输出，并由计算机通过接口对仪器(光学台)实施控制。6.1.1光源室由红外发光元件提供红外辐射。由于每种光源只能发射具有一定强度、有限波段范围的光，因此测定不同波段的光谱时需要选择相对应的光源。表1是各波段常用的几种红外光源。表1几种常用红外光源类型使用范围(cm－1)特点碘钨灯24000～4500功率大、能量高、寿命长、稳定性好硅碳棒15000～50功率大、能量高、范围宽、水冷却金属丝4500～400小功率、风冷却高压汞灯100～5高功率、水冷，适用于远红外6.1.2干涉仪干涉仪是FTIR的昀重要的组成部分，通常采用的是迈克尔逊干涉仪(图2)。由一组反射镜和分束器组成。仪器的波段范围也和分束器类型有关，常用分束器见表2。6.1.3样品室放置样品的池、架或附件的空间单元。样品池窗口材料应具有红外高透明性；常用窗口种类和波段范围见附录B。各类附件及功能按6.1.6、6.1.7、6.1.8。6.1.4检测器傅里叶变换红外光谱仪要求检测器响应速度快，灵敏度高，测量波段宽，且有较好的检测线性。使用选择按附录C。表2常用分束器类型和适用波段范围类型光谱范围/cm－125000～3300石英9000～1200BaF2(镀Si)9000～900KBr(镀Ge)7800～400CsI(镀Ge)6000～225固体远红外分束器650～20涤纶薄膜(μm)700～1253500～1006.5240～7012.5135～402590～255040～101006.1.4.1热释电型检测器利用硫酸三甘肽晶体(简称TGS)极化随温度改变的特性制成的一种红外检测器，经氘化处理后称为DTGS，检测波段范围根据其窗口材料而定，适用于中、远红外波段。是目前昀广泛使用的检测器。6.1.4.2光电导型和光伏型利用入射光子与探测材料中的电子能态作用产生载流子的原理制成的检测器为光电导型；不均一的半导体受光照射时，在某一部分产生电位差，输出电信号的原理制成的则称为光伏型。宽禁带的半导体硫化镉和半导体金属化合物锑化汞混合配制而成的称为MCT检测器，需在液氮条件下工作。MCT检测器的灵敏度很高，至少比DTGS大10倍。6.1.4.3电阻式检测器它利用某些物质有很大的温度系数，当温度有轻微改变时，电阻值就有很大变化。用这个原理制成的测热辐射计，有极高检测灵敏度和快速的响应时间，可以检测调制频率1kHz左右的信号，是目前昀好的远红外检测器，需要在液氮下工作。6.1.4.4光声检测器光声检测器集样品室、检测器于一体。在光声池内，样品吸收调制的红外光后转变成热波辐射出来，热波在样品表面经耦合后变为声波，声波再经微音器转换后变成电信号输出。声波的频率取决于红外光的调制频率。6.1.5数据处理系统数据处理系统是傅里叶变换红外光谱仪的重要组成部分，它的功能是对仪器实施控制，采集数据和数据处理，包括以下部分：1)计算机；2)输入输出接口；3)绘图仪；4)实施仪器控制、数据处理的系统软件。6.1.6附件6.1.6.1通用附件6.1.6.1.1压模固体样品压片用。压块和压杆由钼钢或工具钢制成。压块平面淬火精磨、抛光，以保证有足够硬度和光洁度。见GB6040第3.3.4。6.1.6.1.2液体池液体池是溶液样品测量附件，有多种形式；所用窗口见附录B。1)固定池由两片窗口材料和经汞齐化的铅片隔膜及固定板组成，池厚度固定，适用于易挥发溶液。常用池的厚度有0.1、0.2、0.5、1.0、2.0mm等，用于定量分析时可以保证池的厚度不变。固定池不适用于太粘稠的液体样品。2)可拆池可拆池适用于常温下不易挥发的液体样品，池厚度由铅片或聚四氟乙烯垫片的厚度决定。常用的有0.025、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0mm等。可拆液体池池体及窗口清洗方便。3)可变厚度液体池可变厚度液体池没有垫片，一个窗口固定在池体上，另一个则被有精确刻度的千分螺杆推到活塞密封垫片处，可以方便地得到试样需要的厚度。用在双光束仪器的参比光路上，对补偿溶剂的吸收十分方便。有些窗口因为在空气中潮解，使用完毕应放在干燥器中保存，模糊不透明时应重新抛光。由于液体池垫片受长期压缩或窗口材料腐蚀，池的厚度会产生变化，因此使用前必须测量或定期检测。测量方法按GB6040的3.7.4。6.1.6.1.3气体池常规气体测试按GB6040的3.4.1；微量成分可用长光程气体池。气体池窗口材料按附录B。6.1.6.2特殊附件6.1.6.2.1ATR(衰减全反射)附件6.1.6.2.2DIR(漫反射)附件6.1.6.2.3MR(镜反射)附件6.1.6.2.4EMP(发射光谱)附件6.1.6.2.5偏振器6.1.6.3联机检测装置6.1.6.3.1GC/FTIR6.1.6.3.2LC/FTIR6.1.6.3.3PAS/FTIR6.1.6.3.4MIC/FTIR6.1.6.3.4MIC/FTIR6.1.6.3.5HP/FTIR6.1.6.3.6Raman/FTIR7样品和制样方法7.1样品种类7.1.1气体各类气体池(见6.1.6.4)的光程长度、池内气体分压、总压力、温度都是影响谱带强度和形状的因素。某些气体分子间的氢键对压力、温度也很敏感。通过调整池内气体样品浓度(如降低分压、注入惰性气体稀释等)、气体池长度等可获得满意的谱带吸收强度。多次反射式长程气体池可以获得低浓度的气体光谱。测量样品时，CO2、H2O的干扰可用差谱方法或用和样品池同样长度的空池消除。为了避免某些气体吸附在气体池上，可以用干燥氮气吹扫或在一定温度下减压除去。有些气体如SO2、NO2能和碱金属卤化物窗口起反应，要改用ZnSe或其他窗口。高压聚乙烯窗口可以测量500cm－1～5cm－1远红外的光谱。定量分析时对池内气体样品的分压应准确计量。7.2液体液体样品