中红外分析与近红外分析

第一篇：中红外分析与近红外分析

尽管可以用傅里叶红外和GC联用，但接口等技能要求高，通常不得已才用近红外光谱（NIRS）、中红外光谱(MIRS)中红外光谱

产品名称：ERASPEC中红外汽油分析仪 产地：奥地利原装进口

1．技术指标

用途 测试汽油的辛烷值，密度，芳烃，烯烃，苯，甲苯，含氧化合物，甲醇，乙醇，氧含量，氮—甲基苯胺，苯胺，甲缩醛，萘，醋酸丁酯，碳酸二甲酯等（详见产品说明书）。

测量方法及原理 不同的物质由于化学组成不同，存在不同的化学键，不同的化学键在红外区域都有或强或弱的吸收峰，在中红外指纹区，不同的物质对应的吸收峰都是不同的，即可以根据吸收峰出现的位置判断是何种物质。而且吸收峰的大小与物质的含量有着正向相关性，当含量在一定范围内，此相关性可以用简单的化学方程进行表达，即可以通过吸收峰的大小计算对应物质的化学含量。相应标准为ASTM D6277,ASTM D5845及国内石化行业标准SHT0797氮甲基苯胺根据以上原理在波数为748cm-1处有强烈吸收，可根据吸收峰大小算出氮甲基苯胺的含量，精度为0.1%，重复性为0.1%。甲缩醛的强烈吸收峰为1143cm-1和1048cm-1，同理可算出含量。精度为0.1%，重复性为0.1%。

波长范围 2500-25000nm 测量时间 1min /每个样品

样品量 10ml/每次

测量单位 体积百分比，重量百分比

密度测量 ±0.0001g/cm3，内置安东帕独立密度计。

热机时间 小于5秒，无需额外热机，超声波马达驱动，开机可测试。

标定时间 小于5秒，参比和样品池自行切换，实时采集背景参比，无需额外试剂标定。

测试过程 仪器自动进样，自动样品分析，自动结果大屏幕显示。

显示屏 超大6.5寸彩色触摸屏，可快速输入和编辑。

数据处理 可连接打印机打印测试结果，可使用U盘下载测试结果，可连接电脑进行谱线处理。

结果存储 可存储大于6000组测试结果方便用户查看。

谱线处理 退卷积分和激光定标技术，消除基线漂移和零点漂移对实验结果的影响。

操作语言 中文，英文，法文，德文等。

接口 4个USB接口口，1个以太网，1个RS232和LIMS通讯接口。

电源 85-264V AC，47-63Hz 功率 70W 现场作业 可载使用 12V/4A DC直流电源。

尺寸及重量 宽220x高320x厚280mm。8kg

以上是供应ERASPEC中红外汽油分析仪的详细信息，由杰韦弗(中国)西安分公司自行提供，如果您对供应ERASPEC中红外汽油分析仪的信息有什么疑问，请与该公司进行进一步联系，获取供应ERASPEC中红外汽油分析仪的更多信息。

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.前段时间参加了2009年BCEIA，其它报告会上有两个报告是关于近红外检测的应用，而在平时，可能大家对中红外了解得相对多些。按照光谱波长，大致将0.76－2.5um分为近红外，2.5－25um分为中红外，25－1000um分为远红外。其中，中红外主要应用于物质的定量和定性检测方面，而更偏重于未知物的鉴别或辅助其它方法进行未知化合的结构鉴定等定性检测，但对近红外呢？

希望大家根据在平时的积累和工作中实际应用，从原理、方法、应用范围以及仪器的使用等多方面谈谈对近红外、中红外的看法。不求多、不求全面，只求大家参与！

近红外与中红外光谱分析的区别2011-11-03 中国化工仪器网

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3近红外光(NIR)是介于可见区和中红外区间的电磁波，不同文献中对其波长范围的划分不尽相同，美国试验和材料协会(ASTM)规定为700nm至2500nm。NIR常被化分为短波近红外(SW-NIR)和长波近红外(LW-NIR),其波段范围分别为700—1100nm和1100—2500nm。

1800年，Herschel首次发现了NIR光谱区;1900年前后，NIR光谱仪器使用玻璃棱镜和胶片记录器，其光谱范围局限于700nm—1600nm。50年代的商品NIR光谱仪使用硫化铅光敏电阻作检测器，其波长范围能延伸至3000nm，能用于定量分析，但，由于NIR消光系数低和谱带宽而解析困难，该技术并没有获得广泛应用。60年代，KarlNorris使用漫反射技术对麦子水分、蛋白和脂肪含量进行研究，发现NIR光谱用于常规分析的实用价值。随计算机发展和化学计量学(Chemometrics)诞生，NIR和化学计量学结合产生了现代NIR光谱学。NIR最先应用于农业领域。80年代，光谱仪器制作和计算机技术水平有了大的提高，NIR被广泛应用于在工业和其它领域。近几届匹司堡分析仪器会议上，NIR已成为红外光谱分析报道的热点。NIR在线分析应用给石化工业带来了巨大经济效益，更是引人注目。

根据红外辐射在地球大气层中的传输特性，通常分为近红外(0.75μm到3μm)、中红外(3μm到30μm)、远红外(30μm到1000μm)。

主要区别是波长不同，应用领域不同。

红外吸收光谱法是定性鉴定化合物及其结构的重要方法之一,在生物学、化学和环境科学等研究领域发挥着重要作用。无论样品是固体、液体和气体，纯物质还是混合物，有机物还是无机物，都可以进行红外分析。红外光谱法广泛应用于高分子材料、矿物、食品、环境、纤维、染料、粘合剂、油漆、毒物、药物等诸多方面，在未知化合物剖析方面具有独到之处。

(NIR)分析技术是近年来分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，越来越引起国内外分析专家的注目，在分析化学领域被誉为分析“巨人”，它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。

近红外区域按ASTM定义是指波长在780～2526nm范围内的电磁波，是人们最早发现的非可见光区域。由于物质在该谱区的倍频和合频吸收信号弱，谱带重叠，解析复杂，受当时的技术水平限制，近红外光谱“沉睡”了近一个半世纪。直到20世纪50年代，随着商品化仪器的出现及Norris等人所做的大量工作，使得近红外光谱技术曾经在农副产品分析中得到广泛应用。到60年代中后期，随着各种新的分析技术的出现，加之经典近红外光谱分析技术暴露出的灵敏度低、抗干扰性差的弱点，使人们淡漠了该技术在分析测试中的应用，从此，近红外光谱进入了一个沉默的时期。80年代后期，随着计算机技术的迅速发展，带动了分析仪器的数字化和化学计量学的发展，通过化学计量学方法在解决光谱信息提取和背景干扰方面取得的良好效果，加之近红外光谱在测样技术上所独有的特点，使人们重新认识了近红外光谱的价值，近红外光谱在各领域中的应用研究陆续展开。进入90年代，近红外光谱在工业领域中的应用全面展开，有关近红外光谱的研究及应用文献几乎呈指数增长，成为发展最快、最引人注目的一门独立的分析技术。由于近红外光在常规光纤中具有良好的传输特性，使近红外光谱在在线分析领域也得到了很好的应用，并取得良好的社会效益和经济效益，从此近红外光谱技术进入一个快速发展的新时期。

我国对近红外光谱技术的研究及应用起步较晚，除一些专业分析工作人员以外，近红外光谱分析技术还鲜为人知。但1995年以来已受到了多方面的关注，并在仪器的研制、软件开发、基础研究和应用等方面取得了较为可喜的成果。但是目前国内能够提供整套近红外光谱分析技术(近红外光谱分析仪器、化学计量学软件、应用模型)的公司仍是寥寥无几。随着中国加入WTO及经济全球化的浪潮，国外许多大型分析仪器生产商纷纷登陆中国，想在第一时间占领中国的近红外光谱分析仪器市场。由此也可以看出近红外光谱分析技术在分析界炙手可热的发展趋势。在不久的未来，近红外光谱分析技术在分析界必将为更多的人所认识和接受。

现代近红外光谱分析是将光谱测量技术、计算机技术、化学计量学技术与基础测试技术的有机结合。是将近红外光谱所反映的样品基团、组成或物态信息与用标准或认可的参比方法测得的组成或性质数据采用化学计量学技术建立校正模型，然后通过对未知样品光谱的测定和建立的校正模型来快速预测其组成或性质的一种分析方法。

与常规分析技术不同，近红外光谱是一种间接分析技术，必须通过建立校正模型(标定模型)来实现对未知样品的定性或定量分析。具体的分析过程主要包括以下几个步骤：一是选择有代表性的样品并测量其近红外光谱；二是采用标准或认可的参考方法测定所关心的组分或性质数据；三是将测量的光谱和基础数据，用适当的化学计量方法建立校正模型；四是未知样品组分或性质的测定。由近红外光谱分析技术的工作过程可见，现代近红外光谱分析技术包括了近红外光谱仪、化学计量学软件和应用模型三部分。三者的有机结合才能满足快速分析的技术要求，是缺一不可的。

与传统分析技术相比，近红外光谱分析技术具有诸多优点，它能在几分钟内，仅通过对被测样品完成一次近红外光谱的采集测量，即可完成其多项性能指标的测定(最多可达十余项指标)。光谱测量时不需要对分析样品进行前处理；分析过程中不消耗其它材料或破坏样品；分析重现性好、成本低。对于经常的质量监控是十分经济且快速的，但对于偶然做一两次的分析或分散性样品的分析则不太适用。因为建立近红外光谱方法之前必须投入一定的人力、物力和财力才能得到一个准确的校正模型。

近红外光谱主要是反映C-H、O-H、N-H、S-H等化学键的信息，因此分析范围几乎可覆盖所有的有机化合物和混合物。加之其独有的诸多优点，决定了它应用领域的广阔，使其在国民经济发展的许多行业中都能发挥积极作用，并逐渐扮演着不可或缺的角色。主要的应用领域包括：石油及石油化工、基本有机化工、精细化工、冶金、生命科学、制药、医学临床、农业、食品、饮料、烟草、纺织、造纸、化妆品、质量监督、环境保护、高校及科研院所等。在石化领域可测定油品的辛烷值、族组成、十六烷值、闪点、冰点、凝固点、馏程、MTBE含量等；在农业领域可以测定谷物的蛋白质、糖、脂肪、纤维、水分含量等；在医药领域可以测定药品中有效成分，组成和含量；亦可进行样品的种类鉴别，如酒类和香水的真假辨别，环保废弃物的分检等。

相信随着科学技术的不断发展，近红外光谱分析技术这一先进的技术必将得到广泛的认同和应用。

文章链接：中国化工仪器网 http://

第二篇：红外测距总结报告

红外测距电路总结报告

学 院：机电工程学院班 级：学 号：姓 名：刘丰源

11电气1班 1100103139 摘要

本次实验是设计一个红外测距电路，它由软件和硬件两部分组成。软件部分包括信号产生、AD接收、数据处理、液晶显示；硬件部分包括发射模块和接收模块。此电路可以测较短的距离，精度在0~5mm之间。

关键词

STC8051单片机；红外测距；

一、方案设计

1、发射模块

采用用单片机产生一个1khz的信号经红外发射管发射这样设计既简单又方便，电路也更加简单。

2、接收模块 放大电路：

采用5v电源供电，利用lm358芯片进行单电源放大。由于放大倍数在20到40倍之间，经过一级放大即可。

滤波电路：

由于经过放大以后的信号还有很多杂波，而我们需要的是接收到的1khz的信号，一般的滤波器很难解决干扰问题，所以直接选用有源二阶带通滤波器。

峰值检波电路：

根据要求的精度为5mm，最简单的峰值检波电路即可胜任，出于节约成本的考虑，决定不用带运放的高精度检波电路，假如还要进一步提升测量精度，就需要选用更好的峰值检波电路。

AD转换电路：

AD转换选用0809芯片，它是并行传输的，占用的IO口太多，但是软件编写非常简单。

单片机控制电路：

AD转换的数字信号传入单片机，通过软件自动求出所测的距离，显示正确的距离。

二、电路分析

1.发射模块

由8051的定时器产生一个1khz的方波，用一个三极管驱动，将信号加载到红外发射管上。2.接收模块电路设计

因为红外接收管接收到的信号只有一百毫伏左右，而且还有很多干扰，需要先放大再带通滤波，单片机只能接受数字信号，所以还需要通过峰值检波输出一个直流电压，经TLC1543芯片转换成数字信号输入单片机进行处理。

考虑到题目测量范围和接收到的信号大小，选取放大倍数为40倍左右，倍数太大回出现波形失真，使测量的最短距离变小，倍数太小信号强度不够，则能测量的最远距离会变小，放大倍数B=R4/R3=40； 关于有源二阶带通滤波器的设计：

令C=C3=C4，则req=R5//R6=(R5*R6)/(R5+R6)品质因数Q等于中心频率除以带宽

即Q=fc/BW=1/2*R7/req

由上边的公式，取中心频率f=1khz，增益A=2，品质因数Q=10，则令C=C3=C4=50nf，可以得到电阻值为R5=16K,R6=160，R7=64K;关于峰值检波电路的设计：

考虑到电容值越大检波效果越好，但是放电速度越慢，经过测试，选取了20uf的电容和100k的电阻以及1n4148构成最简单的峰值检波电路。

电路图及元件参数如下：

3.单片机控制模块

接收模块处理好的数据传入单片机，程序自动计算出此时的距离，再在1602液晶上显示。

三、软件分析

软件由4部分组成，信号产生模块、AD接收模块、数据处理模块和LCD显示模块，利用单片机的定时器0可以持续不断的产生1khz信号并输出，由于输出信号是稳定的，而接收管接收到的信号随着障碍物距离的变远而变小，所以我们可以通过检测信号的强弱来判断距离，我采用提前把正确的距离和信号强弱的关系先测量好，建成一张信号距离表,然后利用exelc将得到的数据汇成一条曲线，得到一个函数关系式，在程序中插入这个关系式，单片机得到一个信号，程序就会算出相应的距离，这样既简单又方便。处理好的数据直接传送到1602液晶屏显示即可。

四、调试和测试

调试中所用到的仪器设备主要有：有示波器，函数信号发生仪，稳压电源。数字万用表。调试过程如下：

首先调试发射部分，直接用示波器测量单片机输出的信号，为1khz；

再调试接收部分的放大模块：先用函数发生仪模拟一个接收信号，把放大电路和滤波电路断开，测量358芯片的1脚，输入信号为1khz，100mv的正弦信号，用示波器测量1脚为1khz，2.8v的正弦信号，放大倍数为28倍，由于有信号衰减，放大部分正常；

接下来调试带通滤波：把放大电路和滤波电路连好，输入函数发生仪产生的模拟信号，测量358芯片的7脚，得到一个稳定的正弦波，通过调节输入信号的频率，测得带通滤波器的中心频率为1.8khz，带通滤波器不正常。由于电阻自身的误差比较大，电容也有误差，再加上计算出来的电阻值没有刚好合适的，取得是相近的电阻元件，所以照成了较大的误差，我再在C3，C4上分别并联了一个相同容量的电容，再次测量中心频率变为880hz，截止频率400hz，这次滤波器可以满足要求了。然后接着测量整个电路的输出端，示波器打到直流档，调节信号强弱，发现检波电路工作良好。

最后我修改程序将输出信号改为880hz，接入红外发射和接收管，直接进行最终的整合调试，解决一些电路连接上的问题后，将电压再液晶上显示出来，用米尺画出一张标准距离图，测量出电压和距离之间的关系并做成表，最终填入程序中，再验证距离和长度的关系是否正确。整个红外测距电路到此结束。

五、心得总结

该电路设计简单，精度为5mm，但还可以进一步提高。虽然测量距离和超声波比起来短很多，但是精度高，适合短距离的高精度测量。但是当测量距离从近到远变化时，距离测量变化的灵敏度比较低。需要一个更好的峰值检波电路才能提高响应速度。

六、参考文献和资料

1.郭天祥编著《新概念51单片机c语言教程—入门、提高、开发、扩展全攻略》 2.TLC1543编程实例——百度文库 3.《运算放大器电路设计手册》

4.《有源带通滤波器的设计和计算》 5.《单片机C语言程序设计》

第三篇：红外测距仪总结报告

红外测距仪总结报告

一、摘要：

本次设计任务是设计一个红外测距电路，它由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括发射模块和接收模块，先由stc8051单片机产生一个1khz的信号，经红外发射管发射，碰到障碍物后返回，接收管接收到信号通过放大、滤波、峰值检波、AD转换后传回单片机，单片机即可通过判断接收电压的大小来确定距离。软件部分包括信号产生、AD接收、数据处理、液晶显示。

关键词： STC8051 红外测距

二、电路总体方案：

1、发射部分： 用单片机产生一个1khz的信号经红外发射管发射。因为用单片机产生信号方便控制盒调节，电路也更加简单。

2、接收部分： 采用±5v双电源供电，利用LM358芯片进行双电源放大，因放大倍数在20至40倍之间即可，所以只需经过一级放大。

滤波部分： 由于经过放大以后的信号还有很多杂波，而我们需要的是接收到的1khz的信号，一般的滤波器很难解决干扰问题，所以直接选用有源二阶带通滤波器。

峰值检波部分：

根据要求的精度为5mm，最简单的峰值检波电路即可胜任，出于节约成本的考虑，决定不用带运放的高精度检波电路，假如还要进一步提升测量精度，就需要选用更好的峰值检波电路。

AD转换部分： 由于所买单片机缺少AD转换模块，另购带PCF8591芯片的AD转换模块外接到单片机与电路板之间来实现AD转换。简化了软件编程中繁杂的IO口编程。

单片机控制部分： AD转换的数字信号传入单片机，通过软件采用查表发进行处理，得出正确的距离。

三、硬件设计：

1.红外发射管电路设计：

1.1 红外发射管原理

由STC8051的定时器产生一个1KHZ的方波，用

一个三极管驱动，将信号传送到红外发射管上。

1.2 红外发射管外围电路和元件参数设计

注：通过R3的调节改变测量范围。

1.3红外接收管电路设计：

红外接收管接受的信号只有一百毫伏左右，而

且还有很多干扰，需要先放大在带通滤波，单片机只能接受信号，所以

还需要通过峰值检波输出一个直流电压，经pcf8591 芯片转换成数字信

号输入单片机进行处理。

2.放大器的设计

2.1放大器的工作原理：

考虑到题目测量范围和接收到的信号大小，选取放大倍数为30倍左右，倍数太大会出现波形失真，是测量范围的最短距离变小，倍数太小信号强度不够，则能测量的最远距离会变小，放大倍数：

B=Rf / Rb =30；

3.关于有源二阶带通滤波器的设计：

则令C = C3 = C4，则 Rep = R5 / / R6 =(R5 * R6)/(R5 + R6)

品质因素Q等于中心频率除以带宽

即 Q = fc / BW = 1/2*（R7 / Rep)½

由上边的公式，去中心频率 f = 1 khz ,增资A = 5，品质因素 Q=8，则令C = C3 = C4 =104，可以得到电阻值为R5=2.5 K,R6=100，R7=25K;

4.关于峰值检波电路的设计：

考虑到电容值越大检波效果越好，但是放电速度越慢，经过测试，选取了200uf的电容和100k的电阻以及LM358构成最简单的峰值检波电路。

5.电路图如下：

注： 1.R4的电阻大小可改变测量精度；

2.整流电路中R8的大小决定最后测量结果精度；

3.前两个放大器用TL082，后一个选用LM358；

四． 程序设计:

软件由4个部分组成，信号产生模块，AD接受模块，数据处理模块和LCD显示模块，利用单片机的定时器0可以持续不断的产生1khz信号并输出，由于输出信号时稳定的，而接收管接收的信号时随着障碍物距离的变远而变小，所以我们可以通过检测信号的强弱来判断距离，但是接收的信号并不是完全是线性变化，采用一个或者几个固定的公式并不能得出准确的距离，所以采用提前把正确的距离和信号强弱的关系先测量好，建成一张信号距离表，这样测量时就可以查表快速得出距离。精度也方便控制。处理好的数据直接传送到1502液晶屏显示即可。

流程图如下：

五．测试方案：

本次测试所用到的仪器设备主要有： 示波器，函数信号发生仪，稳压电源，数字万用表。

调试过程如下：

调试发射部分，直接用示波器测量单片机输出的信号，为1khz；

调试接收部分的放大模块：先用函数信号发生仪模拟一个接收信号，把放大电路和滤波电路断开，测量TL082芯片的1脚，输入信号为1khz，1 00mv的正弦信号，用示波器测量1脚为1khz，2.9v的正弦信号，放大倍

数为29倍，由于有信号的衰减，放大部分正常；

调试带通滤波： 把放大电路和滤波电路连好，输入函数发生仪产生的 模拟信号，测量TL082芯片的7脚，得到一个稳定的正弦波，通过调节输入信号的频率，测得带通滤波器的中心频率为1khz，满足要求。然后接着测量整个电路的输出端，示波器打到直流档，调节信号强弱，发现检波电路工作良好。

最后，接入红外发射管与接收管，直接进行最终整调试，适当改变了R3与R4的电阻大小，再将电压在液晶上显示出来，用米尺画出一张标准的距离图，测量距离图上每隔5mm所对应的电压记录并做成表格最终填入程序中，并多次验证距离和长度的关系是否正确。并做多次修正。

六、参考文献和资料:

1.《新概念51单片机c语言教程——入门、提高、开发、扩展全攻略》

——郭天祥著

2.《运算放大器电路设计手册》

3.《电路与模拟电子技术》

—— 殷祥瑞

4.pcf8591中文资料——百度文库

5.pcf8591编程实例——百度文库

第四篇：红外波长记忆

外可分远中近，中红特征指纹区，1300来分界，注意横轴划分异。

看图要知红外仪，弄清物态液固气。

样品来源制样法，物化性能多联系。

识图先学饱和烃，三千以下看峰形。2960、2870是甲基，2930、2850亚甲峰。

1470碳氢弯，1380甲基显。

二个甲基同一碳，1380分二半。面内摇摆720，长链亚甲亦可辨。

烯氢伸展过三千，排除倍频和卤烷。

末端烯烃此峰强，只有一氢不明显。

化合物，又键偏，～1650会出现。

烯氢面外易变形，1000以下有强峰。

910端基氢，再有一氢990。

顺式二氢690，反式移至970；

单氢出峰820，干扰顺式难确定。

炔氢伸展三千三，峰强很大峰形尖。

三键伸展二千二，炔氢摇摆六百八。

芳烃呼吸很特征，1600～1430。

1650～2000，取代方式区分明。900～650，面外弯曲定芳氢。（一取代）五氢吸收有两峰，700和750；（二取代）四氢只有750，二氢相邻830； 间二取代出三峰，700、780，880处孤立氢 醇酚羟基易缔合，3300处有强峰。C－O伸展吸收大，伯仲叔醇位不同。

1050伯醇显，1100乃是仲，1150叔醇在，1230才是酚。

伯<仲<叔<酚

1110醚链伸，注意排除酯酸醇。若与π键紧相连，二个吸收要看准，1050对称峰，1250反对称。苯环若有甲氧基，碳氢伸展2820。次甲基二氧连苯环，930处有强峰，环氧乙烷有三峰，1260环振动，九百上下反对称，八百左右最特征。缩醛酮，特殊醚，1110非缩酮。酸酐也有C－O键，开链环酐有区别，开链强宽一千一，环酐移至1250。

羰基伸展1700，醛基2720。吸电效应波数高，共轭则向低频移。张力促使振动快，环外双键可类比。

2500到3300，羧酸氢键峰形宽，920，钝峰显，羧基可定二聚酸、酸酐千八来偶合，双峰60严相隔，链状酸酐高频强，环状酸酐高频弱。

羧酸盐，偶合生，羰基伸缩出双峰，1600反对称，1400对称峰。

1740酯羰基，何酸可看C-H展。1180甲酸酯，1190是丙酸，1220乙酸酯，1250芳香酸。1600兔耳峰，常为邻苯二甲酸。N-H伸展3400，每氢一峰很分明。羰基伸展酰胺I，1660有强峰； N－H变形酰胺II，1600分伯仲。伯胺频高易重叠，仲酰固态1550； C-N伸展酰胺III，1400强峰显。

胺尖常有干扰见，N－H伸展三千三，叔胺无峰仲胺单，伯胺双峰小而尖。1600碳氢弯，芳香仲胺1500偏。八百左右面内摇，确定最好变成盐。伸展弯曲互靠近，伯胺盐三千强峰宽，仲胺盐、叔胺盐，2700上下可分辨，亚胺盐，更可怜，2000左右才可见。

硝基伸缩吸收大，相连基团可弄清。1350、1500，分为对称反对称。

氨基酸，成内盐，3100～2100峰形宽。1600、1400酸根展，1630、1510碳氢弯。盐酸盐，羧基显，钠盐蛋白三千三。

矿物组成杂而乱，振动光谱远红端。钝盐类，较简单，吸收峰，少而宽。注意羟基水和铵，先记几种普通盐。1100是硫酸根，1380硝酸盐，1450碳酸根，一千左右看磷酸。

硅酸盐，一峰宽，1000真壮观。勤学苦练多实践，红外识谱不算难。

第五篇：《红外光谱与核磁共振谱》

演讲稿 工作总结 调研报告 讲话稿 事迹材料 心得体会 策划方案

《红外光谱与核磁共振谱》

《红外光谱与核磁共振谱》

【学习要求】

1、了解红外光谱与核磁共振谱基本原理及其有关的概念

2、了解红外吸收光谱产生的条件

3、了解红外吸收的强度、核磁共振谱中化学位移的概念

4、大致了解各类有机化合物红外吸收光谱和核磁共振谱特征

一、红外吸收光谱

（一）红外吸收光谱的基本原理

红外光波波长位于可见光波和微波波长之间0.75-1000 mm(1 mm = 10-4 cm)其中：

远红外

0.75-2.5 mm

中红外

2.5-25 mm 4000-400 cm-1

近红外

25-1000 mm

红外光波的波长常用波数(cm-1)表示。波数的定义是：每1厘米范围内所含光波的数目。波数 = 104/l(mm)。因此，2.5 mm波长，相当于104/2.5 cm-1，即：4000 cm-1，而25 mm相当于400 cm-1。

1．分子的振动能级

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引起分子振动能级跃迁的光谱称振动光谱，振动能级跃迁的同时伴有转动能级的跃迁。红外吸收光谱是分子的振动-转动光谱。用远红外光波照射分子时，只会引起分子中转动能级的跃迁，得到纯转动光谱。

2、基本振动的类型

一般把分子的振动方式分为两大类：化学键的伸缩振动和弯曲振动。

（1）伸缩振动

指成键原子沿着价键的方向来回地相对运动。在振动过程中，键角并不发生改变，如碳氢单键，碳氧双键，碳氮三键之间的伸缩振动。伸缩振动又可分为对称伸缩振动和反对称伸缩振动。

（2）弯曲振动

弯曲振动又分为面内弯曲振动和面外弯曲振动，用d、g表示。如果弯曲振动的方向垂直于分子平面，则称面外弯曲振动，如果弯曲振动完全位于平面上，则称面内弯曲振动。剪式振动和平面摇摆振动为面内弯曲振动，面外摇摆振动和扭曲变形振动为面外弯曲振动。以-CH2-：剪式振动、平面摇摆振动、面外摇摆振动、扭曲变形振动

3、影响峰数减少的因素

（1）红外非活性振动

（2）分子结构对称，某些振动频率相同。

（3）强宽峰复盖频率相近的弱而窄的峰。

（4）在红外区域外的峰。

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（5）别弱的峰或彼此十分接近的峰

（二）红外吸收光谱产生的条件

一定波长的红外光照射被研究物质的分子，若辐射能(hn)等于振动基态(Vo)的能级(E1)与第一振动激发态(V1)的能级(E2)之间的能量差(DE)时，则分子可吸收能，由振动基态跃迁到第一振动激发态(V0(r)V1)：

DE = E2a)

弱（又称倍频峰）

V。(r)V3

二级泛频带(3nE(+1/2)= g·h/2p·B0 上式表明，D E 与外加磁场B0的强度有关，D E随B0场强的增大而增大。

若在与B0垂直的方向上加一个交变场B1(称射频场)，其频率为n1。当n1 = n0时，自旋核会吸收射频的能量，由低能态跃迁到高能

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态(核自旋发生倒转)，这种现象称为核磁共振吸收。

（二）弛豫过程

当电磁波的能量（hv）等于样品某种能级差DE时，分子可以吸收能量，由低能态跃迁到高能态。高能态的粒子可以通过自发辐射放出能量，回到低能量，其几率与两能级能量差DE成正比。一般的吸收光谱，DE较大，自发辐射相当有效，能维持Boltzmann分布。但在核磁共振波谱中，DE非常小，自发辐射的几率几乎为零。想要维持NMR信号的检测，必须要有某种过程，这个过程就是弛豫过程。即高能态的核以非辐射的形式放出能量回到低能态，重建Boltzmann分布的过程。

（三）化学位移

1、化学位移的产生

1）电子屏蔽效应

在外磁场B0中，不同的氢核所感受到B0是不同的，这是因为氢核外围的电子在与外磁场垂直的平面上绕核旋转的同时产生一个与外磁场相对抗的感生磁场。感生磁场对外加磁场的屏蔽作用称为电子屏蔽效应。感生磁场的大小与外核场的强度有关，用s·B0表示，s称屏蔽常数。

s的大小与核外电子云的密度有关。核外电子云密度越大，s就越大，s·B0也就越大。在B0中产生的与B0相对抗的感生磁越强，核实际感受到的B0(称有效磁场，用Beff表示)就越弱。可表示如下：Beff = B0 s)

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氢核外围电子云密度的大小，与其相邻原子或原子团的亲电能力有关，与化学键的类型有关。如CH3-Si，氢核外围电子云密度大，s·B0大，共振吸收出现在高场；CH3-O，氢核外围电子云密度小，s·B0亦小；共振吸收出现在低场。

2）化学位移

同一分子中不同类型的氢核；由于化学环境不同，其振动频率亦不同。其频率间的差值相对于B0或n0来说，均是一个很小的数值，仅为n0的百万分之十左右。对其绝对值的测量，测量，难以达到所要求的精度，且因仪器不同（导致s·B0不同）其差值亦不同。例如60 MHz谱仪测得乙基苯中CH2、CH3的共振吸收频率之差为85．2 Hz，100 MHz的仪器上测得为142 Hz。

为了克服测试上的困难和避免因仪器不同所造成的误差，在实际工作中，使用一个与仪器无关的相对值表示。即以某一标准物质的共振吸收峰为标准（B标或n标），测出样品中各共振吸收峰（B样或n样）与标样的差值DB或Dn（可精确到1Hz），采用无因次的d值表示，d值与核所处的化学环境有关，故称化学位移。d = DB/B标 ′ 106 ； d = Dn/n标′ 106，n标与n0相差很小，d = Dn/n0′ 106。n0为仪器的射频频率，Dn可直接测得，为前者百万分之一。对与1H NMR，d值为0-20 ppm，60 MHz的仪器，1ppm＝60Hz，100 MHz的仪器，1ppm＝100Hz。

2、化学位移的表示

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标准样品：最理想的标准样品是(CH3)4Si,简称TMS。TMS有12个化学环境相同的氢，在NMR中给出 尖锐的单峰易辨认。NMR与一般有机化合物相比，氢核外围的电子屏蔽作用较大，共振峰位于高场端，对一般化合物的吸收不产生干扰。TMS化学性质稳定，沸点27 °C,一般不与待测样品反应，且又易于从测试样品中分离出，还具测有与大多数有机溶剂混溶的特点。1970年，国标纯粹与应用化学协会（IUPIC）建议化学位移采用d值,规定TMS为0 ppm, TMS左侧d为正值，右侧d值为负。早期文献报道化学位移有采用t值的，t与d之间的换算式如下：d ＝ 10J/2)= hn1

DE2 = h(nb + J/2)= hn2

n2J／2)和(na + J／2)处，峰间距等于Jab，J为偶合常数。

所以自旋-自旋偶合是相互的，偶合的结果产生谱线增多，即自旋裂分。偶合常数(J)是推导结构的又一重要参数。在1H NMR谱中，化学位移(d)提供不同化学环境的氢。积分高度(h)代表峰面积，其简比为各组氢数目之简比。裂分蜂的数目和J值可判断相互偶合的氢核数目及基团的连接方式。

同碳偶合 是指间隔2个单键的偶合，同碳上质子间的偶合(Ha-C-Hb)称同碳偶合，偶合 常数用2JHH。

邻位偶合 邻位碳上质子间的偶合（HaC-CHb）称邻位偶合，偶合数用3JHH表示。

远程偶合 大于叁键的偶合称远程偶合。

大部分链状化合物，由于分子内部的快速运动，表现出磁全同，尽管可以利用某些特殊的实验方法(如同位素取代)测出它们之间的偶合常数，但在谱图中并不表现出裂分。2J主要受取代基电子效应的影响和键角的影响。

2、一级谱

分子中核之间相互作用时，仅产生简单的裂分行为，且两组偶合精心收集

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核之间的化学位移之差Dn远小于它们之间的偶合常数，即Dn/J 3 6。一级谱的几个特征

（1）全同的质子只有偶合，但不出现裂分，在NMR上只出现单峰。如OCH3。

（2）邻质子偶合所具有的裂分数，由相邻质子数目决定，即n + 1 规律：某组环境完全相等的n个核(I＝1／2)，在Bo中共有(n + 1)种取向，使与其发生偶合的核裂分为(n + 1)条峰。这就是n + 1 规律，概括如下：

某组环境相同的氢若与n个环境相同的氢发生偶合，则被裂分为(n + 1)条峰。

某组环境相同的氢，若分别与n个和m个环境不同的氢发生偶合；且J值不等，则被裂分为(n + 1)(m + 1)条峰。如高纯乙醇，CH2被CH3裂分为四重蜂，每条峰又被OH中的氢裂分为双峰，共八条峰[(3 + 1)×(1 + 1)＝ 8。

实际上由于仪器分辨有限或巧合重叠，造成实测峰的数目小于理论值。

（3）只与n个环境相同的氢偶合时，裂分峰的强度之比近似为二项式(a + b)n展开

式的各项系数之比。这种处理是一种非常近似的处理，只有当相互偶合核的化学位移差值Dn >J时，才能成立。

（4）在实测谱图中，相互偶合核的二组峰的强度会出现内侧峰偏高。外侧峰偏低。Dn 越小内侧峰越高，这种规律称向心规则。利

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用向心规则，可以找出NMR谱中相互偶合的峰。

（5）谱线以化学位移为中心，左右对称；相互偶合的质子，持有相同的偶合常数，即裂分线之间的距离相等。

例5

CH3CH2CH2Br

Cl-CH2CH2Cl

Cl-CH2-O-CH3

（五）核磁共振氢谱解析及应用1、1H NMR谱解析一般程序

1）识别干扰峰及活泼氢峰

2）推导可能的基因

有分子式的计算UN，无分子式的根据MS及元素分析求得分子式。

计算各组峰的质子最简比:

例如，某化合物分子式C14H14，1HNMR出现两组峰；积分简比为5：2，则质子数目之

比为10：4，表明分子中存在对称结构。

判断相互偶合的峰：

判断自旋系统： 分析1H NMR谱各组峰的d范围，质子数目及峰形，判断可能的自旋系统。

识别特征基团的吸收峰：

根据d值，质子数目及一级谱裂分峰形可识别某些特征团的吸收峰。

3）确定化合物的结构

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演讲稿 工作总结 调研报告 讲话稿 事迹材料 心得体会 策划方案、1H NMR谱解析实例

例 1化合物分子式C10H12O，1H NMR谱见图3．38，推导其结构。

解：分子式C10H12O，UN＝5，化合物可能含有苯基，C=O或C=C双键；1H NMR谱无明显干扰峰；由低场至高场，积分简比4：2：3：3，其数字之和与分子式中氢原子数目一致，故积分比等于质子数目之比。

d6．5-7．5的多重峰对称性强，主峰类似AB四重峰（4H），为AA'BB'系统；结合UN ＝ 5可知化合物苯对位二取代或邻位二取代结构。其中2H的d<7ppm，表明苯环与推电子基(-OR)相连。3．75 ppm（s,3H）为CH3O的特征峰，d1．83 ppm（d,2H）,J = 5.5Hz为CH3-CH=;：d 5.5-6.5 ppm（m,2H）为双取代烯氢(C=CH2或HC=CH)的AB四重峰，其中一个氢又与CH3邻位偶合，排除＝CH2基团的存在，可知化合物应存在：-CH=CH-CH3基。

综合以上分析，化合物的可能结构为：

此结构式与分子式相符；分子中存在ABX3系统，AB部分由左至右编号1-8，[1-2] ＝16Hz(反式偶合)为JAB，X3对A的远程偶合谱中未显示出来；B被A偶合裂分为双峰，又受邻位X3的偶合，理论上应裂分为八重峰（两个四重峰）。实际只观察到6条谱线，由峰形和裂矩分析，第一个四重峰的1线与A双蜂的2线重叠，第二个四重峰的1线与第一个四重峰的4线重叠。峰与峰间距离与d 1．83CH3的精心收集

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裂矩相等。故化合物的结构进一步确定为：

例2 化合物分子式C11H14O3，1H NMR谱见图3．39，推导其结构。

解：分子式C11H14O3，UN＝5。图中附加图偏移300Hz(5ppm)，d＝5．85 + 5＝10．85，用D2O交换该吸收峰消失，故为活泼氢的共振吸收，由化学位移值分析该峰可能为COOH或形成分子内氢键的酚羟基的吸收峰。图中共有五组峰，由低场至高场积分简比为1：4：2：4：3；积分简比数字之和与分子中质子数目相等，故该简比等于质子数目之比。

d(ppm)：10·85(s，1H)为COOH，或PhOH(内氢键)，6．5-8．0(m，4H)为双取代苯，取代基互为邻位或间位；4．2(t，2H)为与氧和另一个CH2相连的CH2基(-OCH2CH2-)；1．5(m，4H)为-CH2CH2-；0．9(t，3H)为与CH2相连的CH3。

综合以上分析，苯巧上的两个取代基可能为：-OH，-COOCH2CH2CH2CH3或-COOH,-OCH2CH2CH2CH3。

苯环上取代基位置的分析：d7．7〔dd，1H〕[1-3]＝[2-4] “7 Hz，[1-2]＝[3-4] ” 2Hz，表明该氢与邻位氢偶合，又与间位氢偶合。具有结构(A)。

d7·3（td, 1H）,该氢与两个邻位氢偶合，被裂分为三重峰(J=7 Hz)，又与一个间位

氢偶合，每条峰又被裂分为双峰，故化合物具有(B)结构，Ha或

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Hb均可满足该偶合裂分。

d 6.9(dd，1H)的偶合分析同d7.7氢的偶合分析。d6.7(m，1H)的共振峰，从峰形判断为六重峰(td)，低场的二重峰与d6.9高场的二重峰重叠，其偶合分析同d7.3氢的偶合分析。(B)结构的偶合分析均可满足d6.9、6.7的偶合分析。

综合以上分析，未知物的可能结构为：

（C）

（D）

(C)分子间缔合程度因位阻而降低，dCOOH高场位移。(D)形成分子内氢键dOH低场位移，二者1H NMR相近，难以区别，需与其它谱配合（如MS，IR）或查阅标准谱图。实际结构为(D)，苯环四个氢的归属可定性分析或利用表3．4的数值计算。

例3 图3．19是化合物C10H10O的1H NMR谱，推导其结构。

解：化合物C10H10O，UN＝6，分子中可能含有苯基，C=C或C=O。图谱中有三组，由低场至高场积分简比为6：1：3，等于质子数目之比。d：2．3 ppm(s，3H)为CH3CO，6-7 ppm(d，lH)J ＝18Hz，为＝CH，且与另一个烯氢互为反式。根据向心规则和(n + 1)规律，另一个烯氢的双峰应位于更低场，与7-8 ppm的多重峰重叠。7-8 ppm(m，6H)除1个烯氢(＝CH)外，5个氢为苯氢，单取代苯。

综合以上分析，化合物最可能的结构为：

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根据取代烯烃d的经验计算，Ha位于高场6．37 ppm(实测：6．67 ppm)、Hb位于低场7．61 ppm(实测：7．44 ppm)。

3、芳环及杂芳环上芳氢的偶合

芳环及杂芳环上氢的偶合参照表3．6。取代苯J。＝6-9 Hz(邻位偶合)，Jm＝1-3 Hz(间位偶合)，Jp ＝ 0-1 Hz(对位偶合)。Jp 常因仪器分辨不够而表现不出来。取代苯由于J。、Jm、Jp 的存在而产生复杂的多重峰(见图3．20)。

应用举例：化合物分子式C11H12O5，IR分析表明分子中有OH，COOR,无COOH存在,1H NMR谱见图3．20，9.0-11．2 ppm的吸收峰(2H)可重水交换，推导其结构。

解：C11H12O5，UN＝6，可能含有苯基，C＝C或C＝O。由d：6．6-7．3 ppm的

多重峰(3H)判断分子中有苯基存在、且为三取代苯。3．65 ppm(s，3H)为CH3O，3．3 ppm(t，2H)及2.7 ppm(t，2H)为-CH2-CH2-，且与C＝O或苯基相连。9．0 及11．2 ppm(2H)可重水交换，结合IR信息判断为酚经基(可能有分子内、分子间

两种形式的氢键存在)。以上分析推导的基团与分子式相比较，还有2个C=O，只可

能是-COCH2CH2COOCH3(因三取代苯，除两个酚羟基外，还有一个取代基)。

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取代基的相对位置由苯环氢的偶合情况来判断。d：7.2 ppm(d, 1H), J = 2

Hz, 表明该氢只与一个间位氢偶合，两个邻位由取代基占有。7.0 ppm(dd, 1H), J = 6 Hz、2Hz, 表明该氢与一个邻位氢及一个间位氢偶合。6．8 ppm(d, 1H), J = 6 Hz，表明该氢只与一个邻位氢偶合。综合以上分析，苯环上取代基的相对

位置为(A)，根据苯氢d值的经验计算值，判断化合物的结构为(B)。

4、核磁共振谱：产生原理,基本概念:屏蔽效应、化学位移、自旋偶合、裂分，磁 等同、磁不同等

5、质谱：质谱产生原理，表示方法，质谱与有机物分子结构的关系

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