红外光谱又叫做红外吸收光谱,它是红外光子与分子振动、转动的量子化能级共振产生吸收而产生的特征吸收光谱曲线。要产生这一种效应,需要分子内部有一定的极性,也就是说存在分子内的电偶极矩。在光子与分子相互作用时,通过电偶极矩跃迁发生了相互作用。因此,那些没有极性的分子或者对称性的分子,因为不存在电偶极矩,基本上是没有红外吸收光谱效应的。
拉曼光谱一般也是发生在红外区,它不是吸收光谱,而是在入射光子与分子振动、转动量子化能级共振后以另外一个频率出射光子。入射和出射光子的能量差等于参与相互作用的分子振动、转动跃迁能级。与红外吸收光谱不同,拉曼光谱是一种阶数更高的光子——分子相互作用,要比红外吸收光谱的强度弱很多。但是由于它产生的机理是电四极矩或者磁偶极矩跃迁,并不需要分子本身带有极性,因此特别适合那些没有极性的对称分子的检测。
一、相同点在于:
对于一个给定的化学键,其红外吸收频率与拉曼位移相等,均代表第一振动能级的能量。因此,对某一给定的化合物,某些峰的红外吸收波数和拉曼位移完全相同,红外吸收波数与拉曼位移均在红外光区,两者都反映分子的结构信息。拉曼光谱和红外光谱一样,也是用来检测物质分子的振动和转动能级。
二、不同点在于:
两者产生的机理不同;红外光谱的入射光及检测光均为红外光,而拉曼光谱的入射光大多数是可见光,散射光也是可见光;红外光谱测定的是光的吸收,而拉曼测定的是光的散射;红外光谱对于水溶液、单晶和聚合物的检测比较困难,但拉曼光谱几乎可以不必特别制样处理就可以进行分析,比较方便;红外光谱不可以用水做溶剂,但是拉曼可以,水似拉曼光谱的一种优良溶剂;拉曼光谱的是利用可见光获得的,所以拉曼光谱可用普通的玻璃毛细管做样品池,拉曼散射光能全部透过玻璃,而红外光谱的样品池需要特殊材料做成的。
本质区别:红外是吸收光谱,拉曼是散射光谱;拉曼光谱光谱与红外光谱两种技术包含的信息通常是互补的。
主要区别:
1、光谱的选择性法则是不一样的,红外光谱是要求分子的偶极矩发生变化才能测到,而拉曼是分子的极化性发生变化才能测到;
2、红外很容易测量,而且信号很好,而拉曼的信号很弱;
3、使用的波长范围不一样,红外光谱使用的是红外光,尤其是中红外,而拉曼可选择的波长很多,从可见光到NIR,都可以使用;
4、拉曼和红外大多数时候都是互相补充的,就是说,红外强,拉曼弱,反之也是如此;
5、在鉴定有机化合物方面,红外光谱具有较大的优势,无机化合物的拉曼光谱信息量比红外光谱的大。
6、理论基础和检测方法存在明显的不同。我们说物质分子总在不停地振动,这种振动是由各种简正振动叠加而成的。当简正振动能产生偶极矩的变化时,它能吸收相应的红外光,即这种简正振动具有红外活性;具有拉曼活性的简正振动,在振动时能产生极化度的变化,它能与入射光子产生能量交换,使散射光子的能量与入射光子的能量产生差别,这种能量的差别称为拉曼位移,它与分子振动的能级有关,拉曼位移的能量水平也处于红外光谱区。
红外光谱法的检测直接用红外光检测处于红外区的分子的振动和转动能量;而拉曼光谱法的检测是用可见激光来检测处于红外区的分子的振动和转动能量,它是一种间接的检测方法。
近红外光谱主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的,记录的主要是含氢基团X-H(X=C、N、O)振动的倍频和合频吸收。
不同基团(如甲基、亚甲基,苯环等)或同一基团在不同化学环境中的近红外吸收波长与强度都有明显差别;
NIR光谱具有丰富的结构和组成信息,非常适适用于碳氢有机物质的组成与性质丈量。
但在NIR区域,吸收强度弱,灵敏度相对较低,吸收带较宽且重叠严重。
因此,依靠传统的建立工作曲线方法进行定量分析是十分困难的,化学计量学的发展为这一题目的解决奠定了数学基础。
其工作原理是,假如样品的组成相同,则其光谱也相同,反之亦然。假如我们建立了光谱与待测参数之间的对应关系(称为分析模型);
那么,只要测得样品的光谱,通过光谱和上述对应关系,就能很快得到所需要的质量参数数据。分析方法包括校正和猜测两个过程:
(1)在校正过程中,收集一定量有代表性的样品(一般需要80个样品以上),在丈量其光谱图的同时;
根据需要使用有关标准分析方法进行丈量,得到样品的各种质量参数,称之为参考数据。
通过化学计量学对光谱进行处理,并将其与参考数据关联,这样在光谱图和其参考数据之间建立起逐一对应映射关系,通常称之为模型。
固然建立模型所使用的样本数目很有限,但通过化学计量学处理得到的模型应具有较强的普适性。
对于建立模型所使用的校正方法视样品光谱与待分析的性质关系不同而异,常用的有多元线性回回,主成分回回,偏最小二乘,人工神经网络和拓扑方法等。
显然,模型所适用的范围越宽越好,但是模型的范围大小与建立模型所使用的校正方法有关,与待测的性质数占有关,还与丈量所要求达到的分析精度范围有关。
实际应用中,建立模型都是通过化学计量学软件实现的,并且有严格的规范(如ASTM-6500标准)。
(2)在猜测过程中,首先使用近红外光谱仪测定待测样品的光谱图,通过软件自动对模型库进行检索,选择正确模型计算待测质量参数。
在目前产品加工设备的应用过程之中,精准的图谱分析测试效果是提高生产质量的重要因素;
因此拥有多年的技术积淀和良好的生产能力,才能够让选材尽量的红外光谱仪发挥更好的属性功能。
而在相关的设备应用过程之中,别具特色的红外光谱仪也展现了自身仪器的特点和具体的功能差异。
红外光谱仪具备哪些特点
1.光学部件操作稳定性
在任何高精度的光学仪器测试过程之中,其本身的震动可能会影响到精密部件的寿命;
而目前选材精良的红外光谱仪各个部件搭配更加精密,在使用的过程之中能够有效的抵御外界震动造成的光学部件错位问题;
因此应用高品质的红外光谱仪能够保证测试效果的精确度。
此同时采用一体化专业的加工技术,提高了其成型的质量,也让相应的光纤系统各个部件更加稳定,在应用的过程之中降低了产生共振的几率提高了设备反应的质量。
2.机器设计和相关反应可靠性
高精度的测试效果和光谱分析的能力是评判相应测量仪器的关键,而专业的加工效果和机器的精准检查调试,让目前品质可靠的红外光谱仪展现了更好的生产工艺。
从目前这种别具特色的红外光谱仪角度分析,可以发现相关的仪器拥有了更好的技术支持;
其稳定性和其具体的检测效果也得到了更加全面的达成,在综合应用之下,品质可靠的红外光谱仪相应的系统可靠性大幅度提升。
简言之独特的设计和各种优质的结构提升了红外光谱仪的具体效果,而技术的支持和一系列应用技术的全面匹配,更让质量好价格低的红外光谱仪受到了市场的接受。
与此同时这种红外光谱仪也展现了良好的可扩展性特点,使用的过程之中检测精准同时功能更加丰富。
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