干货丨如何使用红外光谱进行定性分析

傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform infrared spectroscopy)简写为FTIR。傅里叶红外光谱法是通过测量干涉图和对干涉图进行傅里叶变化的方法来测定红外光谱。红外光谱的强度h（δ）与形成该光的两束相干光的光程差δ之间有傅里叶变换的函数关系。

傅立叶变换测定红外光谱用于控制两相干光光程差的干涉仪测量得到下式表示的光强随光程差变化的干涉图，将包含各种光谱信息的干涉图进行傅立叶变换得到实际的吸收光，傅立叶变换红光谱具有高检测灵敏度、高测量精度、高分辨率、测量速度快、散光低以及波段宽等特点。随着计算机技术的不断进步，FTIR也在不断发展。

红外光谱分析解谱步骤

在傅立叶变换红外光谱测量中，主要由两步完成：第一步，测量红外干涉图，该图是一种时域谱，它是一种极其复杂的谱，难以解释；通过计算机对该干涉图进行快速傅立叶变换计算，从而得到以波长或波数为函数的频域谱，即红外光谱图。第二步，红外谱图解析，先特征，后指纹；先强峰，后次强峰；寻找一组相关峰进行佐证。先识别特征区的第一强峰，找出其相关峰，进行归属，若饱和度≥４，优先考虑苯环结构

下图是分子式为Ｃ_９Ｈ_７ＮＯ的有机物的红外吸收光谱，确定其分子式。

不饱和度U=(2+2*9+1-7)/2=7→可能含苯环

红外光谱定性分析

根据《GB/T 6040-2019 红外光谱分析方法通则》，使用红外光谱的定性分析包括：ａ）吸收光谱解析的方法是基于各基团具有特定波数范围的吸收，对比测定的吸收光谱与特定吸收的重合情况，推测解析测定物中是否有该基团存在﹔ｂ）与已知化合物光谱进行比较的方法是对比测定样品的吸收光谱与已知纯化合物的吸收光谐或标准谱图的相似程度，对化合物进行定性。

利用上述方法确认化学物质或者利用基团信息推测部分结构时，应当注意以下的事项：ａ）某吸收带不存在，可以确定某基团不存在；相反，吸收带存在时不一定是该基团存在的确证。ｂ）使用特征吸收表，数据集进行解析推测时应当注意测定物基团的红外吸收受到其邻近结合的原子、分子等的影响，吸收峰的位置、强度﹑形状会发生变化。ｃ）不需要往往也不可能对光谱中的所有吸收峰指出其归属，首先要注意强峰，但也不可忽略某些特征的弱峰和肩峰。ｄ）要注意峰的强度所提供的结构信息，两个特征峰相对强度的变化有时可为确证复杂基团的存在提供线索。ｅ）仅利用红外吸收光谱解析，进行混合物的定性分析比较困难。应使用色谐等仪器和其他分析化学手段把混合物分离成单一组分﹐再利用已知的物理、化学性质进行解析。ｆ）确认化合物或者推测化合物结构时，应当与同样条件下测定的已知的纯化合物吸收光或者谐库中标准谱图进行比较。与多种谱图数据比较时，大多使用计算机及相应的数据库。

红外光谱快速比较

当红外光谱仪作为企业内控用的检测仪器时，通常会使用第二种定性方法，也就是将测定样品的吸收光谱与标准谱图进行比较，得到二者的相似程度来进行判定。通过红外光谱操作软件中的快速比较功能，我们可以得到吸收光谱与标准图谱的相似程度，也就是俗称光谱间的匹配度，而在红外用法通则中没有给出匹配度的阈值。    

通常而言，匹配度作为内控指标，可按实验室情况而定。因为在某些样品的检测中，匹配度达到了99%，但它们仍然不是同一种物质。因此匹配度仅为辅助判定的一个手段，不能直接根据匹配度的结果下结论。如质量标准规定与光谱集XX图一致，则要对比样品图与标准图主要吸收峰的数量、形状、相对强度、波数偏差。红外厂商通常会建议将匹配度阈值设置在95%，但根据客户样品种类，我们需要调整这个阈值。对于测量一些红外谱图差距很大的产品，90%或95%的阈值就足够对样品进行判断。但是对于一些谱图差距很小的，比如电子烟的烟油，不同口味的电子烟烟油红外光谱差距仅在几个吸收峰，这时我们不但需要将匹配值调高，例如99.5%，还需要将先行确定吸收峰的位置，在快速比较时仅对特定波数范围进行快速比较。

为什么选择布鲁克红外光谱仪

信噪比代表了仪器将样品信号从噪声中提取出来的能力，是考核仪器性能的最关键指标。信噪比对微量成分分析，使用ATR附件、等信号弱的实验是非常重要。

  《傅立叶变换红外光谱仪检定规程》，是由国家教委起草，1997年开始实施。作为傅立叶变换红外光谱仪在新安装，使用中和修理后检定的规程和方法。在该规程中，关于傅立叶红外光谱仪信噪比（即基线噪声）的定义在第5页5.5.2有明确定义。“在4cm^-1分辨率条件下(光阑可最大)，扫描5次，以2100cm^-1～2000cm^-1区100％线的峰峰值表示基线噪声。”该定义要求为以下四个检测条件：1.在4cm^-1分辨率条件下2.扫描5次3.以2100cm^-1～2000cm^-1区（即100 cm^-1范围内）4.峰-峰值布鲁克的傅里叶红外光谱仪在这个几个测试条件下测得的信噪比远超同类别仪器，对于鉴别差距微小的样品来说，布鲁克的红外光谱仪无疑是最合适的选择。