基于中红外激光吸收光谱的开放光路大气NO检测研究.pdf
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摘要
一氧化氮（NO）是大气氮氧化物的主要成分，是形成酸雨和光化学烟雾的
重要因素。因此开放光路下对大气中的NO进行检测对于保护生态环境和人体健
康具有重要意义。本文基于中红外激光吸收光谱技术，研制开放光路下大气NO
检测装置，并对其进行实验室和现场实验验证。主要工作和创新成果如下：
1.基于中红外激光吸收光谱的开放光路大气NO检测装置的研制。为了满
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基于中红外激光吸收光谱的大气二氧化碳检测.pdf
摘要
近年来随着科技和工业水平越来越高，全球温度逐渐升高，引发了一系列环境问
题，极地冰川不断开始融化，土地沙漠化日益严重，全球气候变暖已经成为人类关注
的重大环境问题之一。在生活和工业生产过程中产生的二氧化碳（CarbonDioxide，CO）
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等温室气体产生的温室效应是全球气候变暖的重要原因，这使得对大气中二氧化碳浓
度的监测变得格外
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基于中红外激光吸收光谱技术的低浓度SO3检测系统.docx
基于中红外激光吸收光谱技术的低浓度SO3检测系统
目录
基于中红外激光吸收光谱技术的低浓度SO3检测系统（1）．．．．．．．．．4
内容概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
1.1研究背景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
1.2研究意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
1.3国内外研究现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
中红外激光吸收光谱技术原理．．
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红外吸收光谱简介红外吸收光谱是一种重要的分析技术，广泛应用于化学、材料科学和生物学领域。它通过测量物质对红外光吸收的特性，揭示分子结构信息。AZbyAliceZou
红外吸收光谱的基本原理分子振动红外光照射分子时，分子会吸收特定波长的光，发生振动能级跃迁，产生红外吸收光谱。特征吸收峰不同分子结构产生不同的吸收光谱，对应特定的吸收峰，可用于物质的定性分析。吸收峰强度吸收峰的强度与分子中特定基团的浓度有关，可用于物质的定量分析。光谱解析通过分析吸收光谱，可以确定物质的官能团、结构、组成和含量等信息。
红外吸收光谱的特点指纹特性每种物质都有独特的红外光谱，如同指纹，可用于物质的鉴别和确认。高灵
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2.吸收池因玻璃、石英等材料不能透过红外光，红外吸收池要用可透过红外光的NaCl、KBr、CsI、KRS-5（TlI58%，TlBr42%）等材料制成窗片。用NaCl、KBr、CsI等材料制成的窗片需注意防潮。固体试样常与纯KBr混匀压片，然后直接进行测定。色散型红外光谱仪主要部件第62页，共87页，星期日，2025年，2月5日讨论：例：例：例：3）例：1）2）第30页，共87页，星期日，2025年，2月5日常见化合物的特征基团频率分区4000250020001400400cm-1?X-HX-H伸缩振动区?O-H3700~3100?N-H3500~3300?C-H3300~2700C-H：30
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C=O（1850?1600cm-1）碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。含C=O基的化合物有酮类、醛类、酸类、酯类、酸酐等10.6.2分子结构与吸收峰
第31页，共69页，星期日，2025年，2月5日酸酐的C=O双吸收峰：1820～1750cm-1，两个羰基振动偶合裂分；线性酸酐：两吸收峰高度接近，高波数峰稍强；环形结构：低波数峰强；②羧酸的C=O1700～1725cm-1，氢键二分子缔合体第32页，共69页，星期日，2025年，2月5日③酯类1725-1750cm-1
C=O（1850?1600cm-1）④醛类饱和：1720-1740cm-1
不饱和：向低波数移动C-H：2820cm-1和27
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*第94页，共145页，星期日，2025年，2月5日*(1)苯环在四个区有其特征吸收：3100~3000、2000~1650、1625~1450及900~650cm-1.(2)?=CH出现在3100~3000cm-1，常常在3030cm-1附近。4.芳烃振动频率/cm-1振动形式3100～3000?=CH1625～1450苯环C＝C骨架振动2000～16502?=CH（面外）900～650?=CH（面外）第95页，共145页，星期日，2025年，2月5日*(3)苯环的C＝C骨架振动：在1625~1450cm-1之间，可能有几个吸收，强弱及个数皆与结构有关，是判断苯环存在的主要依据。其中以~16
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第62页，共108页，星期日，2025年，2月5日（三）硝基（四）腈第63页，共108页，星期日，2025年，2月5日傅里叶变换红外光谱仪结构框图干涉仪干涉图光谱图FTS绘图仪显示器计算机光源检测器样品室光谱图干涉仪干涉图第三节红外光谱仪及样品制备第64页，共108页，星期日，2025年，2月5日光源单色器吸收池检测器记录装置光源：硅碳棒和Nernst灯色散元件：光栅检测器：真空热电偶及高莱池第65页，共108页，星期日，2025年，2月5日红外光谱仪的性能1.分辨率：国产光栅红外光谱仪的分辨率1~1.5cm-1/1000cm-1FTIR仪的分辨率0.5~0.2cm-12.波数准确度及重复性聚
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3.单色器单色器由色散元件、准直镜和狭缝构成。色散元件常用闪耀光栅。由于闪耀光栅存在次级光谱的干扰，因此，需要将光栅和用来分离次光谱的滤光器或前置棱镜结合起来使用。色散型红外光谱仪主要部件第63页,共87页，星期六，2024年，5月4.检测器真空热电偶和TGS(硫酸三苷肽单晶)特点:响应速度快；高速扫描；色散型红外光谱仪主要部件5.记录系统第64页,共87页，星期六，2024年，5月双光束红外分光光度计双光束；单色器在样品池后面；扫描速率慢第65页,共87页，星期六，2024年，5月二、傅里叶变换红外分光光度计1、结构第66页,共87页，星期六，2024年，5月第67页,共87页，星期六，20
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红外光谱InfraredSpectra;;特点：;第一节，根本知识;红外区处于UV-可见和微波区之间，是波长为0.8um-400um范围内的电磁辐射,可分为：;〔二〕、红外光谱产生的根本条件：;〔三〕、振动类型;
振动类型;〔四〕、吸收峰类型：;d振动偶合峰:当两个振动频率几乎相同基团同时连接在一个原子上时，那么一个键的振动通过公用原子使另一个键的长度发生改变，从而形成强烈的振动相互作用，结果使原来的谱带分裂成两个峰，一个频率比原来的谱带高一点，一个低一点，这就称为振动偶合。
例如:;;e费米共振;醛基的费米共振峰是区别酮、酸的有效方法。;〔五〕、吸收峰的强度P49;影响吸收峰强度的主要因素：
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*紅外吸收光譜法第一節概述紅外分光光度法：利用物質對紅外光區電磁輻射的選擇性吸收的特性來進行結構分析、定性和定量的分析方法，又稱紅外吸收光譜法一、紅外光的區劃二、紅外吸收過程三、紅外光譜的作用四、紅外光譜的表示方法五、IR與UV的區別一、紅外光的區劃紅外線：波長在0.76~500μm(1000μm)範圍內的電磁波二、紅外吸收過程近紅外區：0.76~2.5μm—OH和—NH倍頻吸收區中紅外區：2.5~25μm振動、伴隨轉動光譜遠紅外區：25~500μm純轉動光譜UV——分子外層價電子能級的躍遷（電子光譜）IR——分子振動和轉動能級的躍遷（振轉光譜）三、紅外光譜的作用1．可以確定化合物的類別（芳香
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紅外吸收光譜法第四節各種化合物的典型光譜一、脂肪烴類化合物二、芳香族化合物三、醇、酚、醚四、羰基化合物五、含氮化合物續三、醇、酚、醚1．O-H伸縮振動：2．C-O伸縮振動：（一）醇、酚注：酚還具有苯環特徵續前（二）醚1．鏈醚和環醚2．芳醚和烯醚示例四、羰基化合物1．酮2．醛3．醯氯（一）酮、醛、醯氯共軛效應使吸收峰→低波數區環酮：環張力↑，吸收峰→高波數區共軛效應使吸收峰→低波數區雙峰原因→費米共振誘導效應使吸收峰→高波數區峰位排序：酸酐醯鹵羧酸（游離）酯類醛酮醯胺示例續前1．羧酸2．酯3．酸酐（二）羧酸、酯、酸酐示例五、含氮化合物（一）胺特徵區分→示例續前（二）醯胺特徵區分→注:共軛誘導→波
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紅外吸收光譜法第五節紅外光譜解析方法一、IR光譜解析方法二、IR光譜解析實例一、IR光譜解析方法1．已知分子式計算不飽和度不飽和度意義：續前例1：苯甲醛（C7H6O）不飽和度的計算續前2．紅外光譜解析程式先特徵、後指紋；先強峰，後次強峰；先粗查，後細找；先否定，後肯定;尋找有關一組相關峰→佐證先識別特徵區的第一強峰，找出其相關峰，並進行峰歸屬再識別特徵區的第二強峰，找出其相關峰，並進行峰歸屬圖示圖示二、IR光譜解析實例練習:某化合物C9H10O，其IR光譜主要吸收峰位為3080，3040，2980，2920，1690（s），1600，1580，1500，1370，1230，750，690cm-
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（二）烯烴①分子對稱，峰消失，如乙烯、反式和四取代烯烴，②雙鍵共軛，可能產生雙峰（三）炔烴取代基完全對稱時，峰消失二、芳香烴類1．伸縮振動2．骨架振動3.泛頻峰2000～1667cm-14．芳氫彎曲振動——判斷苯的取代形式三、醇、酚和醚類1．O-H伸縮振動（一）醇、酚一般：酚＞1200，醇＜12002．C-O伸縮振動（二）醚1．脂肪醚（一般單峰）2．芳醚和烯醚（雙峰）四、羰基化合物～3400cm-1，倍頻峰基準值：羧酸鹽醯胺羧酸酮醛酯酸酐醯氯～1400～1680～1710～1715～1725～1735～1760～1800～160018101酮共軛效應→低波共軛效應2．醛費米共振3．醯氯（分子中
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邻、间及对位二甲苯的红外光谱第31页，共73页，星期日，2025年，2月5日（5）醇和酚在稀溶液中，O-H键的特征吸收带位于3650～3600cm-1；在纯液体或固体中，由于分子间氢键的关系，使这个吸收带变宽，并向低波数方向移动，在3500～3200cm-1处出现吸收带。v（C-O）酚≈1230cm-1v（C-O）叔醇≈1150cm-1v（C-O）仲醇≈1100cm-1v（C-O）伯醇≈1050cm-1第32页，共73页，星期日，2025年，2月5日（6）醚C-O-C的非对称伸缩振动吸收谱带在1260～1050cm-1区域，但是由红外光谱单独确定醚键的存在是困难的，因为任何含有C-O键的分子（
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*紅外k吸收光譜法五、吸收峰位置1．基本振動頻率（一）吸收峰的位置（峰位）即振動能級躍遷所吸收的紅外線的波長或波數續第二節討論：1）2）例：例：例：3）例：續前2．基頻峰分佈圖（二）影響吸收峰位的因素1．內部因素：（1）誘導效應（吸電效應）：使振動頻率移向高波數區續前（2）共軛效應：使振動頻率移向低波數區續前（3）氫鍵效應：使伸縮頻率降低分子內氫鍵：對峰位的影響大不受濃度影響續前分子間氫鍵：受濃度影響較大濃度稀釋，吸收峰位發生變化續前（4）雜化的影響：雜化軌道中s軌道成分↑，鍵能↑，鍵長↓，υ↑續前（5）分子互變結構（6）振動偶合費米共振續前2．外部因素：受溶劑的極性和儀器色散元件性能影響溶劑