傅裡葉變換紅外光譜分析（第三版）第1章紅外光譜的基本概念1
1.1紅外光譜的產生和紅外光譜區間的劃分1
1.2分子的量子化能級3
1.3分子的轉動光譜5
1.3.1轉動能級6
1.3.2轉動頻率7
1.4分子的純振動光譜10
1.4.1雙原子分子的伸縮振動10
1.4.2多原子分子的振動12
1.5分子的振轉光譜15
1.6振動模式20
1.6.1伸縮振動21
1.6.2彎曲振動23
1.7振動頻率、基團頻率和指紋頻率26
1.7.1振動頻率26
1.7.2基團頻率27
1.7.3指紋頻率27
1.8倍頻峰28
1.9合（組）頻峰30
1.10振動耦合32
1.10.1伸縮振動之間的耦合32
1.10.2彎曲振動之間的耦合34
1.11費米共振34
1.12誘導效應35
1.13共軛效應38
1.13.1π-π共軛效應38
1.13.2p-π共軛效應39
1.13.3超共軛效應40
1.14氫鍵效應41
1.15稀釋劑效應42
第2章傅裡葉變換紅外光譜學44
2.1單色光干涉圖和基本方程44
2.2二色光干涉圖和基本方程48
2.3多色光和連續光源的干涉圖及基本方程50
2.4干涉圖數據的采集53
2.4.1干涉圖數據點間隔53
2.4.2單向采集數據55
2.4.3雙向采集數據56
2.4.4動鏡的移動速度57
2.5切趾（變跡）函數58
2.6相位校正61
2.6.1干涉圖數據點采集漂移引起相位誤差61
2.6.2干涉圖的餘弦分量相位滯後引起相位誤差62
2.7紅外光譜儀器的分辨率64
2.7.1分辨率的定義64
2.7.2分辨率的測定方法67
2.8噪聲和信噪比71
2.8.1紅外光譜儀的噪聲和信噪比71
2.8.2紅外光譜的噪聲和信噪比72
2.8.3影響紅外光譜信噪比的因素74
第3章傅裡葉變換紅外光譜儀80
3.1中紅外光譜儀80
3.1.1紅外光學臺80
3.1.2紅外光源82
3.1.3光闌84
3.1.4干涉儀85
3.1.5檢測器94
3.2近紅外光譜儀和近紅外光譜97
3.2.1儀器配置97
3.2.2近紅外光譜的特點99
3.2.3近紅外光譜測試技術101
3.3遠紅外光譜儀和遠紅外光譜106
3.3.1儀器配置106
3.3.2遠紅外光譜樣品制備技術110
3.3.3影響遠紅外光譜測試的因素113
3.3.4遠紅外光譜的應用115
3.4紅外儀器的安裝、保養和維護124
3.4.1紅外儀器的安裝和驗收124
3.4.2紅外光譜儀的保養和維護130
3.4.3紅外光譜儀常見故障的處理133
3.4.4紅外光譜儀檔案資料的建立和保管134
第4章傅裡葉變換紅外光譜儀附件136
4.1紅外顯微鏡136
4.1.1紅外顯微鏡的種類、原理和結構137
4.1.2紅外顯微鏡附件152
4.1.3紅外顯微鏡的使用技術155
4.2傅裡葉變換拉曼光譜附件160
4.2.1傅裡葉變換拉曼附件的結構160
4.2.2拉曼光譜和紅外光譜的區別162
4.2.3FT-Raman光譜的熱效應和熒光效應164
4.2.4FT-Raman光譜的波數校正167
4.2.5FT-Raman光譜的應用170
4.3氣紅聯用（GC/FTIR）附件171
4.3.1氣紅聯用接口171
4.3.2樣品的測定和分析173
4.4衰減全反射附件175
4.4.1ATR附件工作原理175
4.4.2水平ATR（HATR）附件180
4.4.3單次反射ATR附件183
4.5漫反射附件184
4.5.1漫反射附件的工作原理184
4.5.2漫反射附件的種類185
4.5.3漫反射附件的使用技術186
4.6鏡面反射和掠角反射附件191
4.6.1鏡面反射和掠角反射附件工作原理191
4.6.2鏡面反射附件的種類195
4.6.3鏡面反射和掠角反射附件使用技術196
4.7變溫紅外光譜附件198
4.7.1變溫紅外光譜附件的種類199
4.7.2變溫紅外光譜的應用202
4.8紅外偏振器附件205
4.8.1偏振光206
4.8.2紅外偏振器207
4.8.3偏振紅外光譜210
4.9光聲光譜附件215
4.10高壓紅外光譜附件216
4.11樣品穿梭器附件220
第5章紅外光譜樣品制備和測試技術223
5.1固體樣品的制備和測試224
5.1.1壓片法224
5.1.2糊狀法232
5.1.3薄膜法235
5.2液體樣品的制備和測試238
5.2.1液池窗片材料239
5.2.2液池種類242
5.2.3純有機液體樣品光譜的測試246
5.2.4有機溶液樣品光譜的測試247
5.2.5水和重水溶液樣品光譜的測試250
5.3超薄樣品的測試254
第6章紅外光譜數據處理技術257
6.1基線校正257
6.2光譜差減262
6.2.1背景扣除法262
6.2.2吸光度光譜差減法263
6.3光譜歸一化、乘譜和加譜269
6.3.1光譜歸一化269
6.3.2乘譜272
6.3.3加譜273
6.4生成直線273
6.5改變光譜數據點間隔和填充零274
6.5.1改變光譜數據點間隔275
6.5.2填充零276
6.6光譜平滑277
6.7導數光譜279
6.7.1一階導數光譜279
6.7.2二階導數光譜280
6.7.3四階導數光譜282
6.8傅裡葉退卷積光譜284
第7章紅外光譜譜圖解析287
7.1烷烴化合物基團的振動頻率287
7.1.1CH3振動288
7.1.2CH2振動294
7.1.3CH振動300
7.1.4C—C伸縮振動302
7.2烯烴化合物基團的振動頻率304
7.2.1CH2振動304
7.2.2CH振動306
7.2.3CC伸縮振動309
7.3芳香族化合物基團的振動頻率311
7.3.1CH振動311
7.3.2芳環骨架振動315
7.4炔烴化合物基團的振動頻率316
7.4.1CH伸縮振動317
7.4.2C≡C伸縮振動318
7.5醇和酚類化合物基團的振動頻率319
7.5.1O—H伸縮振動319
7.5.2C—OH伸縮振動321
7.5.3C—O—H彎曲振動323
7.6醚類化合物基團的振動頻率324
7.6.1飽和脂肪醚的C—O—C伸縮振動324
7.6.2環醚的C—O—C伸縮振動326
7.6.3烯醚的C—O—C伸縮振動327
7.6.4芳香醚的C—O—C伸縮振動328
7.7酮和醌類化合物基團的振動頻率329
7.7.1酮的有關振動329
7.7.2醌的有關振動332
7.8醛類化合物基團的振動頻率333
7.8.1醛羰基CO伸縮振動333
7.8.2醛基—CHO中的CH伸縮振動334
7.8.3醛基—CHO中的CH面內彎曲振動335
7.8.4醛基—CHO中的C—H面外彎曲振動336
7.8.5芳香醛中C—C伸縮振動336
7.9羧酸類化合物基團的振動頻率336
7.9.1羧酸羰基CO伸縮振動337
7.9.2羧基COOH的OH伸縮振動340
7.9.3羧基COOH的C—OH伸縮振動340
7.9.4羧基COOH的C—O—H面內彎曲振動340
7.9.5羧基COOH的C—O—H面外彎曲振動341
7.10羧酸鹽類化合物基團的振動頻率342
7.10.1羧酸根COO伸縮振動342
7.10.2羧酸根COO變角振動344
7.10.3羧酸根COO扭曲振動344
7.10.4羧酸根COO面外搖擺振動345
7.11酯類化合物基團的振動頻率346
7.11.1酯羰基CO伸縮振動346
7.11.2酯的C—O—C伸縮振動348
7.12酸酐類化合物基團的振動頻率350
7.12.1酸酐羰基CO伸縮振動350
7.12.2酸酐的C—O—C伸縮振動353
7.13胺類化合物基團的振動頻率355
7.13.1NH3振動355
7.13.2NH2振動356
7.13.3NH振動359
7.13.4C—N伸縮振動360
7.14銨鹽類化合物基團的振動頻率363
7.14.1NH 4振動363
7.14.2NH 3振動364
7.14.3NH 2振動367
7.14.4NH 伸縮振動368
7.14.5N 的有關振動369
7.15氨基酸類化合物基團的振動頻率370
7.15.1COO振動370
7.15.2NH 3振動373
7.15.3NH 2振動374
7.16酰胺類化合物基團的振動頻率375
7.16.1酰胺I譜帶(酰胺羰基CO伸縮振動)376
7.16.2酰胺II譜帶和酰胺III譜帶（C—N伸縮振動）378
7.16.3酰胺Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ譜帶381
7.16.4NH2伸縮振動381
7.16.5NH伸縮振動（酰胺A和酰胺B）381
7.17酰鹵類化合物基團的振動頻率382
7.17.1酰鹵羰基CO伸縮振動383
7.17.2酰鹵的碳鹵C—X伸縮振動384
7.17.3酰鹵基團OC—X的變角振動385
7.17.4芳香酰鹵的C—C伸縮振動385
7.18糖類化合物基團的振動頻率386
7.18.1糖類O—H伸縮振動388
7.18.2糖類C—OH伸縮振動388
7.18.3糖類C—O—C伸縮振動388
7.18.4糖類C—H伸縮振動和變角振動389
7.19含硼化合物基團的振動頻率390
7.19.1硼氫振動390
7.19.2硼氧B—O振動391
7.19.3硼氟B—F振動393
7.20含硅化合物基團的振動頻率394
7.20.1硅氫伸縮振動394
7.20.2硅碳伸縮振動395
7.20.3硅氧伸縮振動395
7.20.4硅氮伸縮振動396
7.21含氮化合物基團的振動頻率397
7.21.1硝酸鹽NO3振動397
7.21.2亞硝酸鹽NO-2伸縮振動399
7.21.3硝基化合物NO2伸縮振動399
7.21.4亞硝基NO伸縮振動401
7.21.5亞硝酰基N≡O伸縮振動401
7.21.6亞硝基胺N—NO的NO伸縮振動402
7.21.7肟CN—OH的有關振動402
7.21.8氰化物—C≡N的伸縮振動403
7.21.9氰酸鹽和異氰酸鹽（-O—C≡N和OCN-）的有關振動404
7.21.10氰酸酯和異氰酸酯（—O—C≡N和—NCO）的有關振動405
7.21.11硫氰酸鹽和異硫氰酸鹽（-S—C≡N和—NCS）的有關振動405
7.21.12硫氰酸酯和異硫氰酸酯（—S—C≡N和—NCS）的有關振動407
7.21.13碳二亞胺NCN伸縮振動407
7.21.14重氮化合物CNN和疊氮化合物N3伸縮振動408
7.22含磷化合物基團的振動頻率410
7.22.1PO伸縮振動410
7.22.2P—O伸縮振動413
7.22.3P—OH伸縮振動414
7.22.4PO—H伸縮振動415
7.22.5P—H伸縮振動415
7.22.6P—C伸縮振動416
7.22.7P—F伸縮振動416
7.22.8P—Cl伸縮振動416
7.22.9PS伸縮振動416
7.23水、重水、氫氧化物和過氧化物的振動頻率418
7.23.1H2O的振動418
7.23.2D2O的振動421
7.23.3金屬氫氧化物的O—H伸縮振動421
7.23.4過氧化物的O—O伸縮振動421
7.24含硫化合物基團的振動頻率423
7.24.1SO4振動423
7.24.2SO3振動426
7.24.3SO2振動429
7.24.4SO振動429
7.24.5S—H伸縮振動431
7.24.6CS振動431
7.25含鹵素基團的振動頻率435
7.25.1C—F振動435
7.25.2C—Cl振動436
7.25.3C—Br振動438
7.25.4C—I振動440
7.26無機化合物基團的振動頻率441
7.26.1中性分子的振動頻率441
7.26.2簡單無機鹽的振動頻率443
7.26.3含氧酸鹽陰離子的振動頻率444
7.26.4金屬氧化物的振動頻率449
第8章紅外光譜的定性分析和未知物的剖析451
8.1紅外光譜的定性分析451
8.1.1已知物的驗證451
8.1.2樣品純度和雜質檢出限的確定452
8.1.3樣品的比對454
8.1.4譜庫檢索455
8.2未知物的紅外光譜剖析457
8.2.1固體未知物樣品的剖析457
8.2.2液體未知物樣品的剖析462
8.2.3聚合物未知樣品的剖析465
第9章紅外光譜的定量分析467
9.1朗伯比耳定律468
9.2峰高和峰面積的測量470
9.2.1峰高的測量方法470
9.2.2峰面積的測量方法473
9.3曲線擬合法測量峰高和峰面積475
9.4導數光譜用於定量分析478
9.5固體樣品的定量分析479
9.6液體樣品的定量分析480
9.6.1液池厚度的測定480
9.6.2單一組分液體樣品的定量分析482
9.6.3二組分液體的定量分析483
9.6.4三組分液體的定量分析485
9.7多組分液體的定量分析486
9.8高分子共聚物和共混物的定量分析487
附錄基團振動頻率表490
參考文獻508

前言
本書第一版書名《傅裡葉變換紅外光譜儀》於2005年出版，第二版書名改為《傅裡葉變換紅外光譜分析》於2010年出版。第二版出版後，作為紅外光譜分析測試工作者和高等院校學習紅外光譜測試和分析的本科生和研究生的參考用書，深受歡迎。五年來，又出現了一些新的紅外儀器和新的紅外附件。本書再版的目的，一方面是為了盡量體現最新的紅外光譜技術，另一方面是將35年來北京大學化學學院紅外光譜實驗室全體老師和研究生在紅外光譜教學、科研和分析測試工作中積累的知識、經驗和光譜數據呈現給廣大讀者。本書中所錄用的紅外光譜數據絕大部分是在尼高力（Nicolet）儀器公司的紅外和拉曼儀器上測試得來的。
本書第三版在第二版的基礎上進行修訂。原書的第2章“傅裡葉變換紅外光譜學的基本原理”、第5章“紅外光譜樣品制備和測試技術”和第6章“紅外光譜數據處理技術”內容改動很少；第1章“紅外光譜的基本概念”和第4章“傅裡葉變換紅外光譜儀附件”改動較多；第3章“傅裡葉變換紅外光譜儀”和第9章“紅外光譜儀的保養和維護”合並為第3章；原書的第8章“基團的振動頻率分析”是按照基團分類進行分析的，在第三版中改為第7章“紅外光譜譜圖解析”，按化合物分類進行譜圖解析，在解析時，為了便於理解，加入了許多譜圖；在第三版中，添加第8章“紅外光譜的定性分析和未知物的剖析”；將原書第7章“紅外光譜的定量分析和未知物的剖析”改為第9章“紅外光譜的定量分析”。本書第三版對第二版內容修訂較多，尤其是第7章內容全部重新編寫。其他章節有的重新編寫，有的進行添加，還有一些章節進行了刪除、合並。
作者在編寫第三版過程中，得到黎樂民、吳瑾光、楊鍵、耿福、劉建華等老師的幫助和支持，在此向他們表示由衷的感謝。本書雖經再三修改，仍有些光譜現像難以解析。書中內容若存在不妥之處，敬請讀者不吝賜教。

翁詩甫  徐怡莊
2015年10月於北京大學

第一版前言
從20世紀70年代到現在的30多年中，傅裡葉變換紅外光譜技術（FTIR）發展非常迅速，FTIR光譜儀的更新換代很快。現在世界上許多生產FTIR光譜儀的公司，每3～5年就推出新型號FTIR光譜儀。隨著傅裡葉變換紅外光譜技術的不斷發展，紅外光譜儀附件也在不斷地發展，不斷地更新換代。新的、先進的紅外光譜儀附件的出現，使紅外光譜儀附件的功能不斷地擴大，性能不斷地提高，使紅外光譜技術得到更加廣泛的應用。
我國從20世紀70年代就開始從國外引進傅裡葉變換紅外光譜儀。進入80年代，開始大批量引進FTIR光譜儀。80年代中後期，北京瑞利分析儀器公司（北京第二光學儀器廠）引進美國Analect儀器公司的FTIR技術，開始生產FTIR光譜儀。到2004年為止，我國FTIR光譜儀的保有量已經達到3000臺左右。FTIR光譜儀遍布我國高等院校、科研機構、廠礦企業和各個分析測試部門，在教學、科研和分析測試中發揮著越來越重要的作用。
紅外光譜屬於分子光譜，分子光譜是四大譜學之一。紅外光譜和核磁共振光譜、質譜、紫外光譜一樣，是確定分子組成和結構的有力工具。根據未知物紅外光譜中吸收峰的強度、位置和形狀，可以確定該未知物分子中包含有哪些基團，從而推斷該未知物的結構。
紅外光譜分析技術的優點是靈敏度高、波數準確、重復性好。紅外光譜可以分析超薄薄膜（納米級）樣品，利用紅外光譜附件（如紅外顯微鏡）可以分析微克級，甚至納克級的樣品。
紅外光譜可以用於定性分析，也可以用於定量分析，還可以對未知物進行剖析。紅外光譜應用範圍非常廣泛，可以說，對於任何樣品，都可以得到一張紅外光譜。對固體、液體或氣體樣品，對單一組分的純淨物和多種組分的混合物都可以用紅外光譜法測定。紅外光譜可以用於有機物、無機物、聚合物、配位化合物的分析，也可用於復合材料、木材、糧食、飾物、土壤、岩石、各種礦物、包裹體等的分析。因此，紅外光譜是教學、科研領域必不可少的分析技術，在化工、冶金、地礦、石油、煤炭、醫藥、環境、農業、海關、寶石鋻定、文物、公檢法等部門得到廣泛的應用。
本書作者在北京大學紅外光譜實驗室從事紅外譜學基礎研究和分析測試工作已有26載。20多年來，紅外光譜實驗室的全體老師和研究生在紅外光譜的教學、科研和分析測試工作中積累了十分豐富的經驗。本書雖然由作者執筆，但內容卻是全體同仁智慧的結晶。在本書書寫過程中，作者與北京大學徐光憲院士、吳瑾光教授、尼高力儀器公司維修工程師經理楊健同志進行許多有益的討論。徐光憲院士審閱了本書中有關理論部分的書稿，吳瑾光教授對全部書稿進行了逐字審閱，楊健同志審閱了本書第2、3、6、7、10章的書稿。他們對書稿提出了許多寶貴的修改意見。在此向他們表示衷心的感謝！
由於本書編寫時間所限，加之作者理論水平有限，書中不妥或錯誤之處在所難免，祈請讀者不吝批評和指正。

翁詩甫
於北京大學化學學院
2005年4月10日

第二版前言
本書第一版《傅裡葉變換紅外光譜儀》自2005年發行以來，受到紅外光譜分析測試工作者的廣泛歡迎，成為高等院校紅外光譜教學的參考用書，也成為紅外光譜培訓班的教學和參考用書。幾年來，我們認真收集讀者的反饋意見，針對這幾年來出現的新紅外光譜儀器和新的紅外光譜儀附件，為了反映最新的紅外技術，對本書第一版進行了修改。
本次修訂書名改為《傅裡葉變換紅外光譜分析》。本書第二版仍保留了第一版深入淺出、通俗易懂、注重實例的特色，在第一版的基礎上刪除了一部分內容，增加了一些新內容。為了篇幅，刪除了一部分不重要的圖片。原書的第8章和第10章內容基本上沒有改動。將原書第3章“傅裡葉變換紅外光譜儀”和第7章“遠紅外和近紅外光譜簡介”合並為一章，其中一些內容作了修改或刪除。其他章節的排列順序作了調整，變動較大，具體內容也作了適當精簡。有些章節刪除了，有些章節合並了，有些章節重新編寫了。
在本書編寫過程中，吳瑾光、楊健、徐怡莊、楊展瀾、李維福、劉建華等提供了大力幫助和支持，在此謹向他們表示真誠的謝意。本書有不盡如人意的地方，敬請讀者批評指正。

翁詩甫
2009年10月於北京大學