Фурье-анализ

В. Е. Филимонов  
А. В. Мороз 

 
 
 
 

ИК ФУРЬЕ-АНАЛИЗ 

 

Учебное пособие  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

 
 
 

Йошкар-Ола 

ПГТУ 
2020 
 

УДК 535.2:517.443(075.8) 
ББК 22.344я73 

Ф 53 
 
 
 

Рецензенты: 

начальник технологического сектора НПК-20 АО «Марийский машиностроительный 
завод» Е. Ю. Гавриченко; 
 
профессор кафедры «Проектирование и производство электронно-вычислительных 
средств» ПГТУ, канд. техн. наук Ю. В. Захаров 
 
 

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета ПГТУ 

 
 
 
 

Филимонов, В. Е. 

ИК Фурье-анализ: учебное пособие / В. Е. Филимонов, А. В. Мороз. – 
Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический 
университет, 2020. – 78 с. 
ISBN 978-5-8158-2155-2 

 

Изложены теоретические сведения, касающиеся основ инфракрасного 

Фурье-анализа. Систематизирована информация о прикладных исследованиях 
в области ИК Фурье-анализа органических соединений. Отражены 
особенности работы ИК Фурье-спектрометра ALPHA. Даны рекомендации 
по исследованию молекулярного состава органических соединений 
методом ИК Фурье-анализа. 

Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 11.03.04 

«Электроника и наноэлектроника». Может быть полезно также студентам 
других направлений подготовки, связанных с использованием ИК Фурье-
спектроскопии. 

 

УДК 535.2:517.443(075.8) 

ББК 22.344я73 

 
ISBN 978-5-8158-2155-2 
 
 
 Филимонов В. Е., Мороз А. В., 2020 
 Поволжский государственный 
технологический университет, 2020 

Ф 53

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ ........................................................................................... 4 
ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ  .................................................................... 7 
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................... 8 

 

ЧАСТЬ 1 

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИК ФУРЬЕ-АНАЛИЗА 

1.1. Основные понятия в ИК-спектроскопии ........................................... 13 
1.2. Поглощение ИК-излучения веществом ............................................. 14 
1.3. Колебательные спектры сложных соединений  ................................ 20 
1.4. Способы изображения ИК-спектров .................................................. 25 
1.5. Качественный и количественный анализ по ИК-спектрам .............. 26 
1.6. Приготовление образцов ..................................................................... 27 
1.7. Принципы устройства и действия ИК-спектрометров ..................... 29 

 

ЧАСТЬ 2 

ПРАКТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ  

МОЛЕКУЛЯРНОГО СОСТАВА ОРГАНИЧЕСКИХ  

СОЕДИНЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ ИК ФУРЬЕ-АНАЛИЗА 

УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ  
ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ .................................. 43 
2.1. Устройство и принцип работы ИК Фурье-спектрометра 
ALPHA компании «Bruker Optik GmbH» .................................................. 49 
2.2. Процедура анализа образца в ИК Фурье-спектроскопии  ................ 53 
2.3. Идентификация фрагментов органических соединений 
с помощью ИК-спектроскопии .................................................................. 55 
2.4. Порядок выполнения лабораторных исследований .......................... 59 
2.5. Содержание и оформление отчета ...................................................... 66 

 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................... 72 

 
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ .................................................................... 73 

 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК........................................................ 76 

 
Приложение  ................................................................................................ 77 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 

Настоящее учебное пособие предназначено для подготовки бакалавров, 
обучающихся по направлению 11.03.04 «Электроника и 
наноэлектроника». Это издание может быть полезно и для студентов 
старших курсов, обучающихся по направлениям подготовки: 
11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств»; 
12.03.04 «Биотехнические системы и технологии»; 22.03.01 «Ма-
териаловедение и технологии материалов»; 20.03.01 «Техносфер-
ная безопасность» очной и заочной форм обучения. 

Важнейшей составляющей подготовки бакалавров по техниче-

ским направлениям является практическая и научно-исследова-
тельская работа.  

В настоящее время приоритетная задача подготовки студентов 

заключается в значительном повышении качества этой работы, в 
приобретении обучающимися практических навыков, повышаю-
щих их компетенции. Поскольку сегодня бакалавр технического 
направления подготовки – это специалист, не только владеющий 
современными технологиями, но и способный творчески приме-
нять их на практике, то актуальной задачей становится интегриро-
вание этих технологий (и прежде всего микро- и нанотехнологий) 
в учебные курсы программы подготовки бакалавров.  

Данное издание продолжает серию учебных пособий по анали-

тическим методам исследований, изданных авторами ранее. 

Настоящее учебное пособие охватывает вопросы ИК Фурье-

анализа органических соединений, представляющего важную 
часть технологических процессов микро- и наноэлектроники. Без 
качественного усваивания изложенного здесь материала невоз-
можно дальнейшее продвижение в практическом освоении данных 
технологических процессов. 

Отличительной особенностью настоящего учебного пособия 

является то, что в нем представлена подробная методика оформле-
ния содержания отчета по лабораторным исследованиям молеку-
лярного состава органических соединений, применяемых в произ-
водстве изделий микро- и наноэлектроники. Это, с одной стороны, 
помогает полнее представить общую картину и конечный резуль-
тат исследований, а с другой – экономит время на оформление от-
чета и позволяет практически изучать теоретический материал, 
даже если студент не успел по каким-то причинам выполнить не-
обходимые исследования на аудиторных лабораторных занятиях. 

Учебное пособие состоит из двух частей, последовательно 

освещающих теоретические аспекты и практические исследования 
с помощью ИК Фурье-анализа органических соединений.  

В I (теоретической) части представлены основные понятия в 

ИК-спектроскопии, поглощение ИК-излучения веществом, коле-
бательные спектры сложных соединений, способы изображения 
ИК-спектров, качественный и количественный анализ по ИК-
спектрам, приготовление образцов, принципы устройства и дей-
ствия ИК-спектрометров. 

Во II (практической) части пособия рассмотрены устройство и 

принцип работы ИК Фурье-спектрометра ALPHA компании 
«Bruker Optik GmbH», процедура анализа образца в ИК Фурье-
спектроскопии, идентификация фрагментов органических соеди-
нений с помощью ИК-спектроскопии, порядок выполнения лабо-
раторных исследований, содержание и оформление отчета. 

Довольно обширный список контрольных вопросов приведен 

в конце книги, что позволяет систематизировать полученную ин-
формацию, повторять изученный материал в целом, без дробле-
ния его на мелкие части. Это очень важно в подготовке студен-
тов, так как создает возможность целостного восприятия изучае-
мого материала, помогает удерживать в памяти и оперировать 

большим объемом информации, проявлять компетенции по тема-
тике учебного пособия. 

Изучение рекомендуемой литературы, приведенной в библио-

графическом списке к данному изданию, позволит студентам углу-
бить и расширить свои знания в области ИК Фурье-спектроскопи-
ческого анализа, применяемого в микро- и нанотехнологии. 

Перед тем как приступить к практическому выполнению лабо-

раторных исследований по ИК Фурье-анализу органических со-
единений, следует обязательно изучить и затем непременно со-
блюдать правила техники безопасности при выполнении лабора-
торных работ, что позволит избежать несчастных случаев и сэко-
номит время. 
 

Основные сокращения 

 
ИК – инфракрасный 
КР – комбинационное рассеяние 
ЯМР – ядерный магнитный резонанс 
УФ – ультрафиолетовый 
НПВО – нарушенное полное внутреннее отражение 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 
Среди многообразных физических методов, которые применя-

ются при исследовании химических соединений, количественного 
и качественного анализа в области нанотехнологии, большой ин-
терес представляет взаимодействие вещества с электромагнитным 
излучением. Электромагнитное излучение при взаимодействии с 
веществом может вызывать в нём процессы разнообразной физи-
ческой природы. Общий характер этих процессов зависит от энер-
гии фотонов. Весь диапазон энергий электромагнитного излуче-
ния можно разделить на области, соответствующие тому или 
иному физическому процессу. 

В таблице 1 указаны основные области электромагнитного излучения, 
используемые в химическом анализе, диапазоны величин, 
характеризующих энергию фотонов, характер соответствующих 
физических процессов и объектов анализа. 

Таблица 1 

Области энергий электромагнитного излучения 

и соответствующие им методы анализа 

Область,

метод

Характеристика энергии

Процесс
Объект
, м
Другие величины

Радиочастотная (
ЯМР)

101 –
10–1
: 10 МГц – 1 ГГц
изменение спинов 
ядер и электронов молекула

Микроволновая


10–1 –
10–3

1/: 0,1 – 10 см–1

: 3 ГГц – 300 ГГц

изменение вращательных 
состояний


молекула

Оптическая 
инфракрасная (
ИК, КР)

10–3 –
10–6

1/: 10 – 13000 см–1

: 150 ГГц – 400 ТГц

изменение колебательных 
состояний


молекула

Оптическая, 
видимая, УФ

10–6 –
10–8

Видимая:
: 750 – 400 нм;
: 400 – 800 ТГц
УФ:
: 400 – 200 нм;
: 800 ТГц – 100 ПГц

изменение состояний 
валентных 
электронов

молекула, 

атом

Окончание табл. 1 

Область,

метод

Характеристика энергии
Процесс
Объект
, м
Другие величины

Рентгеновская


10–8 –
10–10
: 30 ПГц – 300 ЭГц
Е: 0,1 – 100 кэВ

изменение состояний 
внутренних 
электронов

моле-
кула, 
атом

Гамма-излу-
чение 
(ядерно-фи-
зические)

10–10 –
10–13
: >30 ЭГц
Е: 0,01 – 10 МэВ
ядерные реакции

моле-
кула, 
атом

 
Колебательные спектры молекул экспериментально изучаются 

методами инфракрасной (ИК) спектроскопии и спектроскопии 
комбинационного рассеяния (КР) света. Эти спектры связаны с пе-
реходами между колебательными энергетическими состояниями, 
то есть колебаниями атомных ядер относительно равновесных по-
ложений. 

Любая молекула имеет свой, только ей присущий колебатель-

ный спектр, состоящий из набора полос разной частоты и интен-
сивности. Поэтому колебательный спектр вещества является его 
индивидуальной характеристикой (часто ИК-спектры называют 
даже «отпечатком пальцев» молекулы) и может использоваться 
для идентификации вещества. 

Колебательная спектроскопия занимает важное место в иссле-

довании молекулярной структуры химических соединений. Этот 
метод позволяет: 

 установить характер атомных группировок, их содержание; 
 получить данные о содержании функциональных групп, осо-

бенно тех, которые не могут быть охарактеризованы химическими 
методами;  

 установить природу химической связи;  
 изучать кинетику химических реакций;  
 выяснить природу водородных связей и другое. 

Достоинством методов колебательной спектроскопии явля-

ется то, что они допускают исследование практически любого 
неорганического или органического вещества в любом агрегат-
ном состоянии: газе, жидкости, растворах, кристаллах или 
аморфной фазе. 

Следует отметить, что по нижнему пределу количественного 

определения методы ИК- и КР-спектроскопии в обычном аппа-
ратурном оформлении уступают некоторым другим физическим 
методам, но использование новейших Фурье-спектрометров 
позволяет повысить концентрационную чувствительность во 
много раз. 
 
 

ЧАСТЬ 1 

 

ОСНОВЫ ТЕОРИИ 

ИК ФУРЬЕ-АНАЛИЗА 

 

 Основные понятия в ИК-спектроскопии 

 
 Поглощение ИК-излучения веществом 

 
 Колебательные спектры сложных соединений 

 
 Способы изображения ИК-спектров 

 
 Качественный и количественный анализ по ИК-спектрам 

 
 Приготовление образцов 

 
 Принципы устройства и действия ИК-спектрометров