实验一 红外吸收光谱法.doc

实验一 红外吸收光谱法一、实验目的1了解傅立叶变换红外光谱仪的基本构造及工作原理 2掌握红外光谱分析的基础实验技术 3学会用傅立叶变换红外光谱仪进行样品测试4掌握几种常用的红外光谱解析方法二、实验原理、方法和手段（一）实验原理不同波长的电磁辐射都具有相应的能量，在它与物质的相互作用中，如果其能量与物质的原子、分子或离子的低能态和高能态之间的能量差相同时，物质的原子、分子或离子便选择性地吸收电磁辐射的能量，同时使自己从低能态跃迁到高能态。如果将透过某物质的电磁辐射用单色器将其色散，让它按波长顺序排列，并测量在不同波长处的辐射强度，就可得到该物质的吸收光谱。波长在0.76m1000m的电磁辐射称为红外光(infrared ray)，该区域称为红外光谱区或红外区。红外光又可划分为近红外区（0.76m2.5m或13158cm-14000cm-1）、中红外区（2.5m 50m或4000cm-1200cm-1）、远红外区（50m1000m或200cm-110cm-1）。其中红外区是研究分子振动能级跃迁的主要区域。红外区的光谱除用波长表征外，更常用波数（wavenumber）表征。波数是波长的倒数，表示单位厘米波长内所含波的数目。 作为红外光谱的特点，首先是应用面广，提供信息多且具有特征性，故把红外光谱通称为“分子指纹”。它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。其次，它不受样品相态的限制，无论是固态、液态以及气态都能直接测定，甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体（如橡胶）也可直接获得其光谱。它也不受熔点、沸点和蒸汽压的限制，样品用量少且可回收，是属于非破坏分析。而作为红外光谱的测定工具红外光谱仪，与其他近代分析仪器（如核磁共振波谱仪、质谱仪等）比较，构造简单，操作方便，价格便宜。因此，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。根据红外光谱与分子结构的关系，谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化合物的质点或基团振动的形式。因此，特征吸收谱带的数目、位置、形状及强度取决于分子中各基团（化学键）的振动形式和所处的化学环境。只要掌握了各种基团的振动频率（基团频率）及其位移规律，即可利用基团振动频率与分子结构的关系，来确定吸收谱带的归属，确定分子中所含的基团或键，并进而由其特征振动频率的位移、谱带强度和形状的改变，来推定分子结构。（二）仪器的基本结构及工作原理1光源红外光谱仪(FT)中所用的光源通常是一种惰性固体，用电加热使之发射高强度连续红外辐射，如空冷陶瓷光源。随着科技的发展，一种黑体空腔光源被研制出来。它的输出能量远远高于空冷陶瓷光源，可达到60以上。 2迈克尔逊干涉仪 其作用是将光源发出的红外辐射转变成干涉光，特点是输出能量大、分辨率高、波数精度高（它采用激光干涉条纹准确测定光差，故使其测定的波数更为精确）、且扫描平稳、重线性好。3探测器其作用是将光信号转变为电信号，特点是扫描速度快（一般在1s内可完成全谱扫描）、灵敏度高。4计算机 特点是各种数据处理快，且具有色散型红外光谱仪所不具备的多种功能。5样品池用能透过红外光的透光材料制作样品池的窗片，通常用KBr或NaCl做样品池的窗片。6红外光谱仪（FT）的工作原理FTIR是基于光相干性原理而设计的干涉型红外光谱仪。它不同于依据光的折射和衍射而设计的色散型红外光谱仪。它与棱镜和光栅的红外光谱仪比较，称为第三代红外光谱仪。但由于干涉仪不能得到人们业已习惯并熟知的光源的光谱图，而是光源的干涉图。为此可根据数学上的傅立叶变换函数的特性，利用电子计算机将其光源的干涉图转换成光源的光谱图。亦即是将以光程差为函数的干涉图变换成以波长为函数的光谱图，故将这种干涉型红外光谱仪称为傅立叶变换红外光谱仪。确切地说，即光源发出的红外辐射经干涉仪转变成干涉光，通过试样后得到含试样信息的干涉图，由电子计算机采集，并经过快速傅立叶变换，得到吸收强度或透光度随频率或波数变化的红外光谱图。其工作原理如图1-1所示。图1-1 FTIR工作原理R红外光源 M1定镜 M2动镜 BS光束分裂器 S试样 D探测器 A放大器 F滤光器 A/D模数转换器 D/A数模转换器（三）试样的制备技术1气体样品 气体样品是在气体池中进行测定的，先把气体池中的空气抽掉，然后注入被测气体进行测谱。2液体样品 测定液体样品时，使用液体池，常用的为可拆卸池，即将样品直接滴于两块盐片之间，形成液体毛细薄膜（液膜法）进行测定，对于某些吸收很强的液体试样，需用溶剂配成浓度较低的溶液再滴入液体池中测定，选择溶剂时要注意溶剂对溶质有较大的溶解度，溶剂在较大波长范围内无吸收，不腐蚀液体池的盐片，对溶质不发生反应等，常用的溶剂为二硫化碳、四氯化碳、三氯甲烷、环己烷等。3固体样片 （1） 压片法 把12mg固体样品放在玛瑙研体中研细，加入100200mg磨细干燥的碱金属卤化物（多用KBr）粉末，混合均匀后，加入压模内，在压片机上边抽真空边加压，制成厚约1mm，直径约为10mm左右的透明片子，然后进行测定。（2） 糊状法 将固体样品研成细末，与糊剂（液体石蜡油）混合成糊状，然后夹在两窗片之间进行测定，用石蜡做糊剂不能用来测定饱和碳氢键的吸收情况，可以采用六氯丁二烯代替石蜡油做糊剂。（3） 薄膜法 把固体样品制成薄膜来测定，薄膜的制备有两种：一种是直接将样品放在盐窗上加热，熔融样品涂成薄膜，另一种是先把样品溶于挥发性溶剂中制成溶液，然后滴在盐片上，待溶剂挥发后，样品遗留在盐片上而形成薄膜。三、实验步骤1打开除湿机，开启电源除湿。2更换样品舱干燥剂。 3开启红外光谱仪主机电源。4打开计算机，启动红外光谱工作站，初始化并等待仪器自检。5设定当次实验分析参数。6运行至少4次背景扫描。7制备样品，测定。8实验结束按以下步骤关机。 （1） 根据需要，保存有用实验数据。（2） 关闭主机电源。（3） 清理样品舱。（4） 关闭计算机。（5） 打扫实验室。（6） 关闭总电源。四、结果分析1 乙醇3300 cm-1：宽而强的谱带是多缔合体OH的伸缩振动吸收带30002800cm-1：谱带为甲基和亚甲基的反对称和对称伸缩振动吸收带相互重叠的结果1090 cm-1和1050 cm-1：两个强吸收分别为CCO的反对称和对称伸缩振动吸收带2 苯3030 cm-1附近：谱带为 CH伸缩振动吸收带1450 cm-1：谱带为苯环骨架振动吸收带3 硝基苯3075 cm-1：谱带为CH伸缩振动吸收带1604cm-1、1477 cm-1：谱带为苯环骨架振动吸收带1519cm-1：强谱带为NO的反对称伸缩振动吸收带1342 cm-1：强谱带为NO的对称伸缩振动吸收带698 cm-1： 环骨架变形振动5 问题讨论1如何简单测试仪器工作正常。答：打开高压，能看到试样在里面，可说明仪器正常工作。选择合适的实验测定参数，以空气为背景进行空白测定，然后放聚苯乙烯薄膜于样品光路上，绘制聚苯乙烯薄膜的红外吸收光谱，与标准图谱比较。2. 液体与固体测定时，有什么不同？答： 对于固体样品，通常采用压片法，个别采用糊法。 对于液体样品，不易挥发的粘度大的，可用液膜法直接涂在空白片上绘制图谱；易挥发的可采用夹片法，把液体样品适量的均匀地涂在两个KBr片之间，使成15010-4cm,厚的液层，再将两个KBr片放于支架中绘制图谱。3.试样不出峰，为什么？如何解决？1、记录器（数据处理机）没有工作： （1）记录器：电平值选择太高或者太低，应在中间部分。 （2）最小峰面积设置太大。2、检测器部分： （1）先判断极化电压有没有加上（260V左右）。用万用表直流电压1000V档，一端接接线排上极化电压处，另一端接机壳，若显示260左右，说明