红外光谱仪在物质结构分析中的应用

红外光谱仪在物质结构分析中的应用

1、ft—概述原红外光谱仪也称为红外光谱仪，是辐射源、吸收池、色谱装置（岩盐镜）、检测器、仪器等主要部件。第二代红外光谱仪用衍射光栅取代了易吸潮损坏及分辨率低的岩盐棱镜作为单色器。20世纪70年代以后诞生了傅立叶变换红外光谱仪(FT—IR),属于第三代红外光谱仪。它以干涉仪取代了传统的单色器,通过计算机进行傅立叶变换得到化合物的红外光吸收图谱,具有很高的分辨率和极快的扫描速度,其灵敏度比光栅型红外光谱仪高两个数量级,也使得色谱一红外吸收光谱的联用成为现实。目前使用的红外光谱仪主要是傅立叶变换红外光谱仪。2、干涉图的组成傅立叶变换红外光谱仪是由光学测量系统、计算机数据处理系统、计算机接口及电子控制系统等几部分组成,其中光学测量系统由辐射光源、Michelson干涉仪及检测器等所组成。由光源发出的红外辐射,通过干涉仪产生干涉光,透过样品后,得到带有样品信息的干涉图。干涉图包含光源的全部频率和与该频率相对应的强度信息,所以,如有一个有红外吸收的样品放在干涉仪的光路中,由于样品能吸收特征波数的能量,结果所得到的干涉图强度曲线就会相应地产生一些变化。包括每个频率强度信息的干涉图,用计算机数据处理系统进行干涉图函数的傅立叶余弦变换,再经计算机接口系统进行数字一模拟信号的转换,就得到了样品吸收强度或透过率对波数变化的红外吸收光谱图。2.1回收利用法FT-IR仪器使用的红外光源与色散型红外光谱仪相同,通常是一种惰性固体,通电加热使之发射高强度的连续红外辐射,如硅碳棒、Nernst灯及一些新材料制作的光源逐渐取代了传统光源。2.2干涉仪傅立叶变换红外光谱仪光学测量系统的重要部件,多种频率的光进入干涉仪后,形成相干光而得到干涉图。2.3般分离器响应时间不能满足要求目前采用的主要为热电型和光电导型检测器。由于丌一IR的全程扫描小于1s,一般检测器的响应时间不能满足要求。因此,多用热电型硫酸三甘肽(TGS)或光电导型如汞镉碲(MCT)检测器,这些检测器的响应时间约为1us。2.4成窗片的测定由可透过红外光的NaCl、KBr、CsI、KRS-5等材料制成窗片。其形式有固体压片、气体池和液体池,根据样品的形状和性质可采用不同方法,固态样品可直接采用光谱纯的KBr稀释后,压制成透明的窗片即可测定;对于气体和液体可采用气体池和液体池法。2.5时域函数转换成以波数为归接合剂的红外光谱使用计算机进行傅立叶转换计算,将带有光谱信息的干涉图的时域函数,转换成以波数为横坐标频域函数,最后由接口系统的数模转换电路还原出样品对红外光的吸收图谱。3、设备性能红外光谱仪的性能指标有:分辨率、波数的准确度与重复性、透过率的准确度与重复性。前两项为仪器的最主要指标。3.1测样品在某一波数范围内,能分析模型一般采用在某波数处恰能分开两个吸收峰的波数差为指标。例如:P—E1800型Fourier变换红外分光光度计(FT—IR)的分辨率优于0.2cm-1(全光谱范围)。也可采用一些简便的表示法:(1)测某一样品在某一波数区间所能分辨出的峰数;(2)一定波数处相邻峰的分辨深度。常用聚苯乙烯薄膜为试样,《中国药典》(2005年版)中要求在3110—2850cm-1区间应能分出七个峰,峰2851cm-1与谷2870cm-1的之间的分辨深度不小于18%,峰1583cm-1与谷1589cm-1的之间的分辨深度不小于12%。3.2波数准确度20%通常将仪器测定所得波数与文献值比较,其差值称为波数准确度;将多次重复测量(3~5次)所得同一吸收峰的最大值与最小值之差称为波数重复性。常用聚苯乙烯薄膜检查。4、快速追踪检测(1)扫描速度极快在整扫描时间内同时测定所有频率的信息,一般只要1s左右即可。因此,它可用于测定不稳定物质的红外光谱,还可用于对快速反应过程的追踪,也便于和色谱法联用。(2)具有很高的分辨率,能达0.1~0.005cm-1。(3)灵敏度高因为傅立叶变换红外光谱仪没有狭缝和单色器,反射镜面又大,故能量损失小,到达检测器的能量大,可检测10-8g数量级的样品。除此之外,还有光谱范围宽(1000~10cm-1);测量精度高,重复性可达0.1%;杂散光干扰小;样品不受因红外聚焦而产生的热效应的影响等特点。5、应用分析5.1红外光谱分析监测的准确方法在临床疾病与疾病监测方面的应用鉴于每个化合物都有自己独特的红外光谱,除特殊情况外目前尚未发现两种不同的化合物具有相同的红外光谱,所以红外光谱为药品质量的监测提供了快速准确的方法。如药材天麻、阿胶,西药红霉素、环磷酰胺的监测和抗肝炎药联笨双酯同质异晶体的研究。傅立叶变换红外光谱仪在临床疾病检测方面也有广泛的应用,如利用红外光谱法对冠心病、动脉硬化、糖尿病、癌症的检测。红外光谱法测定蛋白质基体中的葡萄糖含量。以及用FT-Raman光谱在700~1900cm-1处的差异,对胃、牙齿、血管、肝等人体组织的研究可用于体内诊断。5.2油润滑表面化学状态的监测与表征傅立叶变换红外光谱仪在石油化学中的应用是一个十分广泛的领域,如在重油的组成、性质与加工方面,应用IR表面自硅胶色谱得到的胶质和沥青质。红外光谱仪在润滑油及其应用方面的进展体现在:用于鉴别未知油品和标定润滑油的经典物理性质(如粘度、总酸值、总碱值);被纳入以设备状态监测为目的的油液分析计划,用于表征在用油液的降解和污染程度;油润滑表面摩擦化学过程及产物的原位监测与表征