1、Sichuan University苯甲酸的紅外光譜的測定苯甲酸的紅外光譜的測定四川大學化學學院四川大學化學學院羅婷婷羅婷婷1343802683313438026833Sichuan University目的要求目的要求 1. 鞏固紅外吸收光譜分析法的理論知識。鞏固紅外吸收光譜分析法的理論知識。 2. 了解紅外光譜儀的結構及工作原理。了解紅外光譜儀的結構及工作原理。 3. 掌握一般固體樣品的壓片制樣操作技術。掌握一般固體樣品的壓片制樣操作技術。 4. 熟練操作壓片機和紅外光譜儀。熟練操作壓片機和紅外光譜儀。Sichuan University一、一、基本原理基本原理v 1.1 1.1 紅外輻射

2、以及紅外光譜法特點紅外輻射以及紅外光譜法特點v 1.2 1.2 紅外吸收產生原因紅外吸收產生原因v 1.3 1.3 紅外光譜分區紅外光譜分區Sichuan University 1.1.1 1.1.1 什么是紅外輻射什么是紅外輻射? ?v 1800年英國天文學家赫謝爾測量太陽光可見區內外溫度，發現紅色光以外部分溫度比可見光高。v 電磁波波長范圍：0.76 - 0.8 m 至1 mm。紅外輻射紅外輻射紫外光：X射線：伽馬射線：美國試驗與材料協會（ASTM）規定：NIR：700nm-2500nmSichuan University 1.1.2 1.1.2 紅外光譜法特點紅外光譜法特點v通常紅外吸收

3、帶的波長位置與吸收譜帶的強度，反映了分子結構上的特點，可以用來鑒定未知物的結構組成或確定其化學基團；v吸收譜帶的吸收強度與分子組成或化學基團的含量有關，可用以進行定量分析和純度鑒定；v特征性強，測定快，試樣用量少，不需要破壞試樣，操作簡單；v應用范圍廣泛；v能分析各種狀態的試樣。Sichuan University1.2.1 1.2.1 能級躍遷示意圖能級躍遷示意圖v電磁波與分子相互作用時產生能級躍遷：v電子能級躍遷紫外、可見吸收和熒光發射光譜v振動能級躍遷紅外光譜和拉曼散射光譜v轉動能級躍遷遠紅外光譜和轉動拉曼光譜Sichuan University1.2.2 1.2.2 紅外光譜法原理總結

4、紅外光譜法原理總結v當樣品受到紅外光照射時，分子吸收了某些當樣品受到紅外光照射時，分子吸收了某些特定頻率特定頻率的輻射，并由其的輻射，并由其振動振動或轉動運動引起偶極矩的變化或轉動運動引起偶極矩的變化，產生分子振動和轉動能級從基態到激發態，產生分子振動和轉動能級從基態到激發態的躍遷的躍遷, ,使相應于這些吸收區域的透射光強度減弱。記錄紅外光在不同波使相應于這些吸收區域的透射光強度減弱。記錄紅外光在不同波數處的吸收曲線，就得到紅外光譜。數處的吸收曲線，就得到紅外光譜。v 紅外光譜是鑒別物質和分析物質化學結構的有效手段，已被廣泛應用于紅外光譜是鑒別物質和分析物質化學結構的有效手段，已被廣泛應用于物

5、質的定性鑒別、物相分析和定量測定。不同化合物有不同紅外光譜圖。物質的定性鑒別、物相分析和定量測定。不同化合物有不同紅外光譜圖。Sichuan University1.2.3 產生紅外吸收的條件產生紅外吸收的條件 輻射光子具有的能量與分子發生振動躍遷所需的躍遷能量相等。 只有能引起分子偶極矩變化（0）的振動，才能觀察到紅外吸收光譜。非極性分子在振動過程中無偶極矩變化，故觀察不到紅外光譜。Sichuan University 1.3.1紅外光區的劃分紅外光區的劃分 紅外光譜在可見光區和微波光區可見光區和微波光區之間，波長范圍約為 0.75 -1000m，根據儀器技術和應用不同，習慣上又將紅外光區分

6、為三個區：近紅外光區近紅外光區（0.75 - 2.5m ），中紅外光區中紅外光區（2.5 2.5 - -2525m m ），），遠紅外光區遠紅外光區（25 -1000m ）Sichuan University1.3.2 1.3.2 紅外光譜的基團頻率紅外光譜的基團頻率Sichuan University二、紅外光譜儀二、紅外光譜儀v 2.1 2.1 紅外光譜儀的分類紅外光譜儀的分類v 2.2 2.2 傅立葉變換紅外譜儀的結構傅立葉變換紅外譜儀的結構v 2.3 2.3 傅立葉變換分光的原理傅立葉變換分光的原理Sichuan University2.1.1 2.1.1 紅外光譜儀的類型紅外光譜儀的

7、類型v色散型紅外光譜儀(Dispersive Infrared Spectrometer）：用棱鏡或衍射光柵分光v1930年第一臺棱鏡分光單光束v1946年棱鏡分光雙光束v60年代光柵分光v傅立葉變換紅外光譜儀(Fourier Transform IR Spectrometer）：用干涉儀代替色散裝置v70年代傅立葉變換光譜儀Sichuan University2.1.2 2.1.2 傅里葉變換紅外光譜儀的優點傅里葉變換紅外光譜儀的優點v高光通量v高信噪比v波數精度高v雜散光低v目前所使用的基本為傅立葉變換紅外光譜儀Sichuan University2.2.1 2.2.1 傅立葉變換紅外譜儀

8、的結構傅立葉變換紅外譜儀的結構Sichuan University 傅里葉變換紅外光譜儀結構框圖傅里葉變換紅外光譜儀結構框圖干涉儀干涉儀光源光源樣品室樣品室檢測器檢測器顯示器顯示器繪圖儀繪圖儀計算機計算機干涉圖干涉圖光譜圖光譜圖FTSSichuan University2.2.2 2.2.2 紅外光源紅外光源v光源是FTIR光譜儀中關鍵部件之一v紅外光源通常為惰性固體物質， 電熱可達15002000Kv鎢燈(或鹵鎢燈)：近紅外區v陶瓷光源：中、遠紅外區v高壓汞?。哼h紅外區Sichuan University2.2.3 2.2.3 干涉儀（核心部件）干涉儀（核心部件）v 邁克爾遜干涉儀v 法布里

9、-伯洛干涉儀v 同光路塞格耐克干涉儀Sichuan University邁克爾遜干涉儀工作原理邁克爾遜干涉儀工作原理分束器補償板板固定鏡 動鏡 (恒定速度度)來自光源 至檢測器1)由兩個互成角度的平面鏡與分束器構成。2)一部分紅外入射光經分束器透射到動鏡，其余的則反射至固定鏡。3)傅里葉變換紅外光譜儀基于光的干涉，分別來自動鏡與定鏡的紅外光由于光程差發生干涉，得到干涉圖。4)干涉圖通過傅里葉變換轉成紅外光譜圖。Sichuan University2.2.4 2.2.4 檢測檢測器器v熱電檢測器v入射輻射加熱材料時引起表面電荷變化：中紅外區v鉭酸鋰 (LiTaO3)v氘代硫酸三甘肽( DTGS,

10、 deuterated triglycine sulfate detector )v高靈敏度的氘代L-丙氨酸硫酸三甘肽( DLATGS, deuterated L-alanine triglycine sulfate ) ：中、遠紅外區v光電導檢測器v吸收輻射材料電阻降低v碲鎘汞化物(MCT, Mercury Cadmium Telluride)，高靈敏、快 速響應： 中紅外vInGaAs，PbS，InSb ： 近紅外Sichuan University1）氣體）氣體氣體池氣體池2）液體：）液體：液膜法液膜法難揮發液體（難揮發液體（BP80）溶液法溶液法液體池液體池溶劑：溶劑： CCl4 ，C

11、S2常用。常用。3) 固體固體:研糊法研糊法（液體石臘法）（液體石臘法）KBr壓片法壓片法薄膜法薄膜法三、制樣與測試三、制樣與測試 Sichuan University3.1.1 3.1.1 固體樣品常規制樣固體樣品常規制樣v壓片法：(1-2mg)樣品和(100-200mg)KBr研細均勻,試樣和KBr都應經干燥處理,同一方向研磨到粒度小于2um,以免散射光影響,壓成厚度小于0.5mm的透明薄片,以免產生干涉條紋。v研糊法：固體樣品與稀釋劑(石蠟油、氟油、六氯丁二烯)研磨調糊，消除水峰的干擾。v成膜法：高分子樣品等可用熱壓膜機制膜,某些固體樣品溶解在溶劑中，溶劑蒸發成膜； 把熔融得樣品壓成薄膜

12、。Sichuan University3.2.1 3.2.1 液體樣品常規制樣液體樣品常規制樣v液體池：固定厚度、可拆液體池、密封液體池固定厚度液體池：主要用于定量分析;可拆液體池：用于粘度比較大，不易揮發性液體;密封液體池：用于黏度比較小，易揮發性液體。v液膜法：沸點高且粘稠的液體直接涂在窗片上，在紅外燈下烘干片刻，以便除去樣品可能吸收的微量水分。沸點低且粘度小的液體可以將樣品放到二個鹽片之間制成一個液膜進行測定。 Sichuan University3.2.2 3.2.2 儀器與試劑儀器與試劑1.儀器儀器 Nicolet 5700型和島津型和島津IRAffinity-1S紅外光譜儀紅外光譜

13、儀 壓片機、模具及樣品架壓片機、模具及樣品架 瑪瑙研缽、紅外燈瑪瑙研缽、紅外燈 不銹鋼藥匙、鑷子不銹鋼藥匙、鑷子Sichuan University2.2.試劑試劑 苯甲酸（分析純苯甲酸（分析純A.R） 溴化鉀溴化鉀KBr（光譜純）（光譜純） 無水乙醇（分析純）無水乙醇（分析純） 脫脂棉及擦鏡紙脫脂棉及擦鏡紙Sichuan University3.準備工作準備工作開機：打開紅外光譜儀主機電源，預熱開機：打開紅外光譜儀主機電源，預熱20min20min，接著打開計，接著打開計算機，啟動算機，啟動OMINCOMINC工作站，確定主機與工作站聯絡正常。工作站，確定主機與工作站聯絡正常。用分析純的用分

14、析純的無水乙醇無水乙醇蘸在脫脂棉上清洗瑪瑙研缽，擦鏡紙蘸在脫脂棉上清洗瑪瑙研缽，擦鏡紙擦拭后，再放在紅外燈下徹底烘干。擦拭后，再放在紅外燈下徹底烘干。Sichuan University 4.試樣的制備試樣的制備 用藥匙分別取用藥匙分別取1mg1mg苯甲酸苯甲酸和和100mg100mg干燥的干燥的KBrKBr粉末粉末，放置在瑪，放置在瑪瑙研缽中，在紅外燈下混勻，充分同一方向打圈研磨（研磨瑙研缽中，在紅外燈下混勻，充分同一方向打圈研磨（研磨時間時間15min15min，顆粒粒度在，顆粒粒度在2um2um左右）。左右）。 用不銹鋼藥匙取約適量研磨好的試樣放于模具中，在壓片用不銹鋼藥匙取約適量研磨好

15、的試樣放于模具中，在壓片機中將壓力調至機中將壓力調至12kgf12kgf左右，壓片約左右，壓片約2min2min, ,用鑷子小心取出壓用鑷子小心取出壓好的試樣薄片，置于樣品架中。好的試樣薄片，置于樣品架中。Sichuan University5.5.試樣的測定試樣的測定 實驗條件設置：點擊菜單欄實驗條件設置：點擊菜單欄【采樣采樣】項中項中【實驗設置實驗設置】，在彈出的窗口中，設置在彈出的窗口中，設置“掃描次數掃描次數”、“分辨率分辨率”、“背背景采集管理景采集管理”等參數。等參數。 背景掃描：點擊背景掃描：點擊【采集樣品采集樣品】，彈出，彈出【背景采集背景采集】對話框，對話框，點擊點擊【確定確

16、定】，以空氣為背景，進行背景掃描，繪制出空，以空氣為背景，進行背景掃描，繪制出空氣中氣中H H2 2O O和和COCO2 2的吸收光譜。的吸收光譜。 Sichuan University試樣掃描：背景掃描完畢后，打開樣品室蓋，將樣品架放在試樣掃描：背景掃描完畢后，打開樣品室蓋，將樣品架放在樣品室內樣品固定座上，使測量光線正好穿過樣品，合上樣樣品室內樣品固定座上，使測量光線正好穿過樣品，合上樣品室蓋，點擊品室蓋，點擊【樣品采集樣品采集】對話框的對話框的【確定確定】，繪制出扣除，繪制出扣除背景吸收的試樣紅外吸收光譜圖。背景吸收的試樣紅外吸收光譜圖。譜圖處理：根據繪制出的試樣紅外吸收峰的頻率鑒定試樣

17、的譜圖處理：根據繪制出的試樣紅外吸收峰的頻率鑒定試樣的官能團及化合物結構。官能團及化合物結構。Sichuan University6.6.結束工作結束工作 實驗完畢，先關閉紅外工作站軟件，再關閉儀器的電源。實驗完畢，先關閉紅外工作站軟件，再關閉儀器的電源。 用無水乙醇及時清洗瑪瑙研缽、模具、不銹鋼藥匙，并且，用無水乙醇及時清洗瑪瑙研缽、模具、不銹鋼藥匙，并且，將它們要徹底烘干后密封保存，防止生銹。將它們要徹底烘干后密封保存，防止生銹。 Sichuan University4.14.1實驗記錄實驗記錄 試樣紅外吸收光譜圖試樣紅外吸收光譜圖Sichuan University四、數據處理及計算結果

18、四、數據處理及計算結果 試樣官能團的鑒定試樣官能團的鑒定 計算計算不飽和度不飽和度又稱缺氫指數，是指分子結構中距離達到飽和又稱缺氫指數，是指分子結構中距離達到飽和時所缺一價元素的時所缺一價元素的“對數對數”。它反映了分子中含環和不飽和。它反映了分子中含環和不飽和鍵的總數，其計算公式如下：鍵的總數，其計算公式如下： =(2 n42n3n1)/2 n4：四價元素（：四價元素（C）的原子個數，）的原子個數，n3：三價元素（：三價元素（N）的原）的原子個數，子個數， n1：一價元素（：一價元素（H、X）的原子個數。）的原子個數。當當=0時分子結構為鏈狀飽和化合物，時分子結構為鏈狀飽和化合物，當當=1時分子結構可能含有一個雙鍵或一個脂肪環，時分子結構可能含有一個雙鍵或一個脂肪環，當當2時分子結構中含有三鍵，時分子結構中含有三鍵，當當4時分子結構中含有六元芳環時。時分子結構中含有六元芳環時。Sichuan University 特征吸收峰特征吸收峰O-H O-H 伸縮振動伸縮振動: : 自由羥基自由