材料測試分析技術實驗報告

1、 本科生實驗報告實驗課程 材料研究方法與分析測試實驗 學院名稱 材料與化學化工學院 專業(yè)名稱 材料科學與工程(無機非金屬方向) 學生姓名 閔丹 學生學號 201202040327 指導教師 鄧苗、馮珊、張湘輝、胡子文、孔芹 實驗地點 測試樓、理化樓 實驗成績 二一四 年 十一 月 二一五 年 一月實驗一 X射線物相定性分析一.實驗目的  1.學習了解X射線衍射儀的結構和工作原理；2.掌握X射線衍射物相定性分析的方法和步驟； 二.實驗原理 根據(jù)晶體對X射線的衍射特征衍射線的位置.強度及數(shù)量來鑒定結晶物質之物相的方法，就是X射線物相分析法。每一種結晶物質都有

2、各自獨特的化學組成和晶體結構。沒有任何兩種物質，它們的晶胞大小.質點種類及其在晶胞中的排列方式是完全一致的。因此，當X射線被晶體衍射時，每一種結晶物質都有自己獨特的衍射花樣，它們的特征可以用各個衍射晶面間距d和衍射線的相對強度II0來表征。其中晶面間距d與晶胞的形狀和大小有關，相對強度則與質點的種類及其在晶胞中的位置有關。所以任何一種結晶物質的衍射數(shù)據(jù)d和II0是其晶體結構的必然反映，因而可以根據(jù)它們來鑒別結晶物質的物相。三. 實驗儀器X射線衍射儀，主要由X射線發(fā)生器（X射線管）.測角儀.X射線探測器.計算機控制處理系統(tǒng)等組成。1. X射線管 X射線管主要分密閉式和可拆卸式

3、兩種。廣泛使用的是密閉式,由陰極燈絲.陽極.聚焦罩等組成,功率大部分在12千瓦?？刹鹦妒絏射線管又稱旋轉陽極靶,其功率比密閉式大許多倍,一般為1260千瓦。常用的X射線靶材有W.Ag.Mo.Ni.Co.Fe.Cr.Cu等。X射線管線焦點為1×10平方毫米,取出角為36度。 選擇陽極靶的基本要求：盡可能避免靶材產生的特征X射線激發(fā)樣品的熒光輻射，以降低衍射花樣的背底，使圖樣清晰。 2 測角儀是粉末X射線衍射儀的核心部件，主要由索拉光闌.發(fā)散狹縫.接收狹縫.防散 射狹縫.樣品座及閃爍探測器等組成。 (1) 衍射儀一般利用線焦點作為X射線源S。如果采用焦斑尺寸為1×10平方毫米的

4、常規(guī)X射線管，出射角6°時，實際有效焦寬為0.1毫米，成為0.1×10平方毫米的線狀X射線源。 (2) 從S發(fā)射的X射線，其水平方向的發(fā)散角被第一個狹縫限制之后，照射試樣。這個狹縫稱為發(fā)散狹縫(DS)，生產廠供給1/6°.1/2°.1°.2°.4°的發(fā)散狹縫和測角儀調整用005毫米寬的狹縫。 (3) 從試樣上衍射的X射線束，在F處聚焦，放在這個位置的第二個狹縫，稱為接收狹縫(RS)生產廠供給0.15毫米.0.3毫米.0.6毫米寬的接收狹縫。 (4) 第三個狹縫是防止空氣散射等非試樣散射X射線進入計數(shù)管，稱

5、為防散射狹縫(SS)。SS和DS配對，生產廠供給與發(fā)散狹縫的發(fā)射角相同的防散射狹縫。 (5)S1.S2稱為索拉狹縫，是由一組等間距相互平行的薄金屬片組成，它限制入射X射線和衍射線的垂直方向發(fā)散。索拉狹縫裝在叫做索拉狹縫盒的框架里。這個框架兼作其他狹縫插座用，即插入DS，RS和SS3.X射線探測記錄裝置 衍射儀中常用的探測器是閃爍計數(shù)器(SC)，它是利用X射線能在某些固體物質(磷光體)中產生的波長在可見光范圍內的熒光，這種熒光再轉換為能夠測量的電流。由于輸出的電流和計數(shù)器吸收的X光子能量成正比，因此可以用來測量衍射線的強度。 閃爍計數(shù)管的發(fā)光體一般是用微量鉈活化的碘

6、化鈉(NaI)單晶體。這種晶體經X射線激發(fā)后發(fā)出藍紫色的光。將這種微弱的光用光電倍增管來放大，發(fā)光體的藍紫色光激發(fā)光電倍增管的光電面(光陰極)而發(fā)出光電子(一次電子)，光電倍增管電極由10個左右的聯(lián)極構成，由于一次電子在聯(lián)極表面上激發(fā)二次電子，經聯(lián)極放大后電子數(shù)目按幾何級數(shù)劇增(約106倍)，最后輸出幾個毫伏的脈沖。4.計算機控制.處理裝置  X射線衍射儀主要操作都由計算機控制自動完成，掃描操作完成后，衍射原始數(shù)據(jù)自動存入計算機硬盤中供數(shù)據(jù)分析處理。數(shù)據(jù)分析處理包括平滑點的選擇.背底扣除.自動尋峰.d值計算，衍射峰強度計算等。四. 樣品制備 X射線衍射分

7、析的樣品主要有粉末樣品.塊狀樣品.薄膜樣品.纖維樣品等。樣品不同，分析目的不同（定性分析或定量分析），則樣品制備方法也不同。1.粉末樣品： X射線衍射分析的粉末試樣必需滿足這樣兩個條件：晶粒要細小，試樣無擇優(yōu)取向(取向排列混亂)。所以，通常將試樣研細后使用，可用瑪瑙研缽研細。定性分析時粒度應小于44微米(350目)，定量分析時應將試樣研細至10微米左右。較方便地確定10微米粒度的方法是，用拇指和中指捏住少量粉末，并碾動，兩手指間沒有顆粒感覺的粒度大致為10微米。     常用的粉末樣品架為玻璃試樣架，在玻璃板上蝕刻出試樣填充區(qū)為20&

8、#215;18平方毫米。玻璃樣品架主要用于粉末試樣較少時(約少于500立方毫米)使用。充填時，將試樣粉末-點一點地放進試樣填充區(qū)，重復這種操作，使粉末試樣在試樣架里均勻分布并用玻璃板壓平實，要求試樣面與玻璃表面齊平。如果試樣的量少到不能充分填滿試樣填充區(qū)，可在玻璃試樣架凹槽里先滴一薄層用醋酸戊酯稀釋的火棉膠溶液，然后將粉末試樣撒在上面，待干燥后測試。2.塊狀樣品： 先將塊狀樣品表面研磨拋光，大小不超過20×18平方毫米,然后用橡皮泥將樣品粘在鋁樣品支架上，要求樣品表面與鋁樣品支架表面平齊。3.薄膜樣品制備：   將薄膜樣品剪成合適大小，用膠帶紙

9、粘在玻璃樣品支架上即可。本次試驗測定粉末試樣，所以采用粉末制樣的方法，制作測試樣樣品。五.樣品測試 (1)開機前的準備和檢查     將制備好的試樣插入衍射儀樣品臺，蓋上頂蓋關閉防護罩；開啟水龍頭，使冷卻水流通；X光管窗口應關閉，管電流管電壓表指示應在最小位置；接通總電源。 (2)開機操作     開啟衍射儀總電源，啟動循環(huán)水泵；待數(shù)分鐘后，打開計算機X射線衍射儀應用軟件，設置管電壓.管電流至需要值，設置合適的衍射條件及參數(shù)，開始樣品測試。(3)停機操作  

10、;   測量完畢，關閉X射線衍射儀應用軟件；取出試樣；15分鐘后關閉循環(huán)水泵,關閉水源；關閉衍射儀總電源及線路總電源。六. 數(shù)據(jù)處理     測試完畢后，可將樣品測試數(shù)據(jù)存入磁盤供隨時調出處理。原始數(shù)據(jù)需經過曲線平滑，Ka2扣除，譜峰尋找等數(shù)據(jù)處理步驟，最后打印出待分析試樣衍射曲 線和d值.2.強度.衍射峰寬等數(shù)據(jù)供分析鑒定。七. 數(shù)據(jù)處理     測試完畢后，可將樣品測試數(shù)據(jù)存入磁盤供隨時調出處理。原始數(shù)據(jù)需經過曲線平滑，Ka2扣除，

11、譜峰尋找等數(shù)據(jù)處理步驟，最后打印出待分析試樣衍射曲 線和d值.2.強度.衍射峰寬等數(shù)據(jù)供分析鑒定。 （1）從前反射區(qū)（290)中選取強度最大的三根線，見圖三所示，使其d值按強度遞減的次序排列。  （2）在數(shù)字索引中找到對應的d1(最強線的面間距）組。  （3）按次強線的面間距d2找到接近的幾列。  （4）檢查這幾列數(shù)據(jù)中的第三個d值是否與待測樣的數(shù)據(jù)對應，再查看第四至第八強線數(shù)據(jù)并進行對照，最后從中找出最可能的物相及其卡片號。如表四所示。圖1.衍射譜中的三強線表2. 標準PDF卡片樣片（5）找出可能的標準

12、卡片，將實驗所得d及I/I1跟卡片上的數(shù)據(jù)詳細對照，如果完全符合，物相鑒定即告完成。如果待測樣的數(shù)據(jù)與標準數(shù)據(jù)不符，則須重新排列組合并重復（2）（5）的檢索手續(xù)。如為多相物質，當找出第一物相之后，可將其線條剔出，并將留下線條的強度重新歸一化，再按過程（1）（5）進行檢索，直到得出正確答案。2.特征峰法： 對于經常使用的樣品，其衍射譜圖應該充分了解掌握，可根據(jù)其譜圖特征進行初步判斷，如圖四所示。例如在26.5度左右有一強峰，在68度左右有五指峰出現(xiàn)，則可初步判定樣品含SiO2。圖3.SiO2樣品的X射線衍射譜八實驗結果九思考題1.簡述X射線衍射分析的特點和應用； 答：(1)

13、X射線波長固定時應為不知道晶體晶面位臵所以要從每一角符合2dsin=n 的反射面得到反射。測得后利用此公式即可得到晶面距d、晶包類型和大小。 (2)利用徳拜-謝樂法測定射線的強度，就可以進一步確定晶包內原子的排布.2.粉末樣品制備有幾種方法，應注意什么問題？ 答：有固體溶劑壓片和直接使用粉末壓片，使用固體溶劑壓片是其溶劑的性質不能與待測物質相近，然后就是溶劑的使用量的問題。直接壓片時晶粒要細小，試樣取向無規(guī)則。3.X射線譜圖鑒定分析應注意什么問題？ 答：（1）從前反射區(qū)（2o90o中選取強度最大的三根線，并使其d值按強度遞減的次序排列。 （2）

14、按次強線的面間距d2找到接近的幾列。 （3）在數(shù)字索引中找到對應的d1(最強線的面間距）組。 （4）檢查這幾列數(shù)據(jù)中的第三個d值是否與待測樣的數(shù)據(jù)對應，再查看第四至第八強線數(shù)據(jù)并進行對照，最后從中找出最可能的物相及其卡片號。實驗二 掃描電鏡的觀察與分析一. 實驗目的 1. 了解掃描電鏡的用途.結構及基本原理；2. 了解掃描電鏡的樣品制備；二. 實驗儀器鎢絲掃描電鏡 1.掃描電鏡的主要性能 ： （1）放大倍數(shù)：電子束在樣品表面掃描的幅度為As，在熒光屏陰極射線同步掃描的幅度為Ac，則掃描電鏡的放大倍數(shù)為: M= Ac

15、 /As。目前商品化的掃描電鏡放大倍數(shù)可以從20倍調節(jié)到20萬倍左右。  （2）分辨率：分辨率是掃描電鏡的主要性能指標，它是指分辨兩點之間的最小距離。分辨率大小由入射電子束直徑和調制信號類型共同決定。電子束直徑越小，分辨率越高。由于用于成像的物理信號不同，它們的分辨率也不同。二次電子像的分辨率約為5-10 nm，背反射電子像的約為50-200nm。X射線的分辨率則更低。（3）景深：景深是指一個透鏡對高低不平的試樣各部位能同時聚焦成像的一個能力范圍。 電子束孔徑角是決定掃描電鏡景深的主要因素，它取決于末級透鏡的光柵直徑和工作距離。 掃描

16、電鏡的末級透鏡采用小孔徑角，長焦距，所以可以獲得很大的景深，它比一般光學顯微鏡景深大100-500倍，比透射電鏡的景深大10 倍。因此用掃描電鏡觀察試樣斷口具有其它分析儀器無法比擬的優(yōu)點由入射電子束直徑和調制信號類型共同決定。電子束直徑越小，分辨率越高。由于用于成像的物理信號不同，它們的分辨率也不同。二次電子像的分辨率約為5-10 nm，背反射電子像的約為50-200nm。X射線的分辨率則更低。2.掃描電鏡（SEM）的用途 掃描電鏡主要用于研究各種不同樣品的組織及表面形貌，它可以應用到各個領域之中的不同方向，它以各種不同的實物為研究對象。例如，它可以研究金屬及合金

17、的組織，磨損形貌，腐蝕和斷裂形貌；也可以很方便地研究玻璃，陶瓷，紡織物等的細微結構和形貌。三.掃描電鏡的基本原理掃描電鏡（SEM）是用聚焦電子束在試樣表面逐點掃描成像。試樣為塊狀或粉末顆粒，成像信號可以是二次電子.背散射電子或吸收電子。其中二次電子是最主要的成像信號。由電子槍發(fā)射的電子，以其交叉斑作為電子源，經二級聚光鏡及物鏡的縮小形成具有一定能量.一定束流強度和束斑直徑的微細電子束，在掃描線圈驅動下，于試樣表面按一定時間.空間順序作柵網(wǎng)式掃描。聚焦電子束與試樣相互作用，產生二次電子發(fā)射以及背散射電子等物理信號，二次電子發(fā)射量隨試樣表面形貌而變化。二次電子信號被探測器收集轉換成電訊號，經視頻放

18、大后輸入到顯像管柵極，調制與入射電子束同步掃描的顯像管亮度，得到反映試樣表面形貌的二次電子像。掃描電鏡由下列五部分組成，如圖1（a）所示。各部分主要作用簡介如下： 1.電子光學系統(tǒng) 它由電子槍.電磁透鏡.光闌.樣品室等部件組成，如圖1（b）所示。為了獲得較高的信號強度和掃描像，由電子槍發(fā)射的掃描電子束應具有較高的亮度和盡可能小的束斑直徑。常用的電子槍有三種形式：普通熱陰極三極電子槍.六硼化鑭陰極電子槍和場發(fā)射電子槍，電磁透鏡的功能是把電子槍的束斑逐級聚焦縮小，因照射到樣品上的電子束斑越小，其分辨率就越高。掃描電鏡通常有三個磁透鏡，前兩個是強透鏡，縮小束斑，第三個透鏡是弱透鏡

19、，焦距長，便于在樣品室和聚光鏡之間裝入各種信號探測器。為了降低電子束的發(fā)散程度，每級磁透鏡都裝有光闌；為了消除像散，裝有消像散器。2.掃描系統(tǒng) 掃描系統(tǒng)的作用是提供入射電子束在樣品表面上以及陰極射線管電子束在熒光屏上的同步掃描信號。3.信號檢測.放大系統(tǒng) 樣品在入射電子作用下會產生各種物理信號.有二次電子.背散射電子.特征X射線.陰極熒光和透射電子。不同的物理信號要用不同類型的檢測系統(tǒng)。它大致可分為三大類，即電子檢測器.陰極熒光。檢測器和X射線檢測器。圖1 掃描電子顯微鏡構造示意圖 4.真空系統(tǒng) 鏡筒和樣品室處于高真空下，一般不得高于1

20、5;102 Pa，它由機械泵和分子渦輪泵來實現(xiàn)。開機后先由機械泵抽低真空，約20分鐘后由分子渦輪泵抽真空，約幾分鐘后就能達到高真空度。此時才能放試樣進行測試，在放試樣或更換燈絲時，閥門會將鏡筒部分.電子槍室和樣品室分別分隔開，這樣保持鏡筒部分真空不被破壞。5.電源系統(tǒng) 由穩(wěn)壓.穩(wěn)流及相應的安全保護電路所組成，提供掃描電鏡各部分所需要的電源。四.掃描電鏡樣品的制備 1.要求干凈，干燥的塊狀或粉末樣品，尺寸不大于20×10mm。 2.金屬斷口樣品：要求是干凈.新鮮的表面；如果是金相樣品須進行深腐蝕。 3.非金屬樣品須在真空鍍膜機中噴鍍金.

21、鋁或碳，以保證樣品導電性良好。五.利用掃描電鏡觀察樣品形貌的操作步驟1.打開樣品室，裝樣，關閉樣品室，抽真空； 2.將抽真空后的樣品放進載物臺，調節(jié)載物臺，找到所放置的樣品； 3.調節(jié)對比度和亮度，使樣品在顯示屏上顯示出來；4.雙擊自己感興趣的部位，使其移動至顯示屏中央； 5.調整放大倍數(shù)并調焦；6.慢速掃描，照相，保存。五.實驗記錄 六思考題 （1）通過實驗你體會掃描電鏡有哪些特點？ 答：能直接觀察樣品的表面結構；制樣方法簡單，取樣后可不做任何改變來觀察表面形貌；樣品可在樣品室中作三維空間的平移和旋轉；放大倍數(shù)可在大范圍內連續(xù)可調；富有立體感

22、，景深長，視野范圍很大；分辨能力高，可達10nm；可對樣品進行綜合分析和動態(tài)觀察；可通過調節(jié)圖像襯度觀察到清晰圖像。 （2）根據(jù)實驗敘述樣品制備的步驟？  答：在樣品臺上粘上少量的導電膠；用棉簽粘取少量干燥的固體樣品后涂在導電膠上；去除多余未粘在導電膠上的粉末；若樣品導電性差必須噴金。 噴金一般在真空鍍膜機上進行，表面噴鍍不要太厚、否則會掩蓋細節(jié)，也不能太薄，不均勻，一般控制在510 nm為宜。需要設臵適當?shù)碾娏鞔笮『驼婵斩取＃?）說明二次電子像成像過程？ 答：二次電子是進入樣品表面的部分一次電子轟擊樣品原子激發(fā)的單電子。其由靜電場引

23、導，沿鏡簡向下加速。在鏡筒中，通過一系列電磁透鏡將電子束聚焦并射向樣品。靠近鏡簡底部，在樣品表面上方，掃描線圈使電子束以光柵掃描方式偏轉。最后一級電磁透鏡把電子束聚焦成一個盡可能小的斑點射入樣品，從而激發(fā)出各種成像信號，其強弱隨樣品表面的形貌和組成元素不同而變化。 （4）背散射電子像的應用？ 答：原子序數(shù)襯度是利用對樣品微區(qū)原子序數(shù)或化學成分變化敏感的物理信號作為調制信號得到的一種顯示微區(qū)化學成分差別的像襯度。背散射電子信號對微區(qū)原子序數(shù)或化學成分的變化敏感，都可以作為原子序數(shù)襯度或化學成分襯度。 背散射電子是被樣品原子反射回來的入射電子，樣品背散射系數(shù)隨元素原子

24、序數(shù)Z的增加而增加。即樣品表面平均原子序數(shù)越高的區(qū)域，產生的背散射電子信號越強，在背散射電子像上顯示的襯度越亮；反之越暗。因此可以根據(jù)背散射電子像（成分像）亮暗襯度來判斷相應區(qū)域原子序數(shù)的相對高低。 通過背散射電子像檢測器，就可以對樣品進行shadow像、topo像和comp像的觀察。實驗三 X射線熒光光譜一. 實驗目的1.學習和掌握X射線熒光光譜儀各單元的作用及使用的基本操作規(guī)定。2.學習使用島率X射線熒光光譜儀進行半定量測定。二. 實驗原理 X射線熒光光譜分析（X-ray fluorescence analysls,XRFA）是一種非破壞性的儀器分析方法，它是由X射線管發(fā)出的一次

25、X射線激發(fā)樣品，使樣品所含元素輻射特征熒光X射線，也就是二次X射線，根據(jù)譜線的波長和強度對被測樣品中的元素進行定性和定量分析。X射線熒光光譜法也被X射線二次發(fā)射光譜法。1.定性分析原理 波長色散X射線熒光光譜法的定性過程是首先對樣品進行激發(fā)，樣品受激發(fā)后發(fā)射和散射的X射線光譜進入分光晶體，利用測角儀掃描進行譜線辨別，探測器接受晶體衍射的波譜，記錄系統(tǒng)把順序出現(xiàn)的譜峰自動記錄，然后進行譜線鑒別確定組分元素，最后根據(jù)譜線強度因子確認樣品中的主要.次要或痕量元素。2.半定量分析原理 半定量分析在X射線熒光分析中，尤其是在材料研發(fā)應用的過程中占有重要的地位，它的主要特點是在對樣品成分不明的情況下，根據(jù)

26、定性結果可進一步獲得樣品組分的含量信息，半定量分析是將定性分析得到的元素列表并將元素的凈強度用FP（基本參數(shù)法）程序進行半定量計算。三. 實驗儀器及條件儀器：島律XRF-1800型射線熒光光譜儀試劑：乙醇.硼酸四. 實驗步驟1. 學習壓片的操作步驟（1）未知樣品的準備；200目的烘干樣；（2）將約4g的樣品均勻的放在塑料環(huán)內，使用塑料環(huán)模具進行壓片。2.使用島律X射線熒光光譜儀，進行未知樣品的定性半定量分析。（1）在儀器上設置實驗所需條件，選擇合適的條件，設定標準參數(shù)待用。（2）將壓好的未知樣品薄片放在樣品盒中，進樣，計算熒光強度，根據(jù)選定的方法，設定的參數(shù)，在選定的儀器工作條件下，測定未知樣

27、品的成分.含量。在計算機上，按讀取計算結果并繪制打印實驗報告。五.實驗數(shù)據(jù)處理Sample : 001Operator :Comment : 20 deg/min ,for OxideGroup :Qual-Quant.Std-OxidelDate :2014-12-18 14:55 Quantitive ResultAnalyteRrsultProc-CalcLineNet Int.BG Int.Cao96.1425%Quant.-FPCaKa5384.64511.409SiO22.2384%Quant.-FPSiKa35.0460.317Al2O30.0747%Quant.-FPAlKa1

28、0.1850.744Fe2O30.3465%Quant.-FPFeKa9.1430.656SrO0.3317%Quant.-FPSrKa49.5816.526K2O0.1214%Quant.-FPK Ka12.3712.295SO30.1052%Quant.-FPS Ka3.2960.849P2O50.0096%Quant.-FPP Ka0.3430.719六思考與討論：樣品前處理過程一般常用哪幾種方法？各有什么優(yōu)缺點？答：（1）.壓片法：片法的樣品未被稀釋，適合微量元素分析。壓片法所需要的樣品量以不少于2.5克為宜。    （2）.熔片法：存在消耗試劑量相對較大

29、，制樣時間較長和增加分析成本的缺點。稀釋降低了分析樣品的強度值，并含有大量的輕元素，使得背景強度增加，對測定恒量元素是不利的。熔融過程中某些元素產生揮發(fā)，影響測定準確度。 實驗四 紅外光譜分析（IR）實驗一、 實驗目的 1、掌握溴化鉀壓片法制備固體樣品的方法； 2、學習并掌握美國尼高立IR-6700型紅外光譜儀的使用方法； 3、初步學會對紅外吸收光譜圖的解析。 二、實驗原理 紅外光是一種波長介于可見光區(qū)和微波區(qū)之間的電磁波譜。波長在0.751000m。通常又把這個波段分成三個區(qū)域，即近紅外區(qū)：波長在0.752.5m（波數(shù)在133004000cm-1），又稱泛頻區(qū)；中紅外區(qū)：波長在2.550m（

30、波數(shù)在4000200cm-1），又稱振動區(qū)；遠紅外區(qū)：波長在501000m（波數(shù)在20010cm-1），又稱轉動區(qū)。其中中紅外區(qū)是研究、應用最多的區(qū)域。 紅外區(qū)的光譜除用波長表征外，更常用波數(shù)表征。波數(shù)是波長的倒數(shù)，表示單位厘米波長內所含波的數(shù)目。其關系式為:作為紅外光譜的特點，首先是應用面廣，提供信息多且具有特征性，故把紅外光譜通稱為“分子指紋”。它最廣泛的應用還在于對物質的化學組成進行分析。用紅外光譜法可以根據(jù)光譜中吸收峰的位置和形狀來推斷未知物的結構，依照特征吸收峰的強度來測定混合物中各組分的含量。其次，它不受樣品相態(tài)的限制，無論是固態(tài)、液態(tài)以及氣態(tài)都能直接測定，甚至對一些表面涂層和不溶

31、、不熔融的彈性體（如橡膠）也可直接獲得其光譜。它也不受熔點、沸點和蒸氣壓的限制，樣品用量少且可回收，是屬于非破壞分析。而作為紅外光譜的測定工具-紅外光譜儀，與其他近代分析儀器（如核磁共振波譜儀、質譜儀等）比較，構造簡單，操作方便，價格便宜，最常用于工業(yè)及實驗研究領域，如醫(yī)藥鑒別，人造皮革中異氰酸酯基確定等等。因此，它已成為現(xiàn)代結構化學、分析化學最常用和不可缺少的工具。根據(jù)紅外光譜與分子結構的關系，譜圖中每一個特征吸收譜帶都對應于某化合物的質點或基團振動的形式。因此，特征吸收譜帶的數(shù)目、位置、形狀及強度取決于分子中各基團（化學鍵）的振動形式和所處的化學環(huán)境。只要掌握了各種基團的振動頻率（基團頻率

32、）及其位移規(guī)律，即可利用基團振動頻率與分子結構的關系，來確定吸收譜帶的歸屬，確定分子中所含的基團或鍵，并進而由其特征振動頻率的位移、譜帶強度和形狀的改變，來推定分子結構。 紅外光譜儀可分為色散型和干涉型。色散型紅外光譜儀又有棱鏡分光型和光柵分光型，干涉型為傅立葉變換紅外光譜儀（FTIR），最主要的區(qū)別是FTIR沒有色散元件。本實驗所演示的是傅立葉變換紅外光譜儀（FTIR）。所得的紅外譜圖的橫坐標是波數(shù)（或波長），縱坐標是吸光度。三、儀器和試劑 1、儀器：美國尼高立IR-6700 2、試劑：溴化鉀，聚乙烯，苯甲酸 3、傅立葉紅外光譜儀(FTIR)的構造及工

33、作原理光源-à 干涉儀 -à 樣品室 -à 檢測室 -à計算機圖1. FTIR工作原理框圖四、實驗步驟 1、打開紅外光譜儀并穩(wěn)定大概5分鐘，同時進入對應的計算機工作站。 2、波數(shù)檢驗：將聚乙烯薄膜插入紅外光譜儀的樣品池處，從4000-650cm-1進行波數(shù)掃描，得到吸收光譜。然后將所得的譜圖與計算機上的標準譜圖進行匹配，分析得到最吻合的圖譜，即可判斷物質結構。 3、測繪苯甲酸的紅外吸收光譜溴化鉀壓片法 取1-2mg苯甲酸，加入在紅外燈下烘干的100-200mg溴化鉀粉末，在瑪瑙研缽中充分磨細（顆粒約2m），使之混合

34、均勻。取出約80mg混合物均勻鋪灑在干凈的壓模內，于壓片機上制成直徑透明薄片。將此片裝于固體樣品架上，樣品架插入紅外光譜儀的樣品池處，從4000-400cm-1進行波數(shù)掃描，得到吸收光譜。然后將所得的譜圖與計算機上的標準譜圖進行匹配。 4、結束實驗，關閉工作站和紅外光譜儀。五、注意事項 1、實驗室環(huán)境應該保持干燥2、確保樣品與藥品的純度與干燥度； 3、在制備樣品的時候要迅速以防止其吸收過多的水分，影響實驗結果；4、試樣放入儀器的時候動作要迅速，避免當中的空氣流動，影響實驗的準確性。 5、溴化鉀壓片的過程中，粉末要在研缽中充分磨細，且于壓片機上制得的透明薄

35、片厚度要適當。六、實驗結果與討論七、思考題解答 1為什么要選用KBr作為來承載樣品的介質？ 答：KBr為一種無色晶體，相對NaCl來講具有很好的延展性。而且KBr對紅外光吸收很小，因此可以測繪全波段光譜圖。 2紅外光譜法對試樣有什么要求？ 答：（a）試樣應為“純物質”（98%），通常在分析前，樣品需要純化，可以通過分餾、萃取、重結晶等分離和精制的方法； （b）試樣不含有水（水可產生紅外吸收且侵蝕吸收室的鹽窗； （c）試樣濃度或厚度應適當，使光譜圖中的大多數(shù)吸收峰投射在合適范圍內。 3紅外光譜法制樣有哪些方法？答：固體試樣最常

36、用的是壓片法，此外還有石蠟糊法和薄膜法；液體試樣一般采用液體池法和液膜法。 4、傅立葉變換紅外光譜儀的特點？答：掃描速度快；具有很高的分辨率；靈敏度高；波數(shù)準確度高；光學部件簡單；多通路等。實驗五 差熱分析一實驗目的二實驗原理差熱分析(DTA)是在程序控制溫度下測量物質和參比物之間的溫度差與溫度(或時間)關系的一種技術。描述這種關系的曲線稱為差熱曲線或DTA曲線。描述這種關系的曲線稱為差熱曲線或DTA曲線。由于試樣和參比物之間的溫度差主要取決于試樣的溫度變化，因此就其本質來說， 差熱分析是一種主要與焓變測定有關并籍此了解物質有關性質的技術 物質在加熱或冷卻過程中會

37、發(fā)生物理變化或化學變化，與此同時，往往還伴隨吸熱或放熱現(xiàn)象。伴隨熱效應的變化，有晶型轉變、沸騰、升華、蒸發(fā)、熔融等物理變化，以及氧化還原、分解、脫水和離解等化學變化。另有一些物理變化，雖無熱效應發(fā)生但比熱容等某些物理性質也會發(fā)生改變，這類變化如玻璃化轉變等。物質發(fā)生焓變時質量不一定改變，但溫度是必定會變化的。差熱分析正是在物質這類性質基礎上建立的一種技術。 若將在實驗溫區(qū)內呈熱穩(wěn)定的已知物質(參比物)和試樣一起放入加熱系統(tǒng)中(圖1)，并以線性程序溫度對它們加熱。在試樣沒有發(fā)生吸熱或放熱變化且與程序溫度間不存在溫度滯后時，試樣和參比物的溫度與線性程序溫度是一致的。若試樣發(fā)生放熱變化，&

38、#160;由于熱量不可能從試樣瞬間導出，于是試樣溫度偏離線性升溫線，且向高溫方向移動。反之，在試樣發(fā)生吸熱變化時，由于試樣不可能從環(huán)境瞬間吸取足夠的熱量，從而使試樣溫度低于程序溫度。只有經歷一個傳熱過程試樣才能回復到與程序溫度相同的溫度。圖1 加熱和測定試樣與參比物溫度的裝置示意圖在試樣和參比物的比熱容、導熱系數(shù)和質量等相同的理想情況，用圖1裝置測得的試樣和參比物的溫度及它們之間的溫度差隨時間的變化如圖2所示。圖中參比物的溫度始終與程序溫度一致，試樣溫度則隨吸熱和放熱過程的發(fā)生而偏離程序溫度線。當TS-TR=T為零時，因中參比物與試樣溫度一致，兩溫度線重合，在T曲線則為一條水平基線。

39、圖2 線性程序升溫時試樣和參比物的溫度及溫度差隨時間的變化試樣吸熱時T<0，在T曲線上是一個向下的吸熱峰。當試樣放熱時T>0，在T曲線上是一個向上的放熱峰。由于是線性升溫，通過了T-t關系可將T-t圖轉換成T-T圖。T- t(或T) 圖即是差熱曲線，表示試樣和參比物之間的溫度差隨時間或溫度變化的關系。 差熱曲線直接提供的信息有峰的位置、峰的面積、峰的形狀和個數(shù)。由它們不僅可以對物質進行定性和定量分析，而且還可以研究變化過程的動力學。 曲線上峰的起始溫度只是實驗條件下儀器能夠檢測到的開始偏離基線的溫度。根據(jù)ICTA的規(guī)定，該起始溫度應

40、是峰前緣斜率最大處的切線與外推基線的交點所對應的溫度。若不考慮不同儀器的靈敏度不同等因素，外推起始溫度比峰溫更接近于熱力學平衡溫度。 由差熱曲線獲得的重要信息之一是它的峰面積。根據(jù)經驗，峰面積和變化過程的熱效應有著直接聯(lián)系，而熱效應的大小又取決于活性物質的質量。Speil(斯貝爾)指出峰面積與相應過程的焓變成正比：式中，A是差熱曲線上的峰面積，由實驗測得的差熱峰直接得到，K是系數(shù)。在A和K值已知后，即能求得待測物質的熱效應Qp和焓變H三差熱分析的實驗步驟 （1）啟動計算機，將控制器、加熱爐和計算機用相應的接線連接起來。 （2）使用小藥匙往小坩堝中裝填參比樣品和待測

41、樣品。 （3）在坩堝架上放置藥品，降下爐體。 （4）設定升溫速率，啟動數(shù)據(jù)記錄軟件，開始加熱。 （5）達到目標溫度后停止加熱，保存數(shù)據(jù)。（4）對樣品差熱曲線的分析四實驗結果與分析圖1.草酸鈷熱分析曲線 實驗結果分析：在空氣下草酸鈷有三個失重階段，在20-300時， 242.1時失重速率最大，失重20.61%。在300-500時， 430.1時失重速率最大，失重37.43%。在500-1092.1時，失重5.08%，最終剩余36.87%。草酸鈷有三個吸熱峰，230.2左右的吸熱峰是由于失去結晶水和吸附水引起。338.9左右的峰由于草酸鈷的反應引起，876.3時由于草

42、酸鈷的再次分解。五思考題1DTA實驗中如何選擇參比物？常用的參比物有哪些？ 答：要獲得平穩(wěn)的基線，參比物的選擇很重要。要求參比物在加熱或冷卻過程中不發(fā)生任何變化，在整個升溫過程中參比物的比熱、導熱系數(shù)、粒度盡可能與試樣一致或相近。  常用三氧化二鋁（-Al2O3）或煅燒過的氧化鎂或石英砂作參比物。如分析試樣為金屬，也可以用金屬鎳粉作參比物。如果試樣與參比物的熱性質相差很遠，則可用稀釋試樣的方法解決，主要是減少反應劇烈程度；如果試樣加熱過程中有氣體產生時，可以減少氣體大量出現(xiàn)，以免使試樣沖出。選擇的稀釋劑不能與試樣有任何化學反應或催化反應，常用的稀釋劑有SiC、Al2O3等。 2.差熱曲線的形狀與那些因素有關？影響差熱分析結果的主要因素是什么？   答：影響儀器儀表差熱分析的主要因素有（1）氣氛和壓力的選擇 &#