紅外光譜儀的使用

紅外吸收光譜的使用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 了解紅外光譜儀的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；（2） 學(xué)習(xí)紅外光譜儀的樣品制備方法；（3） 學(xué)習(xí)紅外光譜儀的操作；（4） 掌握紅外光譜的分析二、紅外吸收光譜儀的基本結(jié)構(gòu)和工作原理2.1分子振動(dòng)振動(dòng)光譜是指物質(zhì)因受光的作用，引起分子或原子基團(tuán)的振動(dòng)，從而產(chǎn)生對(duì)光的吸收。如果將透過物質(zhì)的光輻射用單色器加以色散，使波長(zhǎng)按長(zhǎng)短依次排列，同時(shí)測(cè)量在不同波長(zhǎng)處的輻射強(qiáng)度，得到的是吸收光譜。如果用的光源是紅外光波長(zhǎng)范圍，即0.78~10000um，就是紅外吸收光譜；如果用的是強(qiáng)單色光，如激光，產(chǎn)生的是激光拉曼光譜。（1）物質(zhì)對(duì)光的吸收具有選擇性：1） 核外電子對(duì)光子的吸收，吸收范圍（l~20eV）使其由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。2） 分子振動(dòng)對(duì)光子的吸收，吸收范圍（0.05~1eV）3） 分子轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)光子的吸收，吸收范圍（0.05eV以下）2）分子振動(dòng)模型：I-■＞仲縮摭■動(dòng)柑檢悅匕淡抽幻向發(fā)蟲鬧別性發(fā)化拎按動(dòng)1.〒嶄「4'十己垢劑： 2.反詐怦遲』令動(dòng)：槌是沿鐵軸方商的運(yùn)動(dòng)同對(duì)覽生 就怏浴徒軸方術(shù)靖遲動(dòng)交替發(fā)生|--!主內(nèi)想衲'龍喙―、.陀泣畸-:咄忸局紀(jì)生靈黯桂￡把.而世占弔更旳戦詁s.帀呻勺山尿瞄看|--!主內(nèi)想衲'龍喙―、.陀泣畸-:咄忸局紀(jì)生靈黯桂￡把.而世占弔更旳戦詁s.帀呻勺山尿瞄看wH1址龍尤2強(qiáng)十弓也曲&生商2|ifl.JJJfni髦h；去打"卞亞蠱也n勺卻征為Sf仏拯掃肌隼*4■就點(diǎn)閱刎憾琨曹劉藝片闡JZ^TJ■齊丁昨川年由*譏■■亂[亍也扌也戌杓亠胡|11fir-t￡-|tu!i；1-|■■T.l沖上*1IS■旳于g由Jl：耳芋A由7*曲鼻申Ti: ur'K H-、/出』1!?f八「、3.亞站砥動(dòng)：1;疔稱的變形振動(dòng)3.亞站砥動(dòng)：1;疔稱的變形振動(dòng)L：】今譏就與柚縄旳先工I?可討N女山 I2:耐稱的:y形按韻亡嚴(yán)：1個(gè)h扯匕汩汽的夬?]■同時(shí)左＜哎減小(3)分子振動(dòng)吸收條件分子振動(dòng)頻率與紅外光譜段的某頻率相等;分子在振動(dòng)過程中，能引起偶極矩的變化;

III必須遵守旋律原則。勺知話性捉叢 ：噪杭社狒輻射的振動(dòng)卜紅外哦收光詵］非曠外活性垢動(dòng)【拉曼硏皿嗣＞.小少收紅外輻射的拯動(dòng)＞a曼吸收光諾2.2紅外光譜(1｝紅赴先妁區(qū)劃:菠晟在Q.76違00Um(1000Um)范圖內(nèi)的屯超誡「近虹^區(qū)：也竹飛4一SR幸-順傳頻瑕收匡T申虹舟世：J.r30t*m捧動(dòng)*伴龜韓-初丸諾-遠(yuǎn).紅外匡：is'1ooan■吹功資瀟紅外光譜的表示連續(xù)的紅外光與分子相互作用時(shí)，若分子中原子間的振動(dòng)頻率恰好與紅外波段的某一頻率相等時(shí)就會(huì)引起共振，使光的透射強(qiáng)度減弱。TJ曲建的丸外用燉於龍(TATJ曲建的丸外用燉於龍(TA曲勺o(hù)I-X曲先?林筈弋咸B伽4L0-TT一口曲經(jīng).-載鼠怎電紅外光譜圖的特征譜帶數(shù)目吸收帶的位置譜帶的形狀譜帶的強(qiáng)度（4）影響紅外光譜圖的因素（5）紅外譜帶的劃分特征譜帶區(qū)：（4000~1333cm=l，或2.5~7.5um）指紋譜帶區(qū)：（1333~667cm=l，或7.5~15um）（6） 紅外吸收光譜的特點(diǎn)特征性高；不受物質(zhì)的物理狀態(tài)的限制，氣、液、固均可測(cè)定；所需測(cè)定的樣品數(shù)量極少，只需幾毫克甚至幾微克；操作方便，測(cè)定速度快，重復(fù)性好；已有的標(biāo)準(zhǔn)圖譜較多，便于查閱。缺點(diǎn)和局限性：靈敏度和精確度不夠高，含量＜1%就難以測(cè)出，目前多用于定性分析。（7） 紅外吸收光譜的測(cè)試功能a.可以確定化合物的類別（芳香類）b.確定官能團(tuán)：例：一CO一,一C=C一,一C三C一C.推測(cè)分子結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)單化合物）d.定量分析2.3紅外吸收光譜儀色散型紅外光譜儀一般均采用雙光束。將光源發(fā)射的紅外光分成兩束，一束通過試樣，另一束通過參比，利用半圓扇形鏡使試樣光束和參比光束交替通過單色器，然后被檢測(cè)器檢測(cè)。當(dāng)試樣光束與參比光束強(qiáng)度相等時(shí)，檢測(cè)器不產(chǎn)生交流信號(hào)；當(dāng)試樣有吸收，兩光束強(qiáng)度不等時(shí)，檢測(cè)器產(chǎn)生與光強(qiáng)差成正比的交流信號(hào)，從而獲得吸收光譜。輔此器艱丸朿紅外光諸儀原匿示意圖1.光源紅外光譜儀中所用的光源通常是一種惰性固體，用電加熱使之發(fā)射高強(qiáng)度的連續(xù)紅外輻射。常用的是Nernst燈或硅碳棒。Nernst燈是用氧化鋯、氧化釔和氧化釷燒結(jié)而成的中空棒和實(shí)心棒。工作溫度約為1700°C，在此高溫下導(dǎo)電并發(fā)射紅外線。但在室溫下是非導(dǎo)體，因此，在工作之前要預(yù)熱。它的特點(diǎn)是發(fā)射強(qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定性較好。缺點(diǎn)是價(jià)格比硅碳棒貴，機(jī)械強(qiáng)度差，操作不如硅碳棒方便。硅碳棒是由碳化硅燒結(jié)而成，工作溫度在1200-1500°C左右。.吸收池因玻璃、石英等材料不能透過紅外光，紅外吸收池要用可透過紅外光的NaCl、KBr、CsI、KRS-5(TlI58%,TlBr42%)等材料制成窗片。用NaCl、KBr、CsI等材料制成的窗片需注意防潮。固體試樣常與純KBr混勻壓片，然后直接進(jìn)行測(cè)定。.單色器單色器由色散元件、準(zhǔn)直鏡和狹縫構(gòu)成。色散元件常用復(fù)制的閃耀光柵。由于閃耀光柵存在次級(jí)光譜的干擾，因此，需要將光柵和用來分離次光譜的濾光器或前置棱鏡結(jié)合起來使用。.檢測(cè)器常用的紅外檢測(cè)器有高真空熱電偶、熱釋電檢測(cè)器和碲鎘汞檢測(cè)器。5.記錄系統(tǒng)三、樣品制備方法制樣要求要獲得一張高質(zhì)量紅外光譜圖，除了儀器本身的因素外，還必須有合適的樣品制備方法。紅外光譜法對(duì)試樣的要求I試樣應(yīng)該是單一組份的純物質(zhì)，純度應(yīng)>98%或符合商業(yè)規(guī)格，才便于與純物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)光譜進(jìn)行對(duì)照。多組份試樣應(yīng)在測(cè)定前盡量預(yù)先用分餾、萃取、重結(jié)晶或色譜法進(jìn)行分離提純，否則各組份光譜相互重疊，難于判斷。II試樣中不應(yīng)含有游離水。水本身有紅外吸收，會(huì)嚴(yán)重干擾樣品譜，而且會(huì)侵蝕吸收池的鹽窗。試樣的濃度和測(cè)試厚度應(yīng)選擇適當(dāng)，且均勻，以使光譜圖中的大多數(shù)吸收峰的透射比處于10%~80%范圍內(nèi)。制樣方法（1）固體樣品制樣方法1） 壓片法，是把固體樣品的細(xì)粉，均勻地分散在堿金屬鹵化物中并壓成透明薄片的一種方法；2） 粉末法，是把固體樣品研磨成2um以下的粉末，懸浮于易揮發(fā)溶劑中，然后將此懸浮液滴于KBr片基上鋪平，待溶劑揮發(fā)后形成均勻的粉末薄層的一種方法；3） 薄膜法，是把固體試樣溶解在適當(dāng)?shù)牡娜軇┲校讶芤旱乖诓Ａ匣騅Br窗片上，待溶劑揮發(fā)后生成均勻薄膜的一種方法；4） 糊劑法，是把固體粉末分散或懸浮于石蠟油等糊劑中，然后將糊狀物夾于兩片KBr等窗片間測(cè)繪其光譜。在紅外光譜分析的具體操作中，對(duì)于固體樣品，常用的制樣方法有以下四種。其中最常用的是壓片法，但此法常因樣品濃度不合適或因片子不透明等問題需要一再返工。現(xiàn)在采用溴化鉀壓片作片基，在得到同等效果圖譜的情況下，降低了重新壓片的次數(shù)，減少了清洗液體池和窗片的時(shí)間，避免了窗片破裂和損耗的可能性，而且此方法成本很低。（2）液體樣品制樣方法液體樣品制樣方法有三種，其中最常用的是液膜法，此法所使用的窗片是由整塊透明的溴化鉀（或氯化鈉）晶體制成，制作困難，價(jià)格昂貴，稍微使用不當(dāng)就容易破裂，而且由于長(zhǎng)期使用也會(huì)被試樣中微量水分將其慢慢侵蝕，到一定時(shí)候這對(duì)窗片也就報(bào)廢了。1）薄膜法，用刮刀取適量的試樣均勻涂于窗片上，然后將另一塊窗片蓋上，稍加壓力，來回推移，使之形成一層均勻無氣泡的液膜。2） 液膜法，是在可拆液體池兩片窗片之間，滴上1?2滴液體試樣，使之形成一薄的液膜，適用于沸點(diǎn)較高的試樣；3） 液體池法，是將液體樣品注入到封閉抽真空的液體池中，液層厚度一般為0.01~1mm，適用于沸點(diǎn)較低，揮發(fā)性較大的試樣對(duì)于一些吸收很強(qiáng)的液體，當(dāng)用調(diào)整厚度的方法仍然得不到滿意的譜圖時(shí)，可用適當(dāng)?shù)娜軇┡涑上∪芤哼M(jìn)行測(cè)定。一些固體也可以溶液的形式進(jìn)行測(cè)定。常用的紅外光譜溶劑應(yīng)在所測(cè)光譜區(qū)內(nèi)本身沒有強(qiáng)烈的吸收，不侵蝕鹽窗，對(duì)試樣沒有強(qiáng)烈的溶劑化效應(yīng)等。（3）氣體樣品制樣方法氣態(tài)樣品可在玻璃氣槽內(nèi)進(jìn)行測(cè)定，它的兩端粘有紅外透光的NaCl或KBr窗片。先將氣槽抽真空，再將試樣注入。制樣過程（1）壓片法：將1~2mg固體試樣于瑪瑙蹈研缽中，充分研磨，再加入大約200mg純KBr粉末研細(xì)均勻，置于模具中，用1lOPa壓力在油壓機(jī)上壓成透明薄片，即可用于測(cè)定。試樣和KBr都應(yīng)經(jīng)干燥處理，研磨到粒度小于2微米，以免散射光影響。（2）夾片法： 稱取大約300mg已烘干的溴化鉀于瑪瑙研缽中，仔細(xì)密細(xì)后分為兩等份，分別裝入壓模中，在壓片機(jī)下抽真空2min，于110Pa壓力下加壓5min便壓成一個(gè)透明的溴化鉀空白片。用帶尖的細(xì)玻璃棒蘸一小滴液體樣品滴于一片溴化鉀空白片上，其上再覆蓋一片溴化鉀空白片。（2） 石蠟糊法： 將干燥處理后的試樣研細(xì)，與液體石蠟或全氟代烴混合，調(diào)成糊狀，夾在鹽片中測(cè)定。（3） 薄膜法： 主要用于高分子化合物的測(cè)定?？蓪⑺鼈冎苯蛹訜崛廴诤笸恐苹驂褐瞥赡?。也可將試樣溶解在低沸點(diǎn)的易揮發(fā)溶劑中，涂在鹽片上，待溶劑揮發(fā)后成膜測(cè)定。當(dāng)樣品量特別少或樣品面積特別小時(shí)，采用光束聚光器，并配有微量液體池、微量固體池和微量氣體池，采用全反射系統(tǒng)或用帶有鹵化堿透鏡的反射系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。注意事項(xiàng)（1） 對(duì)每一種樣品，在制好樣之后應(yīng)立即進(jìn)行測(cè)定或溶劑揮發(fā)。（2） 壓好的溴化鉀片，應(yīng)放在干燥器中，以防吸潮。（3） 可能會(huì)由于液體吸收池的塞子不嚴(yán)，溶劑迅速揮發(fā)，在未完成掃描之前池中的溶液就揮發(fā)殆盡，得不到完整的譜圖。在使用夾片法或壓片法繪制的紅外吸收光譜中，常出現(xiàn)水的吸收峰，解析譜圖時(shí)應(yīng)注意。四、儀器與材料4.1儀器與設(shè)備紅外光譜儀、壓片機(jī)、真空泵；0.1mm液體吸收池；1ml注射器、瑪瑙研缽、帶尖玻璃棒、稱量瓶等。本實(shí)驗(yàn)室使用的FTIR是美國尼高力公司生產(chǎn)的FT6700型傅立葉變換紅外光譜儀。它通過測(cè)量分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)光譜來研究分子的結(jié)構(gòu)和性能，具有測(cè)定方法簡(jiǎn)便、迅速、所需試樣量少(1~2mg)，得到的信息量大的優(yōu)點(diǎn)，具有光通量大、雜散光少、分辨率可調(diào)、精度高、掃描速度快和測(cè)量波數(shù)范圍寬的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于地質(zhì)學(xué)、化學(xué)、醫(yī)藥、材料科學(xué)、環(huán)境保護(hù)等行業(yè)。其主要用途是：對(duì)未知化合物進(jìn)行準(zhǔn)確的定性分析。

紅外標(biāo)準(zhǔn)圖譜[.LerSI^ndardlInfthjedGfhIing!占pe匸M曲31糧,JH，-feE]出楓社：Sud1lerResesrchLah^raLQries,Inc.S([nnrg.'inics1R(irn1ingSpec-Lra!)2.枳共LJ汕張、奠囚出皈社：SadiierResearchLaboralorles,In^.^InfraredSpedi＜iofInorganicCompoundaS- 件-共時(shí)2張出.皈社::AtadeinicPress；.I.ri€.?Tlie.lidrichLibraryofFT-IRSpectral2&,罷10旳悚夬國出版社:AldrichChemicnICompany!Inc,儲(chǔ)蝸虹卄:ti普出集X共汨3衆(zhòng)?+3,tL＜社：耕學(xué)出岐社h忒科■物紅外此無已諾X共旅口號(hào).中國'出阪魁：遼寧地更柿中亡生驗(yàn)堂站7.K奔吊紅外無箱吳》共丹2乖.中國出范社：化學(xué)工業(yè)出版社&計(jì)算機(jī)內(nèi)尋;芙國侃騫必司捉詵，＜^626^.APS4.2藥品及試劑化學(xué)純的苯甲醒、苯脂、苯胺、苯甲酸及鄰苯二甲酸二甲酯；分析純的二硫化碳、四氯化碳及溴化鉀。五、測(cè)試NIC0LET6700傅里葉變換紅外光譜儀的使用1、 儀器性能光譜范圍：4000~400cm-1分辨率：0.09cm-1信噪比：24000:12、 使用方法1）電源的開啟。打開穩(wěn)壓電源開關(guān)，待電壓穩(wěn)定于220V后，開啟一級(jí)插線板，開啟二級(jí)插線板。2） 開機(jī)。按以下順序開機(jī)：紅外主機(jī)，電腦顯示器，電腦主機(jī)。3） 開啟EZ0MNIC軟件。雙擊電腦桌面（或程序中OMNICE.P.S.）上的EZ0MNIC窗口，打開軟件，參見圖1。冃熙9'；?冃熙9'；?《?： ?xxew蟲Mt亡R??iEn|]nimnl:|D&r：aut-^lnsiw■UlKlX附前staus畀零?卞：IfcMe|FlMRpt 占翔|忘112：?廠基1忖.呂PtiuE呂詁InjiinNRIjfdrfTuH ■:可BDUEgEY-U07BEUJHQQQQQBDUEgEY-U07BEUJHQQQQQ4bJjjj：Ll恢扁tHUffibiiirai(iCfrvi:i；-；:i：z8fl?LE7|Y：|1].[13SJ』11兇inch也aiusC^BL3]Qsav^]A■揪 ]￡X(jnM^、NddFscansHEPtzkJiurr—HteH^nillriy 廠書a■起■BUlaEdlKaiH』11兇inch也aiusC^BL3]Qsav^]A■揪 ]￡X(jnM^、NddFscansHEPtzkJiurr—HteH^nillriy 廠書a■起■BUlaEdlKaiH廠￡?-eiNeflEiDcp-arnse￥Ji?>_>￡<070.EOfiua:01DO非拠呃I.SEflcm-i日acKgigurriH-anding ■Cold￡：ibackgiDu-'dbAlar>a歸巧SramplAEip^nrrir'rtds-5C"|MicinThis世砸翳【聞IfiMTI凱tDdcLmanlsiktrni^iauhsafN'iJJlJl^parCaleclbKhgiDirrijfierrrerjsamiMe廣Cole&lUse初mindgflajiffl~|mruiesrUseEpgcticdbact^oundileE^pdrirricrrttlfl*Tisr^EminnOKSsvt4f...OptR...|IW“|X;i^25X6r-r-p?r圖1EZOMNIC軟件窗口4）實(shí)驗(yàn)條件的設(shè)置。點(diǎn)擊菜單中的“Collect"，打開“ExperimentSetup"，正確選擇“掃描次數(shù)”、“分辨率”以及采樣、采集背景的方式，最好選擇“Collectbackgroundbeforeeverysample”參見圖2。SBfeMfipltal:*enbnasEMaeBHWt U4i珂朋帕擊詁■?點(diǎn)佃也也應(yīng)J當(dāng)臥卩石圖2EZOMNIC儀器設(shè)置窗口5）制樣。按正確的制樣方法制樣。6）樣品測(cè)試。點(diǎn)擊菜單中的“Collect”，打開“CollectSa