1、紅外光譜注實驗報告1.基本原理1.1概述紅外光譜法又稱“紅外分光光度分析法”。簡稱“IR”，是分子吸收光譜的一 種。它利用物質(zhì)對紅外光區(qū)的電磁輻射的選擇性吸收來進行結(jié)構(gòu)分析及對各種吸 收紅外光的化合物的定性和定量分析的一法。被測物質(zhì)的分子在紅外線照射下， 只吸收與其分子振動、轉(zhuǎn)動頻率相一致的紅外光譜。對紅外光譜進行剖析，可對 物質(zhì)進行定性分析?；衔锓肿又写嬖谥S多原子團，各原子團被激發(fā)后，都會 產(chǎn)生特征振動，其振動頻率也必然反映在紅外吸收光譜上。據(jù)此可鑒定化合物中 各種原子團，也可進行定量分析。1.2方法原理1.2.1紅外光譜產(chǎn)生條件每種分子都有由其組成和結(jié)構(gòu)決定的獨有的紅外吸收光譜，據(jù)此可

2、以 對分子進行結(jié)構(gòu)分析和鑒定。紅外吸收光譜是由分子不停地作振動和轉(zhuǎn)動 運動而產(chǎn)生的，分子振動是指分子中各原子在平衡位置附近作相對運動， 多原子分子可組成多種振動圖形。當(dāng)分子中務(wù)原子以同一頻率、同一相位 在平衡位置附近作簡諧振動時，這種振動方式稱簡正振動（例如伸縮振動 和變角振動）。分子振動的能量與紅外射線的光量子能量正好對應(yīng)，因此 當(dāng)分子的振動狀態(tài)改變時，就可以發(fā)射紅外光譜，也可以因紅外輻射激發(fā) 分子而振動而產(chǎn)生紅外吸收光譜。分子的振動和轉(zhuǎn)動的能量不是連續(xù)而是 量子化的。但由于在分子的振動躍遷過程中也常常伴隨轉(zhuǎn)動躍遷，使振動 光譜呈帶狀。所以分子的紅外光譜屬帶狀光譜。分子越大，紅外譜帶也越 多

3、總之，要產(chǎn)生紅外光譜需要具備以下兩個條件：a. 輻射應(yīng)絕緣且能滿足物質(zhì)產(chǎn)生振動躍遷所需要的能量；b. 輻射與物質(zhì)見又相互耦合作用，分子啊在振動過程中必須有瞬間偶極 矩的改變。1.2.2應(yīng)用范圍紅外光譜對樣品的適用性相當(dāng)廣泛，固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)樣品都能用該 方法進行分析，無機、有機、高分子化合物也都可檢測。紅外光譜分析可用于研究分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，也可以作為表征和鑒 別化學(xué)物種的方法。紅外光譜具有高度特征性，可以采用與標(biāo)準(zhǔn)化合物的 紅外光譜對比的方法來做分析鑒定。利用化學(xué)鍵的特征波數(shù)來鑒別化合物 的類型，并可用于定量測定。由于分子中鄰近基團的相互作用，使同一基 團在不同分子中的特征波數(shù)有一定變化范

4、圍。此外，在高聚物的構(gòu)型、構(gòu) 象、力學(xué)性質(zhì)的研究，以及物理、天文、氣象、遙感、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域， 也廣泛應(yīng)用紅外光譜。紅外吸收峰的位置與強度反映了分子結(jié)構(gòu)上的特點，可以用來鑒別未 知物的結(jié)構(gòu)組成或確定其化學(xué)基團；而吸收譜帶的吸收強度與化學(xué)基團的 含量有關(guān)，可用于進行定量分析和純度鑒定。另外，在化學(xué)反應(yīng)的機理研 究上，紅外光譜也發(fā)揮了一定的作用。但其應(yīng)用最廣的還是未知化合物的 結(jié)構(gòu)鑒定。紅外光譜不但可以用來研究分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，如力常數(shù)的測定和 分子對稱性的判據(jù)，而且還可以作為表征和鑒別化學(xué)物種的方法。1.2.3定性分析紅外光譜是物質(zhì)定性的重要的方法之一。它的解析能夠提供許多關(guān)于 官能團的信息

5、，可以幫助確定部分乃至全部分子類型及結(jié)構(gòu)。其定性分析 有特征性高、分析時間短、需要的試樣量少、不破壞試樣、測定方便、分 析成本低等優(yōu)點。傳統(tǒng)的利用紅外光譜法鑒定物質(zhì)通常釆用比較法，即與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對照 和査閱標(biāo)準(zhǔn)譜圖的方法，但是該方法對于樣品的要求較高并且依賴于譜圖 庫的大小。如果在譜圖庫中無法檢索到一致的譜圖，則可以用人工解譜的 方法進行分析，這就需要有大量的紅外知識及經(jīng)驗積累。大多數(shù)化合物的 紅外譜圖是復(fù)雜的，即便是有經(jīng)驗的專家，也不能保證從一張孤立的紅外 譜圖上得到全部分子結(jié)構(gòu)信息，如果需要確定分子結(jié)構(gòu)信息，就要借助其 他的分析測試手段，如核磁、質(zhì)譜、紫外光譜等。盡管如此，紅外譜圖仍 是提供

6、官能團信息最方便快捷的方法。1.2.4定量分析定量分析依據(jù)是比爾定律：ed=logWI或Akc】。如果有標(biāo)準(zhǔn)樣品，并且標(biāo) 準(zhǔn)樣品的吸收峰與其它成分的吸收峰重疊少時，可以采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法以及解聯(lián)立 方程的辦法進行單組分、多組分定量。對于兩組分體系，可采用比例法。但是由于具有譜圖復(fù)雜，相鄰峰重疊多，峰形窄、洗手池厚度不易確定等缺 點，紅外光譜法一般不用作定量分析。2 .儀器構(gòu)成紅外光譜儀是由光源、樣品室、單色器以及檢測器等部分組成。本實驗使用 的儀器是尼高力6700型紅外光譜儀，見圖1。圖1.紅外光譜儀2.1光源一般分光光度計中的危燈、鈣燈等光源能量較大，要觀察分子的振動能級躍 遷，測定紅外吸收光譜

7、，需要能量較小的光源。黒體輻射是最接近理想光源的連 續(xù)輻射。滿足此要求的紅外光源是穩(wěn)定的固體在加熱時產(chǎn)生的輻射。常見的有光 源有：能能斯特?zé)?、碳化硅棒、白紙線圈。2.2檢測器紅外檢測器有熱檢測器、熱電檢測器和光電導(dǎo)檢測器三種。前兩種用于色散 型儀器中，后兩種在傅立葉變換紅外光譜儀中多見。2.3傅立葉變換紅外光譜儀如圖2所示，光源發(fā)出的光被分束器分為兩束，一束經(jīng)反射到達動鏡，另一 束經(jīng)透射到達定鏡。兩束光分別經(jīng)定鏡和動鏡反射再回到分束器。動鏡以一恒定 速度作直線運動，因而經(jīng)分束器分束后的兩束光形成光程差d,產(chǎn)生干涉。干涉 光在分束器會合后通過樣品池，然后被檢測。傳立葉變換紅外光譜儀的檢測器有 T

8、GS, MCE。3紅外光譜注實驗報告動鏡驅(qū)効裝囲光河3/分東器瀏后的光束祥品池 牘器 。變換圖2.傅立葉變換紅外光譜儀構(gòu)成傅立葉紅外變換光譜儀具有如下優(yōu)點：（1 ） 大大提高 J譜圖的信噪比（throughput or Jaquinot advantage）o FT-IR 儀器所用的光學(xué)元件少，無狹縫和光柵分光器，因此到達檢測器的輻射強度大, 信噪比大。（2）波長（數(shù)）精度高（±0.01cm），重現(xiàn)性好。（3）分辨率高。（4）掃描速度快（multiplex or Fellgett advantage）«傳立葉變換儀器動鏡一 次運動完成一次掃描所需時間僅為一至數(shù)秒.可同時測定

9、所有的波數(shù)區(qū)間。而色 散型儀器在任一瞬間只觀測一個很窄的頻率范圍，一次完整的掃描需數(shù)分鐘。3.分析過程 3.1樣品處理技術(shù)針對液體樣品、固體樣品分別有液膜法、溶液法和壓片法、薄膜法。針對氣 體樣品也有專門的處理方法。3.1.1液體樣品（1）液膜法液體樣品常用液膜法。該法適用于不易揮發(fā)(沸點高于8(rc)的液體或粘稠溶 液。使用兩塊KBr或NaCl鹽片。將液體滴1-2滴到鹽片上，用另一塊鹽片將其 夾住，用螺稅固定后放入樣品室測量。若測定碳氫類吸收較低的化合物時，可在 中間放入夾片(spacer,約0.05-0.1mm厚)，増加膜厚。測定時需注意不要讓氣泡 混入，螺統(tǒng)不應(yīng)擰得過緊以免窗板破裂。使用

10、以后要立即拆除，用脫脂棉沾氯仿 、丙酮擦凈。(2)溶液法溶液法適用于揮發(fā)性液體樣品的測定。使用固定液池，將樣品溶于適當(dāng)溶劑 中配成一定濃度的溶液(一般以10%w/w左右為宜)，用注射器注入液池中進行測 定。所用溶劑應(yīng)易于溶解樣品，是非極性，不與樣品形成氫鍵，溶劑的吸收不與 樣品吸收重合。常用溶劑為CS2、CChs CHC13等。3.1.2固體樣品(1) 壓片法固體樣品常用壓片法，它也是固體樣品紅外測定的標(biāo)準(zhǔn)方法。將固體樣品 0.5mgl.Omg與150mg左右的KBr -起粉碎，用壓片機壓成薄片。薄片應(yīng)透明 均勻。(2) 薄膜法該法適用于高分子化合物的測定。將樣品溶于揮發(fā)性溶劑后倒在潔凈的玻璃

11、 板上，在減壓干燥器中使溶劑揮發(fā)后形成薄膜，固定后進行測定。常見鹽片的紅 外透明范圍為:KBr(400cnid ), NaCl(650cm1 ). CsI(150c")等。3丄3氣體樣品氣體樣品的測定可使用窗板間隔為2.5cm10cm的大容量氣體池，如圖3 所示。抽真空后，向池內(nèi)導(dǎo)入待測氣體。測定氣體中的少量組分時使用池中的反 射鏡，其作用是將光路長增加到數(shù)十米。氣體池還可用于揮發(fā)性很強的液體樣品 的測定。3.2譜圖分析3.2.1紅外光譜的三個重要特征（1）譜帶位置譜帶的位置是指示一定基團存在的最有用的特征，由于若干不同的集團可能 在相同的頻率區(qū)出現(xiàn)，做出判斷時要特別慎重。（2）形狀有時候從譜帶的形狀也可能得到相關(guān)基團的有關(guān)信息，這些對于堅定特殊基 團的存在很有用。（3）相對強度由于分子中極性較強的集團產(chǎn)生強的吸收帶，有時我們可以根據(jù)相對強度進 行分析。3.2.2同一基團振動峰任一官能團由于存在伸縮振動（某些官能團同時存在對稱和反對稱伸縮振動 ）和多種彎曲振動，會在紅外譜圖的不同區(qū)域顯示出幾個相關(guān)吸收峰。所以，只 有當(dāng)幾處應(yīng)該出現(xiàn)吸收峰的地方都顯示吸收峰時，就可以得岀該官能團存在的結(jié) 論。以甲基為例,在2960、2870、1460、1380cm'處都應(yīng)有C-H的吸收峰出現(xiàn) 。以長鏈CH?為例，2920. 2850、1470、720 cnr1