红外光谱仪的使用.docx

红外光谱仪的使用.docx

《红外光谱仪的使用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《红外光谱仪的使用.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

红外光谱仪的使用

红外吸收光谱的使用

一、实验目的

（1）了解红外光谱仪的基本结构和工作原理；

（2）学习红外光谱仪的样品制备方法；

（3）学习红外光谱仪的操作；

（4）掌握红外光谱的分析

二、红外吸收光谱仪的基本结构和工作原理

2.1分子振动

振动光谱是指物质因受光的作用，引起分子或原子基团的振动，从而产生对光的吸收。

如果将透过物质的光辐射用单色器加以色散，使波长按长短依次排列，同时测量在不同波长处的辐射强度，得到的是吸收光谱。

如果用的光源是红外光波长范围，即0.78~10000um，就是红外吸收光谱；如果用的是强单色光，如激光，产生的是激光拉曼光谱。

（1）物质对光的吸收具有选择性：

1）核外电子对光子的吸收，吸收范围（1~20eV）使其由基态跃迁到激发态。

2）分子振动对光子的吸收，吸收范围（0.05~1eV）

3）分子转动对光子的吸收，吸收范围（0.05eV以下）

（2）分子振动模型：

（3）分子振动吸收条件

I分子振动频率与红外光谱段的某频率相等；

II分子在振动过程中，能引起偶极矩的变化；

III必须遵守旋律原则。

2.2红外光谱

（2）红外光谱的表示

连续的红外光与分子相互作用时，若分子中原子间的振动频率恰好与红外波段的某一频率相等时就会引起共振，使光的透射强度减弱。

（3）红外光谱图的特征

I谱带数目

II吸收带的位置

III谱带的形状

IV谱带的强度

（4）影响红外光谱图的因素

（5）红外谱带的划分

I特征谱带区：

（4000~1333cm^-1，或2.5~7.5um）

II指纹谱带区：

（1333~667cm^-1，或7.5~15um）

（6）红外吸收光谱的特点

I特征性高；

II不受物质的物理状态的限制，气、液、固均可测定；

III所需测定的样品数量极少，只需几毫克甚至几微克；

IV操作方便，测定速度快，重复性好；

V已有的标准图谱较多，便于查阅。

VI缺点和局限性：

灵敏度和精确度不够高，含量<1%就难以测出，目前多用于定性分析。

（7）红外吸收光谱的测试功能

a．可以确定化合物的类别（芳香类）

b．确定官能团：

例：

—CO—，—C＝C—，—C≡C—

c．推测分子结构（简单化合物）

d．定量分析

2.3红外吸收光谱仪

色散型红外光谱仪一般均采用双光束。

将光源发射的红外光分成两束，一束通过试样，另一束通过参比，利用半圆扇形镜使试样光束和参比光束交替通过单色器，然后被检测器检测。

当试样光束与参比光束强度相等时，检测器不产生交流信号；当试样有吸收，两光束强度不等时，检测器产生与光强差成正比的交流信号，从而获得吸收光谱。

1.光源

红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体，用电加热使之发射高强度的连续红外辐射。

常用的是Nernst灯或硅碳棒。

Nernst灯是用氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结而成的中空棒和实心棒。

工作温度约为1700℃，在此高温下导电并发射红外线。

但在室温下是非导体，因此，在工作之前要预热。

它的特点是发射强度高，使用寿命长，稳定性较好。

缺点是价格比硅碳棒贵，机械强度差，操作不如硅碳棒方便。

硅碳棒是由碳化硅烧结而成，工作温度在1200-1500℃左右。

2.吸收池

因玻璃、石英等材料不能透过红外光，红外吸收池要用可透过红外光的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。

固体试样常与纯KBr混匀压片，然后直接进行测定。

3.单色器

单色器由色散元件、准直镜和狭缝构成。

色散元件常用复制的闪耀光栅。

由于闪耀光栅存在次级光谱的干扰，因此，需要将光栅和用来分离次光谱的滤光器或前置棱镜结合起来使用。

4.检测器

常用的红外检测器有高真空热电偶、热释电检测器和碲镉汞检测器。

5.记录系统

三、样品制备方法

3.1制样要求

要获得一张高质量红外光谱图，除了仪器本身的因素外，还必须有合适的样品制备方法。

红外光谱法对试样的要求

I试样应该是单一组份的纯物质，纯度应>98%或符合商业规格，才便于与纯物质的标准光谱进行对照。

多组份试样应在测定前尽量预先用分馏、萃取、重结晶或色谱法进行分离提纯，否则各组份光谱相互重叠，难于判断。

II试样中不应含有游离水。

水本身有红外吸收，会严重干扰样品谱，而且会侵蚀吸收池的盐窗。

III试样的浓度和测试厚度应选择适当，且均匀，以使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于10%~80%范围内。

3.2制样方法

（1）固体样品制样方法

１）压片法，是把固体样品的细粉，均匀地分散在碱金属卤化物中并压成透明薄片的一种方法；

２）粉末法，是把固体样品研磨成２μm以下的粉末，悬浮于易挥发溶剂中，然后将此悬浮液滴于KBr片基上铺平，待溶剂挥发后形成均匀的粉末薄层的一种方法；

３）薄膜法，是把固体试样溶解在适当的的溶剂中，把溶液倒在玻璃片上或KBr窗片上，待溶剂挥发后生成均匀薄膜的一种方法；

４）糊剂法，是把固体粉末分散或悬浮于石蜡油等糊剂中，然后将糊状物夹于两片KBr等窗片间测绘其光谱。

在红外光谱分析的具体操作中，对于固体样品，常用的制样方法有以下四种。

其中最常用的是压片法，但此法常因样品浓度不合适或因片子不透明等问题需要一再返工。

现在采用溴化钾压片作片基，在得到同等效果图谱的情况下，降低了重新压片的次数，减少了清洗液体池和窗片的时间，避免了窗片破裂和损耗的可能性，而且此方法成本很低。

（2）液体样品制样方法

液体样品制样方法有三种，其中最常用的是液膜法，此法所使用的窗片是由整块透明的溴化钾（或氯化钠）晶体制成，制作困难，价格昂贵，稍微使用不当就容易破裂，而且由于长期使用也会被试样中微量水分将其慢慢侵蚀，到一定时候这对窗片也就报废了。

1）薄膜法，用刮刀取适量的试样均匀涂于窗片上，然后将另一块窗片盖上，稍加压力，来回推移，使之形成一层均匀无气泡的液膜。

2）液膜法，是在可拆液体池两片窗片之间，滴上１～２滴液体试样，使之形成一薄的液膜，适用于沸点较高的试样；

3）液体池法，是将液体样品注入到封闭抽真空的液体池中，液层厚度一般为0.01~1mm，适用于沸点较低，挥发性较大的试样

对于一些吸收很强的液体，当用调整厚度的方法仍然得不到满意的谱图时，可用适当的溶剂配成稀溶液进行测定。

一些固体也可以溶液的形式进行测定。

常用的红外光谱溶剂应在所测光谱区内本身没有强烈的吸收，不侵蚀盐窗，对试样没有强烈的溶剂化效应等。

（3）气体样品制样方法

气态样品可在玻璃气槽内进行测定，它的两端粘有红外透光的NaCl或KBr窗片。

先将气槽抽真空，再将试样注入。

3.3制样过程

（1）压片法：

将1~2mg固体试样于玛瑙蹈研钵中，充分研磨，再加入大约200mg纯KBr粉末研细均匀，置于模具中，用110Pa压力在油压机上压成透明薄片，即可用于测定。

试样和KBr都应经干燥处理，研磨到粒度小于2微米，以免散射光影响。

（2）夹片法：

称取大约300mg已烘干的溴化钾于玛瑙研钵中，仔细密细后分为两等份，分别装入压模中，在压片机下抽真空2min，于110Pa压力下加压5min便压成一个透明的溴化钾空白片。

用带尖的细玻璃棒蘸一小滴液体样品滴于一片溴化钾空白片上，其上再覆盖一片溴化钾空白片。

（2）石蜡糊法：

将干燥处理后的试样研细，与液体石蜡或全氟代烃混合，调成糊状，夹在盐片中测定。

（3）薄膜法：

主要用于高分子化合物的测定。

可将它们直接加热熔融后涂制或压制成膜。

也可将试样溶解在低沸点的易挥发溶剂中，涂在盐片上，待溶剂挥发后成膜测定。

当样品量特别少或样品面积特别小时，采用光束聚光器，并配有微量液体池、微量固体池和微量气体池，采用全反射系统或用带有卤化碱透镜的反射系统进行测量。

3.4注意事项

（1）对每一种样品，在制好样之后应立即进行测定或溶剂挥发。

（2）压好的溴化钾片，应放在干燥器中，以防吸潮。

（3）可能会由于液体吸收池的塞子不严，溶剂迅速挥发，在未完成扫描之前池中的溶液就挥发殆尽，得不到完整的谱图。

（4）在使用夹片法或压片法绘制的红外吸收光谱中，常出现水的吸收峰，解析谱图时应注意。

四、仪器与材料

4.1仪器与设备

红外光谱仪、压片机、真空泵；0.1mm液体吸收池；1ml注射器、玛瑙研钵、带尖玻璃棒、称量瓶等。

本实验室使用的FTIR是美国尼高力公司生产的FT6700型傅立叶变换红外光谱仪。

它通过测量分子的振动和转动光谱来研究分子的结构和性能，具有测定方法简便、迅速、所需试样量少（1~2mg），得到的信息量大的优点，具有光通量大、杂散光少、分辨率可调、精度高、扫描速度快和测量波数范围宽的特点，广泛应用于地质学、化学、医药、材料科学、环境保护等行业。

其主要用途是：

对未知化合物进行准确的定性分析。

4.2药品及试剂

化学纯的苯甲醒、苯脂、苯胺、苯甲酸及邻苯二甲酸二甲酯；分析纯的二硫化碳、四氯化碳及溴化钾。

五、测试

NICOLET6700傅里叶变换红外光谱仪的使用

1、仪器性能

光谱范围：

4000~400cm-1

分辨率：

0.09cm-1

信噪比：

24000:

1

2、使用方法

1）电源的开启。

打开稳压电源开关，待电压稳定于220V后，开启一级插线板，开启二级插线板。

2）开机。

按以下顺序开机：

红外主机，电脑显示器，电脑主机。

3）开启EZOMNIC软件。

双击电脑桌面（或程序中OMNICE.P.S.）上的EZOMNIC窗口，打开软件，参见图1。

图1EZOMNIC软件窗口

4）实验条件的设置。

点击菜单中的“Collect”，打开“ExperimentSetup”，正确选择“扫描次数”、“分辨率”以及采样、采集背景的方式，最好选择“Collectbackgroundbeforeeverysample”参见图2。

图2EZOMNIC仪器设置窗口

5）制样。

按正确的制样方法制样。

6）样品测试。

点击菜单中的“Collect”,打开“CollectSample”命令，按选定的采集数据方式，如采用4）中的选择，则要在采集背景图后，再打开试样窗口插入样品晶片，作样品谱图。

样品溶液可注入液体吸收池内进行测定。

将吸收池的两个聚四氟乙烯塞打开，用注射器依次注入纯溶剂及待测溶液，各洗涤吸收池2~3次，然后注满持测溶液。

溶液从一个口注入，从另一个口溢出时认为吸收池已充满溶液，塞紧塞子。

将充满溶液的吸收池置于红外光谱仪的光路中，对四氯化碳溶液在4000~1350cm-1范围内扫描，对二硫化碳溶液在1350～650cm-1范围内扫描。

将夹有或含有样品的溴化钾片安置在磁性压片架上，连同压片架一起置于红外光谱仪的光路中，在4000～650cm-1区间扫描以绘制红外吸收光谱。

7．点击“Analyse”栏标峰，或手动标峰。

8．打印分析结果。

开启打印机，鼠标点击“Print”。

9．操作结束，退出EZOMNIC。

关机顺序：

电脑主机→电脑显示屏→红外主机→插线板→稳压电源

3、使用注意事项

1）仪器开启至少15min后，进行测定。

2）尽可能缩短主机试样窗口拉盖开启时间。

3）严格防潮：

干燥剂、干操管及时更换，除湿机常开。

4）仪器常开。

5）测定前，检查仪器是否处于正常工作状态。

6）定期尤其是气候变化时，进行仪器自校定。

7）严格按规程操作。

六、图谱分析

1、记录实验条件。

2、在获得的红外吸收光谱图上，从高波数到低波数，标出特征吸收峰的频率，并指出各特征吸收峰属于何种基团的什么形式的振动。

在解释红外吸收光谱时，一般从高波数到低波数，但不必对光谱图的每一个吸收峰都进行解释，只需指出各基团的特征吸收峰即可。