材料研究方法與分析測(cè)試實(shí)驗(yàn)

1、本科生實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)課程 材料研究方法與分析測(cè)試實(shí)驗(yàn) 學(xué)院名稱 材料與化學(xué)化工學(xué)院 專業(yè)名稱 材料科學(xué)與工程(無機(jī)非金屬方向) 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)成績(jī) 二一四年12月15日 二一五年12月19日填寫說明1、 適用于本科生所有的實(shí)驗(yàn)報(bào)告（印制實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)除外）；2、 專業(yè)填寫為專業(yè)全稱，有專業(yè)方向的用小括號(hào)標(biāo)明；3、 格式要求： 用A4紙雙面打?。ǚ饷骐p面打印）或在A4大小紙上用藍(lán)黑色水筆書寫。 打印排版：正文用宋體小四號(hào)，1.5倍行距，頁邊距采取默認(rèn)形式（上下2.54cm，左右2.54cm，頁眉1.5cm，頁腳1.75cm）。字符間距為默認(rèn)值（縮放100%，間距：標(biāo)準(zhǔn)）；

2、頁碼用小五號(hào)字底端居中。 具體要求：題目（二號(hào)黑體居中）；摘要（“摘要”二字用小二號(hào)黑體居中，隔行書寫摘要的文字部分，小4號(hào)宋體）；關(guān)鍵詞（隔行頂格書寫“關(guān)鍵詞”三字，提煉3-5個(gè)關(guān)鍵詞，用分號(hào)隔開，小4號(hào)黑體)； 正文部分采用三級(jí)標(biāo)題；第1章 ××(小二號(hào)黑體居中，段前0.5行)1.1 ×××××小三號(hào)黑體×××××（段前、段后0.5行）1.1.1小四號(hào)黑體（段前、段后0.5行）參考文獻(xiàn)（黑體小二號(hào)居中，段前0.5行），參考文獻(xiàn)用五號(hào)宋體，參照參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則（GB/T 7

3、7142005）。實(shí)驗(yàn)一 掃描電鏡實(shí)驗(yàn)（SEM）一 、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解掃描電子顯微鏡的原理、結(jié)構(gòu)； 2、運(yùn)用掃描電子顯微鏡進(jìn)行樣品微觀形貌觀察。二 、實(shí)驗(yàn)原理 掃描電鏡（SEM）是用聚焦電子束在試樣表面逐點(diǎn)掃描成像。試樣為塊狀或粉末顆粒，成像信號(hào)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(hào)。由電子槍發(fā)射的電子，以其交叉斑作為電子源，經(jīng)二級(jí)聚光鏡及物鏡的縮小形成具有一定能量、一定束流強(qiáng)度和束斑直徑的微細(xì)電子束，在掃描線圈驅(qū)動(dòng)下，于試樣表面按一定時(shí)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(chǎn)生二次電子發(fā)射以及背散射電子等物理信號(hào)，二次電子發(fā)射量隨試樣表面形貌而變

4、化。二次電子信號(hào)被探測(cè)器收集轉(zhuǎn)換成電訊號(hào)，經(jīng)視頻放大后輸入到顯像管柵極，調(diào)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(jiǎn)介如下：1.電子光學(xué)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(hào)強(qiáng)度和掃描像，由電子槍發(fā)射的掃描電子束應(yīng)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(chǎng)發(fā)射電子槍，其性能如表1所示。前兩種屬于熱發(fā)射電子槍，后一種則屬于冷發(fā)射電子槍，也叫場(chǎng)發(fā)射電子槍。由表可以看出場(chǎng)發(fā)射電子槍的亮度最高、電子源直徑

5、最小，是高分辨本領(lǐng)掃描電鏡的理想電子源。 電磁透鏡的功能是把電子槍的束斑逐級(jí)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(gè)磁透鏡，前兩個(gè)是強(qiáng)透鏡，縮小束斑，第三個(gè)透鏡是弱透鏡，焦距長(zhǎng)，便于在樣品室和聚光鏡之間裝入各種信號(hào)探測(cè)器。為了降低電子束的發(fā)散程度，每級(jí)磁透鏡都裝有光闌；為了消除像散，裝有消像散器。樣品室中有樣品臺(tái)和信號(hào)探測(cè)器，樣品臺(tái)還能使樣品做平移運(yùn)動(dòng)。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(hào)。 3、信號(hào)檢測(cè)、放大系統(tǒng) 樣品在入射電子作用下會(huì)產(chǎn)生各種物理信號(hào)、有二次電子、背散射電子、特征X射線、陰極熒

6、光和透射電子。不同的物理信號(hào)要用不同類型的檢測(cè)系統(tǒng)。它大致可分為三大類，即電子檢測(cè)器、陰極熒光檢測(cè)器和X射線檢測(cè)器。4、真空系統(tǒng) 鏡筒和樣品室處于高真空下，一般不得高于1×102 Pa，它由機(jī)械泵和分子渦輪泵來實(shí)現(xiàn)。開機(jī)后先由機(jī)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(dá)到高真空度。此時(shí)才能放試樣進(jìn)行測(cè)試，在放試樣或更換燈絲時(shí)，閥門會(huì)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(yīng)的安全保護(hù)電路所組成，提供掃描電鏡各部分所需要的電源。三、實(shí)驗(yàn)步驟1、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2

7、0×10mm；（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(jìn)行深腐蝕；（3）非金屬樣品須在真空鍍膜機(jī)中噴鍍金、鋁或碳，以保證樣品導(dǎo)電性良好。2、儀器的基本操作 （1）開啟穩(wěn)壓器及水循環(huán)系統(tǒng)； （2）開啟掃描電鏡及能譜儀控制系統(tǒng)； （3）樣品室放氣，將已處理好的待測(cè)樣品放入樣品支架上； （4）當(dāng)真空度達(dá)到要求后，在一定的加速電壓下進(jìn)行微觀形貌的觀察。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理圖 1 圖 2 分析：從圖一中可以看到材料呈現(xiàn)出塊狀，間隙多的形貌，并且棱邊為多層次。 從圖二中可以看到纖維狀材料結(jié)構(gòu)，但是每束有許多細(xì)絲構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)二 XRD實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.了解X射線衍射儀的基本結(jié)構(gòu)及

8、工作原理; 2.了解X射線衍射儀的測(cè)試分析范圍及樣品制備要求。 3.了解X射線衍射數(shù)據(jù)處理的程序與方法。 4.掌握依據(jù)X射線衍射進(jìn)行物相鑒定的原理與方法。二、實(shí)驗(yàn)原理 1、X射線衍射基本原理 當(dāng)一束單色X射線照射到某一結(jié)晶物質(zhì)上，由于晶體中原子的排列具有周期性，當(dāng)某一層原子面的晶面間距d與X射線入射角之間滿足布拉格(Bragg)方程：2dsin=n(為入射X射線的波長(zhǎng))時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，如圖2.1 所示。X射線物相分析就是指通過比較結(jié)晶物質(zhì)的X射線衍射花樣來分析待測(cè)試樣中含有何種或哪幾種結(jié)晶物質(zhì)(物相)。任何一種結(jié)晶物質(zhì)都有自己特定的結(jié)構(gòu)參數(shù)，即點(diǎn)陣類型、晶胞大小、晶胞中原子或離子的數(shù)目、

9、位置等等。這些結(jié)構(gòu)參數(shù)與X射線的衍射角和衍射強(qiáng)度I 有著對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)構(gòu)參數(shù)不同則X射線衍射花樣也各不相同。因此，當(dāng)X射線被晶體衍射時(shí)，每一種結(jié)晶物質(zhì)都有自己獨(dú)特的衍射花樣，不存在兩種衍射花樣完全相同的物質(zhì)。通常用表征衍射線位置的晶面間距d（或衍射角）和衍射線相對(duì)強(qiáng)度I 的數(shù)據(jù)來代表衍射花樣，即以晶面間距d 為橫坐標(biāo)，衍射相對(duì)強(qiáng)度I 為縱坐標(biāo)繪制X射線衍射圖譜。 目前已知的結(jié)晶物質(zhì)有成千上萬種。事先在一定的規(guī)范條件下對(duì)所有已知的結(jié)晶物質(zhì)進(jìn)行X射線衍射，獲得一套所有結(jié)晶物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)X射線衍射圖譜（即d-I 數(shù)據(jù)），建立成數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)對(duì)某種材料進(jìn)行物相分析時(shí)，只需要將其X射線衍射圖譜與數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)X射

10、線衍射圖譜進(jìn)行比對(duì)，就可以確定材料的物相。2、 測(cè)角儀的工作原理 測(cè)角儀是X 射線衍射儀的核心組成部分。試樣臺(tái)位于測(cè)角儀中心，試樣臺(tái)的中心軸與測(cè)角儀的中心軸(垂直圖面) 垂直。試樣臺(tái)既可以繞測(cè)角儀中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，又可以繞自身的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)；試樣表面嚴(yán)格地與測(cè)角儀中心軸重合，入射線從X射線管焦點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)入射束光闌系統(tǒng)投射到試樣表面產(chǎn)生衍射，衍射線經(jīng)衍射束光闌系統(tǒng)進(jìn)入計(jì)數(shù)器。X射線管焦點(diǎn)和探測(cè)器光闌位于同一圓周上，把這個(gè)圓周稱為測(cè)角儀圓，測(cè)角儀圓所在的平面稱為測(cè)角儀平面。試樣臺(tái)和計(jì)數(shù)器分別固定在兩個(gè)同軸的圓盤上，由兩個(gè)步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。在衍射測(cè)量時(shí)，試樣繞測(cè)角儀中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷地改變?nèi)肷渚€與試樣表面的夾角，

11、與此同時(shí)計(jì)數(shù)器沿測(cè)角儀圓運(yùn)動(dòng)，接收各衍射角2所對(duì)應(yīng)的衍射強(qiáng)度。根據(jù)需要角和2角可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，也可以自動(dòng)匹配，使 角和2 角以1:2的角速度聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)圖如圖2.2。當(dāng)多種結(jié)晶物質(zhì)同時(shí)產(chǎn)生衍射時(shí)，其衍射花樣也是各種物質(zhì)自身衍射花樣的機(jī) 械疊加它們相互獨(dú)立，不會(huì)相互干涉。逐一比較就可以在重疊的衍射花樣中剝離出各自的衍射花樣，分析標(biāo)定后即可鑒別出各自物相。3、衍射儀的應(yīng)用 X射線衍射儀可在大氣中無損分析樣品，進(jìn)行物質(zhì)的定性分析、晶格常數(shù)確定和應(yīng)力測(cè)定等?？赏ㄟ^峰面積計(jì)算進(jìn)行定量分析，通過半高寬、峰形等進(jìn)行粒徑、結(jié)晶度、結(jié)構(gòu)解析等各種分析。 4、物相分析的程序 （1）一般程序 X 射線衍射測(cè)試；

12、X 射線衍射數(shù)據(jù)處理，計(jì)算面間距d 值和測(cè)定相對(duì)強(qiáng)度I/I1值(I1 為最強(qiáng)線的強(qiáng)度)；檢索PDF 卡片；最后判定。 （2）利用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行物相檢索 熟悉常用X 射線衍射分析軟件的操作界面；學(xué)會(huì)使用X 射線衍射分析軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的單物相定性分析。三、實(shí)驗(yàn)儀器 （一）多功能X射線衍射儀 1、型號(hào)：DX-27002、主要技術(shù)指標(biāo)：標(biāo)定功率：4kW 測(cè)角儀結(jié)構(gòu)：樣品水平 衍射圓半徑：185mm 角掃描范圍：s ：-1580、d：-580 測(cè)量范圍：-3160 掃描速度：0.006°96°/min連續(xù)設(shè)定 （二）探測(cè)器1、正比（PC）或閃爍（SC） 2、最大線性記數(shù)率：5×

13、;105CPS（帶有漏計(jì)數(shù)補(bǔ)償功能） 3、能量分辨率：25%（PC）、50%（SC） 4、計(jì)數(shù)方式：微分或是積分方式、自動(dòng)PHA、死時(shí)間校正 5.系統(tǒng)測(cè)量穩(wěn)定度：0.01% 6、散射線計(jì)量：1Sv/h(X射線防護(hù)罩外) （三）X射線管1、Cu、Fe、Co、Cr、Mo等；2、功率：2kW、2.4 kW 3、焦點(diǎn)尺寸：1×10mm2或是0.4×10mm2四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、試樣制備 衍射儀一般采用塊狀平面試樣，它可以是整塊的多晶體，亦可用粉末壓制。金屬樣可從大塊中切割出合適的大?。ɡ?0mmx 15mm），經(jīng)砂輪、砂紙磨平再進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕g而得。分析氧化層時(shí)表面一般不作處理，而化

14、學(xué)熱處理層的處理方法須視實(shí)際情況進(jìn)行（例如可用細(xì)砂紙輕磨去氧化皮）。粉末樣品應(yīng)有一定的粒度要求，這與德拜相機(jī)的要求基本相同（顆粒大小約在1 一10m）數(shù)量級(jí)。粉末過200 一325 目篩子即合乎要求），不過由于在衍射儀上攝照面積較大，故允許采用稍粗的顆粒。根據(jù)粉末的數(shù)量可壓在的深框或淺框中。壓制時(shí)一般不加粘結(jié)劑，所加壓力以使粉末樣品壓平為限，壓力過大可能導(dǎo)致顆粒的擇優(yōu)取向。當(dāng)粉末數(shù)量很少時(shí)，可在平玻璃片上抹上一層凡士林，再將粉末均勻撒上。2、測(cè)量衍射圖譜（1）開機(jī)前的準(zhǔn)備和檢查 將制備好的試樣插入衍射儀樣品臺(tái)，蓋上頂蓋關(guān)閉防護(hù)罩；開啟水龍頭，使冷卻水流通；X光管窗口應(yīng)關(guān)閉，管電流管電壓表指示應(yīng)

15、在最小位置；接通總電源，接通穩(wěn)壓電源。 （2）開機(jī)操作開啟衍射儀總電源，啟動(dòng)循環(huán)水泵；待數(shù)分鐘后，接通X光管電源。緩慢升高管電壓、管電流至需要值。打開計(jì)算機(jī)X射線衍射儀應(yīng)用軟件，設(shè)置合適的衍射條件及參數(shù)，開始樣品測(cè)試。工作電壓設(shè)定為3 5倍的靶材臨界激發(fā)電壓。選擇管電流時(shí)功率不能超過X射線管額定功率，較低的管電流可以延長(zhǎng)X射線管的壽命。X射線管經(jīng)常使用的負(fù)荷(管壓和管流的乘積)選為最大允許負(fù)荷的80左右。但是，當(dāng)管壓超過激發(fā)電壓5倍以上時(shí)，強(qiáng)度的增加率將下降。所以，在相同負(fù)荷下產(chǎn)生X射線時(shí)，在管壓約為激發(fā)電壓5倍以內(nèi)時(shí)要優(yōu)先考慮管壓，在更高的管壓下其負(fù)荷可用管流來調(diào)節(jié)。靶元素的原子序數(shù)越大，激

16、發(fā)電壓就越高。由于連續(xù)X射線的強(qiáng)度與管壓的平方呈正比，特征X射線與連續(xù)X射線的強(qiáng)度之比，隨著管壓的增加接（3）停機(jī)操作 測(cè)量完畢，緩慢降低管電流、管電壓至最小值，關(guān)閉X光管電源；取出試樣；15分鐘后關(guān)閉循環(huán)水泵,關(guān)閉水源；關(guān)閉衍射儀總電源、穩(wěn)壓電源及線路總電源。五、數(shù)據(jù)處理經(jīng)過與PDF標(biāo)準(zhǔn)衍射圖譜比較，可以確定里面含有Ti和CoTi這兩相。但可能含有其他相，只是含量很小，通過Xray衍射實(shí)驗(yàn)不能識(shí)別出。六、思考題1、X射線在晶體上產(chǎn)生衍射的條件是什么？ 答：由Bragg 公式 2dsin=n,可以知道，n最小取1，因而2d>=,也就是說滿足2d>=時(shí)，X射線在晶體上產(chǎn)生衍射。3、不

17、平行表面的晶面有無衍射產(chǎn)生？ 答：對(duì)于不平行于表面的晶面有衍射產(chǎn)生，只是不被接受器接受到，因而實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)不到。 實(shí)驗(yàn)三 XRF實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)使用x射線熒光光譜儀進(jìn)行定性半定量分析測(cè)定。二 實(shí)驗(yàn)原理X射線熒光光譜分析（XRF）是一種非破壞性的儀器分析方法，他是由X射線管發(fā)出的一次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(zhǎng)和強(qiáng)度對(duì)被測(cè)樣品中的元素進(jìn)行定性和定量分析，X射線熒光光譜法也被稱為X射線二次發(fā)射光譜 1、定性分析原理波長(zhǎng)色散X射線熒光光譜法的定性分析首先對(duì)樣品進(jìn)行激發(fā)，樣品受激

18、發(fā)后發(fā)射散色的X射線光譜進(jìn)入分光晶體，利用測(cè)角儀掃描進(jìn)行譜線分析辨別。探測(cè)器接收晶體衍射的波譜，記錄系統(tǒng)把順序出現(xiàn)的譜峰自動(dòng)記錄，然后進(jìn)行譜線驗(yàn)別確定組分元素，最后根據(jù)譜線強(qiáng)度等因子確認(rèn)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(yīng)用的過程中占有重要地位，他的主要特點(diǎn)是在對(duì)樣品成分不明的情況下，根據(jù)定性分析結(jié)果進(jìn)一步獲得樣品的各組分的含量，半定量分析是將定性分析得到的元素列表并將得到元素的凈化強(qiáng)度用FP（基本參數(shù)法）程序進(jìn)行半定量分析。三 、實(shí)驗(yàn)儀器及條件1、儀器：島津XRF-1800型射線熒光光譜儀；2、試劑：乙醇（分析純）、未知樣品。四 、實(shí)

19、驗(yàn)步驟1、未知樣品的準(zhǔn)備：200目的烘干樣，將約4克的樣品均勻的放在塑料環(huán)中，使用塑料環(huán)模具進(jìn)行壓片。2、使用島津X射線熒光光譜儀，進(jìn)行未知樣的定性半定量分析（1）在儀器上設(shè)置實(shí)驗(yàn)所需條件，選擇合適的條件，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)待用（2）將壓好的未知樣薄片放在樣品盒中，進(jìn)樣，計(jì)算熒光強(qiáng)度，根據(jù)選定的方法所設(shè)定的參數(shù)，在線選定的一起工作條件下，測(cè)定未知樣品的成分含量。五、數(shù)據(jù)記錄六、思考題1、X光管在使用過程中的損壞因素是什么？答：主要有：（1）燈絲燒斷（2） 靶材擊穿（3）管體內(nèi)真空遭破壞（4）燈絲加熱過程中逸出金屬霧，附著鈹窗，造成鈹窗通過率大幅度降低實(shí)驗(yàn)四 IR實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、掌握溴化鉀壓片

20、法制備固體樣品的方法； 2、學(xué)習(xí)并掌握美國(guó)尼高立IR-6700型紅外光譜儀的使用方法； 3、初步學(xué)會(huì)對(duì)紅外吸收光譜圖的解析。 二、實(shí)驗(yàn)原理 紅外光是一種波長(zhǎng)介于可見光區(qū)和微波區(qū)之間的電磁波譜。波長(zhǎng)在0.751000m。通常又把這個(gè)波段分成三個(gè)區(qū)域，即近紅外區(qū)：波長(zhǎng)在0.752.5m（波數(shù)在133004000cm-1），又稱泛頻區(qū)；中紅外區(qū)：波長(zhǎng)在2.550m（波數(shù)在4000200cm-1），又稱振動(dòng)區(qū)；遠(yuǎn)紅外區(qū)：波長(zhǎng)在501000m（波數(shù)在20010cm-1），又稱轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)。其中中紅外區(qū)是研究、應(yīng)用最多的區(qū)域。 紅外區(qū)的光譜除用波長(zhǎng)表征外，更常用波數(shù)表征。波數(shù)是波長(zhǎng)的倒數(shù)，表示單位厘米波長(zhǎng)內(nèi)所含

21、波的數(shù)目。其關(guān)系式為：作為紅外光譜的特點(diǎn)，首先是應(yīng)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(yīng)用還在于對(duì)物質(zhì)的化學(xué)組成進(jìn)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(jié)構(gòu)，依照特征吸收峰的強(qiáng)度來測(cè)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(cè)定，甚至對(duì)一些表面涂層和不溶、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(diǎn)、沸點(diǎn)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(cè)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(zhì)譜儀等）比較，構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便，價(jià)格便宜

22、，最常用于工業(yè)及實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)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(jié)構(gòu)化學(xué)、分析化學(xué)最常用和不可缺少的工具。 根據(jù)紅外光譜與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，譜圖中每一個(gè)特征吸收譜帶都對(duì)應(yīng)于某化合物的質(zhì)點(diǎn)或基團(tuán)振動(dòng)的形式。因此，特征吸收譜帶的數(shù)目、位置、形狀及強(qiáng)度取決于分子中各基團(tuán)（化學(xué)鍵）的振動(dòng)形式和所處的化學(xué)環(huán)境。只要掌握了各種基團(tuán)的振動(dòng)頻率（基團(tuán)頻率）及其位移規(guī)律，即可利用基團(tuán)振動(dòng)頻率與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，來確定吸收譜帶的歸屬，確定分子中所含的基團(tuán)或鍵，并進(jìn)而由其特征振動(dòng)頻率的位移、譜帶強(qiáng)度和形狀的改變，來推定分子結(jié)構(gòu)。 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

23、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(shí)驗(yàn)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(biāo)是波數(shù)（或波長(zhǎng)），縱坐標(biāo)是吸光度。三、實(shí)驗(yàn)儀器和試劑 1、實(shí)驗(yàn)儀器：美國(guó)尼高立IR-6700；2、試劑：溴化鉀，苯甲酸 。3、傅立葉紅外光譜儀(FTIR)四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、打開紅外光譜儀并穩(wěn)定大概5分鐘，同時(shí)進(jìn)入對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)工作站。 2、波數(shù)檢驗(yàn)：將聚乙烯薄膜插入紅外光譜儀的樣品池處，從4000-650cm-1進(jìn)行波數(shù)掃描，得到吸收光譜。然后將所得的譜圖與計(jì)算機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行匹配，分析得到最吻合的圖譜，即可判斷物質(zhì)結(jié)構(gòu)。3、測(cè)繪苯甲

24、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(xì)（顆粒約2m），使之混合均勻。取出約80mg混合物均勻鋪灑在干凈的壓模內(nèi)，于壓片機(jī)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(jìn)行波數(shù)掃描，得到吸收光譜。然后將所得的譜圖與計(jì)算機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行匹配。 4、 結(jié)束實(shí)驗(yàn)，關(guān)閉工作站和紅外光譜儀。 五、注意事項(xiàng) 1、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境應(yīng)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(shí)候要迅速以防止其吸收過多的水分，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果； 4、試樣放入儀器的時(shí)候動(dòng)作要迅速，

25、避免當(dāng)中的空氣流動(dòng)，影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。 5、溴化鉀壓片的過程中，粉末要在研缽中充分磨細(xì)，且于壓片機(jī)上制得的透明薄片厚度要適當(dāng)。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)七、思考題1、為什么要選用KBr作為來承載樣品的介質(zhì)？ 答：KBr為一種無色晶體，相對(duì)NaCl來講具有很好的延展性。而且KBr對(duì)紅外光吸收很小，因此可以測(cè)繪全波段光譜圖。2、紅外光譜法對(duì)試樣有什么要求？ 答：（1）試樣應(yīng)為“純物質(zhì)”（98%），通常在分析前，樣品需要純化，可以通過分餾、萃取、重結(jié)晶等分離和精制的方法； （2）試樣不含有水（水可產(chǎn)生紅外吸收且侵蝕吸收室的鹽窗； （3）試樣濃度或厚度應(yīng)適當(dāng)，使光譜圖中的大多數(shù)吸收峰投射在合適范圍內(nèi)。 實(shí)驗(yàn)五 DS

26、C熱分析實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.了解差熱分析儀的構(gòu)造，掌握差熱分析原理和實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)；2.學(xué)會(huì)定性解釋差熱譜圖；3.會(huì)用DTA圖確定物質(zhì)的反應(yīng)初始溫度。二、主要實(shí)驗(yàn)儀器 1、CRY-1P型差熱分析儀1套；2、計(jì)算機(jī)、鑷子、小勺、坩堝、CuSO45H2O 、-Al2O3。三、實(shí)驗(yàn)原理 1.差熱分析 差熱分析是測(cè)定物質(zhì)加熱（或冷卻）時(shí)伴隨物理化學(xué)變化所產(chǎn)生的熱效應(yīng)的一種方法。通過熱效應(yīng)的測(cè)定，可達(dá)到對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性、定量分析的目的。 許多物質(zhì)在受熱或冷卻過程中，當(dāng)達(dá)到某一溫度時(shí)，往往會(huì)發(fā)生熔化、凝固、晶型轉(zhuǎn)變、分解、化合、吸附、脫附等物理或化學(xué)變化，并伴隨有焓的改變，因而產(chǎn)生熱效應(yīng)。在化學(xué)反應(yīng)的過程中

27、以及物質(zhì)變化過程中，這些熱量的變化決定了物質(zhì)的反應(yīng)性和運(yùn)行過程的安全條件。還有一些物質(zhì)（如Al2O3、MgO、鎳等）在一定溫度范圍內(nèi)（如1000以下）不發(fā)生任何熱效應(yīng)，常被用來與被測(cè)物質(zhì)進(jìn)行比較，這類物質(zhì)稱為熱中性體（標(biāo)準(zhǔn)物或參比物）。差熱分析實(shí)驗(yàn)是把被測(cè)試樣和熱中性體置于相等的溫度條件下，通過一對(duì)差熱電偶和一只靈敏的檢流計(jì)來測(cè)定兩者的溫度差。將溫度差對(duì)溫度或時(shí)間作圖，即得到差熱曲線。差熱曲線的縱軸表示溫度差DT，橫軸表示溫度（T）或時(shí)間（t）。從差熱曲線可以獲得有關(guān)熱力學(xué)和熱動(dòng)力學(xué)方面的信息。結(jié)合其它測(cè)試手段，還有可能對(duì)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)或產(chǎn)生熱效應(yīng)的變化過程的機(jī)理進(jìn)行深入研究。 如果參比物和

28、被測(cè)試樣的熱容大致相同，而試樣又無熱效應(yīng)，兩者的溫度基本相同，兩者的溫差T=0，此時(shí)得到的是一條平滑的直線。圖1中的ab-de-gh段就表示這種狀態(tài)，該直線稱為基線。一旦試樣發(fā)生物理會(huì)化學(xué)變化并伴有熱效應(yīng)時(shí)，由于傳熱速率的限制，兩者的溫度就不一致，即有溫差T0，在差熱分析曲線上就會(huì)有峰出現(xiàn)，如bcd或efg即是。顯然，溫差出現(xiàn)的溫度以及溫差的大小與待測(cè)物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有關(guān)。熱效應(yīng)越大，峰的面積也就越大。峰頂向上的峰為放熱峰，它表示試樣的焓變小于零，其溫度將高于參比物。相反，峰頂向下的峰為吸熱峰，則表示試樣的溫度低于參比物。圖1如下所示。2、差熱分析儀 差熱分析儀的工作原理如圖2所示。主要由溫度控制系統(tǒng)和差熱信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)組成，輔之以氣氛和冷卻水通道，測(cè)量結(jié)果由記錄儀或計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理。（1）溫度控制系統(tǒng) 溫控系統(tǒng)由溫控板、可控硅加熱部件、控溫?zé)犭娕技凹訜釥t組成。計(jì)算機(jī)根據(jù)設(shè)定的程序溫度給出毫伏信號(hào)。當(dāng)控溫?zé)犭娕贾疅犭妱?shì)與該毫伏值有偏差時(shí)，說明爐溫偏離給定值，偏差信號(hào)經(jīng)可控硅加熱部件處理、調(diào)整加熱爐功率，使?fàn)t溫很好地跟蹤設(shè)定值，產(chǎn)生理想的溫度曲