浙江大學(xué)苯甲酸、正丁醇滿分實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、指導(dǎo)老師：蔣艷老師實(shí)驗(yàn)一紅外光譜分析實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私飧盗⑷~變換紅外光譜儀的基本構(gòu)造及工作原理學(xué)習(xí)紅外光譜測(cè)定的制樣方法學(xué)會(huì)用傅立葉變換紅外光譜儀進(jìn)行樣品測(cè)試二、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0.78300m。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0.782.5m（波數(shù)在128204000cm-l），又稱泛頻區(qū)；中紅外區(qū)：波長(zhǎng)在2.525m（波數(shù)在4000400cm-l），又稱基頻區(qū)；遠(yuǎn)紅外區(qū)：波長(zhǎng)在25300m（波數(shù)在40033cm-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。紅外及拉曼光譜都是分子振動(dòng)光譜。通過(guò)譜圖解析可以獲取分子

2、結(jié)構(gòu)的信息。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(lái)推斷未知物的結(jié)構(gòu)，依照特征吸收峰的強(qiáng)度來(lái)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(wú)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。因此，它已成

3、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。一、Fourier變換紅外光譜儀（FTIR）Fourier變換紅外光譜儀沒(méi)有色散元件，主要由光源（硅碳棒、高壓汞燈）、Michelson干涉儀、檢測(cè)器、計(jì)算機(jī)和記錄儀組成。核心部分為Michelson干涉儀，它將光源來(lái)的信號(hào)以干涉圖的形式送往計(jì)算機(jī)進(jìn)行Fourier變換的數(shù)學(xué)處理，最后將干涉圖還原成光譜圖。它與色散型紅外光度計(jì)的主要區(qū)別在于干涉儀和電子計(jì)算機(jī)兩部分。這種新技術(shù)具有很高的分辨率、波數(shù)精度高、掃描速度極快（1秒內(nèi)可完成）、光譜范圍寬、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。Fourier變換紅外光譜儀工作原理:工作原理：光源發(fā)出的紅外輻射，經(jīng)干涉儀轉(zhuǎn)變成干涉

4、圖，通過(guò)試樣后得到含試樣信息的干涉圖，由電子計(jì)算機(jī)采集，并經(jīng)過(guò)快速傅立葉變換，得到吸收強(qiáng)度或透光度隨頻率或波數(shù)變化的紅外光譜圖。干涉圖從數(shù)學(xué)觀點(diǎn)講，就是傅立葉變換，計(jì)算機(jī)的任務(wù)是進(jìn)行傅立葉逆變換。Michelson干涉儀工作原理:動(dòng)鏡反射光1允程尤為X整數(shù)倍+相長(zhǎng)干渉*分?jǐn)?shù)俗,相消丁涉：動(dòng)鏡連續(xù)移動(dòng)，獲得干涉亂探訓(xùn)器儀器的核心部分是Michelson干涉儀，如圖：Ml和M2為兩塊平面鏡，它們直互垂直直放置，固定不動(dòng)，則可沿圖示方向作微小的移動(dòng)，稱為動(dòng)鏡。在和之間放置一呈45度角的半透膜光束分裂器BS（beam-splitters），可使50%的入射光透過(guò)，其余部分被反射。當(dāng)光源發(fā)出的入射光進(jìn)入

5、干涉儀后就被光束分裂器分成兩束光透射光1和反射光2，其中透射光1穿過(guò)BS被動(dòng)鏡反射，沿原路回到BS并被反射到達(dá)探測(cè)器D,反射光2則由固定鏡沿原路反射回來(lái)通過(guò)BS到達(dá)D。這樣，在探測(cè)器D上所得到的1光和2光是相干光。1光和2光的光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，為相長(zhǎng)干涉；分?jǐn)?shù)倍時(shí)為相消干涉，動(dòng)鏡連繼轉(zhuǎn)動(dòng)獲得干涉圖。（1）由于分子吸收了紅外線的能量，導(dǎo)致分子內(nèi)振動(dòng)能級(jí)的躍遷，從而產(chǎn)生相應(yīng)的吸收信號(hào)紅外光譜（InfraredSPectroscoPy，簡(jiǎn)記IR）。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

6、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(lái)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(lái)推定分子結(jié)構(gòu)。三、實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)材料：試劑：正丁醇、溴化鉀、苯甲酸、乙醇(NicoletIS10傅立葉紅外光譜儀1臺(tái)壓片機(jī)等實(shí)驗(yàn)工具。四、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)、制樣的方法液膜法樣品的沸點(diǎn)高于iooc可采用液膜法測(cè)定。這種方法較簡(jiǎn)單，只要在兩個(gè)鹽片之間滴加12滴正丁醇，使之形成一層薄的液膜。樣品制好后，用夾具輕輕夾住進(jìn)行測(cè)定。沸點(diǎn)較高的試樣，直接滴在兩片鹽片之間，

7、形成液膜。壓片法將少許試樣與適量純KBr研細(xì)均勻，置于研缽中，在壓片機(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。此法非常簡(jiǎn)便，樣品片也可長(zhǎng)期保存。樣品測(cè)試將制好的樣品用夾具夾好，放入儀器內(nèi)的固定支架上進(jìn)行測(cè)定，樣品測(cè)定前要先行測(cè)定本底；測(cè)試操作和譜圖處理按工作站操作說(shuō)明書進(jìn)行，主要包括輸入樣品編號(hào)、測(cè)量、基線校正、譜峰標(biāo)定、譜圖打印等幾個(gè)命令。測(cè)量結(jié)束后，用無(wú)水乙醇將研缽，壓片器具洗干凈，烘干后，存放于干燥器中。譜圖解析待測(cè)樣品及鹽片均需充分干燥處理。(2)為了防潮，宜在紅外干燥燈下操作。(3)測(cè)試完畢，應(yīng)及時(shí)用丙酮擦洗樣。干燥后，置入干燥

8、器中備用。注意事項(xiàng):在實(shí)驗(yàn)研磨過(guò)程中,速度要快,防止樣品吸收空氣中的水分在紅外燈下操作時(shí)，用乙醇清洗鹽片，不要離燈太近，否則，移開紅外燈時(shí)溫差太大，鹽片會(huì)碎裂；在做液膜法時(shí),不能加太多正丁醇,否則會(huì)造成液膜過(guò)厚,檢測(cè)時(shí)出現(xiàn)圓頭峰;在將鹽片放在樣品架上時(shí),不能用力擰螺絲,否則會(huì)造成鹽片破裂;(3)譜圖處理時(shí)，平滑參數(shù)不要選擇太高，否則會(huì)影響譜圖的分辨率。五、數(shù)據(jù)處理(譜圖見附表)從圖1上可以看出：在1683.06cm-1左右有一強(qiáng)(s)吸收峰，可以判斷羰基(伸縮)；在1583cm-1m左右較強(qiáng)吸收，1602cm-1左右的稍強(qiáng)，且在1454cm-1和1424cm-1左右有兩峰，可以判斷，是苯環(huán)；在

9、與取代苯在20001650cm-1區(qū)的吸收面貌，可以判斷出是單取代；最后，由標(biāo)準(zhǔn)圖與實(shí)驗(yàn)圖在32003400cm-1的吸收(上方為標(biāo)準(zhǔn)紅外吸收線)可以判斷是有機(jī)酸。與標(biāo)準(zhǔn)苯甲酸圖譜對(duì)比，確認(rèn)是苯甲酸，各峰歸屬正確。在圖譜2中，可以看到在3333.19(3200340cm-1區(qū)域有強(qiáng)吸收，一OH的伸縮振動(dòng)(正丁醇的-OH為比較寬的峰)；在28702970cm-1區(qū)有s吸收，可以判斷可能有一CH3，CH2，同時(shí)在13801370cm-1區(qū)可以清楚的看到s吸收，這是CH3的特征吸收；在1450cm-1左右有m吸收，在大部分有機(jī)物中都會(huì)存在的。與標(biāo)準(zhǔn)正丁醇圖譜對(duì)比，確認(rèn)是正丁醇，各峰歸屬正確。六思考題

10、或作業(yè)(1)用壓片法制樣時(shí)，為什么要求研磨到顆粒度在2“m左右？大于或小于2um有無(wú)影響？為什么？因?yàn)轭w粒度不高的話，壓出來(lái)的片透光性差。對(duì)于KBr,如果研磨不細(xì)致,打空白樣的時(shí)候容易出問(wèn)題。如果是KBr和樣品混合，研磨不細(xì)致的話，KBr和被測(cè)物混合時(shí)混合不均勻，所以檢測(cè)的時(shí)候容易產(chǎn)生偏差。小于2um無(wú)影響，大于會(huì)有比較大的偏差。根據(jù)朗伯-比爾定律，液膜厚度影響樣品的光譜吸收強(qiáng)度，如何調(diào)節(jié)液膜厚度，以使紅外光譜不失真？1將兩邊的螺絲調(diào)平衡，以免造成液膜厚度不均勻的情況。2在滴液體時(shí)，不能太多，防止液體量太多，液膜過(guò)厚，出現(xiàn)圓頭或平頭峰，在此試驗(yàn)中去20uL就已足夠。（3）傅立葉變化紅外光譜儀和普通色散型紅外分光光度計(jì)的主要區(qū)別是什么？前者具有哪些優(yōu)點(diǎn)？傅里葉紅外光譜儀一般來(lái)說(shuō)構(gòu)造比較復(fù)雜，價(jià)格也稍微昂貴一些。傅里葉近紅外光譜儀的單色器結(jié)構(gòu)主要是邁克爾遜干涉儀，這類型的單色器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，精度也比較高，同時(shí)在進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)處理的時(shí)候也充分運(yùn)用傅里葉變換和反傅里葉變換。因此，這類型的儀器相對(duì)于分光光度計(jì)類的近紅外精度高。普通的色散型紅外分光光度計(jì)的單色器一般都是用光柵進(jìn)行掃描分光，這部分的結(jié)構(gòu)就比邁克爾遜干涉儀簡(jiǎn)單一些了，因此單色器結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單一些。在光譜數(shù)據(jù)處理方面主要運(yùn)用求導(dǎo)、平滑、中心化、