常規(guī)樣品的紅外光譜分析

1、常規(guī)樣品的紅外光譜分析PB07206298龔智良實(shí)驗(yàn)?zāi)康某醪秸莆諆煞N基本樣品制備技術(shù)及傅立葉變換光譜儀器的簡單操作；通過圖譜解析及標(biāo)準(zhǔn)譜圖的檢索，了解由紅外光譜鑒定未知物的一般過程。實(shí)驗(yàn)原理紅外光譜：紅外光譜是分子的振動轉(zhuǎn)動光譜，也是一種分子吸收光譜。當(dāng)樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時(shí)，分子吸收了某些頻率的輻射，并由其振動或轉(zhuǎn)動引起的偶極矩的凈變化，產(chǎn)生分子振動和轉(zhuǎn)動能級從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，使相應(yīng)于這些區(qū)域的光透射強(qiáng)度減弱。記錄紅外光的百分透射比或波長關(guān)系曲線，就得到紅外光譜。從分子的特征吸收可以鑒定化合物和分子結(jié)構(gòu)，進(jìn)行定性和定量分析。紅外光譜尤其在物質(zhì)定性分析中應(yīng)用廣泛，它操作簡便，分

2、析速度快，樣品用量少且不破壞樣品，能提供豐富的結(jié)構(gòu)信息，因此紅外光譜法往往是物質(zhì)定性分析中優(yōu)先考慮的手段。能產(chǎn)生紅外吸收的分子為紅外活性分子，女口co分子；不能產(chǎn)生紅外吸收的分子為非紅外活性分子，如0分子。中紅外區(qū)為基本振動區(qū)：4000-400cm-i研究應(yīng)用最多。紅外吸收的波數(shù)與相應(yīng)振動的力常數(shù)關(guān)系密切。雙原子分子的基本頻率計(jì)算公式為_1=2其中為約化質(zhì)量mmm+m對于多原子分子，其振動可以分解為許多簡單的基本振動，即簡正振動。一般將振動形式分為兩類：伸縮振動和變形振動。各種振動都具有各自的特征吸收。儀器結(jié)構(gòu)和測試技術(shù)Fourier變換紅外光譜儀（FTIR儀）：能夠同時(shí)測定所有頻率的信息，得

3、到光強(qiáng)隨時(shí)間變化的譜圖，稱時(shí)域圖，這樣可以大大縮短掃描時(shí)間。由于不采用傳統(tǒng)的色散元件，其分辨率和波數(shù)精度都較好。傅立葉變換紅外譜儀主要由光源（硅碳棒、高壓汞燈）、Michellson干涉儀、檢測器、計(jì)算機(jī)和記錄儀組成。測試樣品時(shí)，由于樣品對某些頻率的紅外光吸收，從而得到不同樣品的干涉圖。紅外光是復(fù)合光，檢測器接收到的信號是所有頻率的干涉圖的加合。對試樣的要求：試樣應(yīng)該為純物質(zhì)，純度大于98%，以便于和純化合物進(jìn)行比較；樣品中不能含游離水；試樣的濃度和測試厚度應(yīng)選擇適當(dāng)，以使大多數(shù)吸收峰的透射比處于10%-80%。制樣方法：對于液體樣品有液膜法、液體吸收池法；對于固體樣品有壓片法、糊狀法；對于特

4、殊的樣品還有薄膜法（包括熔融法和熱壓成膜法、溶液制膜法）；對于氣態(tài)樣品一般都灌注于氣體池中進(jìn)行測試。除了常規(guī)的測試技術(shù)外，紅外光譜測試還有衰減全發(fā)射和偏振紅外光譜等特殊的測試技術(shù)。實(shí)驗(yàn)步驟、現(xiàn)象及討論固體樣品制備：使用KBr壓片法。用一個瑪瑙研缽將少量KBr晶體充分研磨后加入其量5%左右的待測固體樣品，混合研磨直至均勻，并使其顆粒大小比所檢測的光波長更?。s2pm以下）。在一個具有拋光面的金屬模具上方一個圓形紙環(huán)，用刮勺將研磨好的粉末移至環(huán)中，蓋上另一塊模具，放入油壓機(jī)中進(jìn)行壓片。KBr壓片形成后，用夾具固定測試。注意樣品制備過程中一定要將粉末研得足夠細(xì)，判斷的標(biāo)準(zhǔn)是粉末粘在研缽壁上比較緊。整

5、個操作過程在紅外燈下進(jìn)行，這樣可以減少樣品制備過程中吸水的量。在制備固體樣品之前，要用酒精棉球把刮勺、研缽、研杵擦干凈。液體樣品的制備：取一對NaCI窗片，用刮勺沾一滴未知液體在一塊窗片上，然后用另外一塊窗片覆蓋在上面，形成一個沒有氣泡的毛細(xì)厚度薄膜，用夾具固定，即可放入一起光路中進(jìn)行測試。此法適用于高沸點(diǎn)的液體樣品。注意制樣過程中同樣要用酒精棉球把窗片擦干凈。取用液體的量不宜多，一小滴足夠。液體太多形成的液膜較厚，而且容易在測試過程中滴出污染儀器。若液體粘性很大，也可以只用一個窗片。儀器測試：將樣品固定好后蓋上樣品室蓋，然后按進(jìn)入測試對話框f背景測試f樣品測試f標(biāo)峰值f打印圖譜f取出樣品室中

6、樣品的流程進(jìn)行測試。固體樣品圖譜分析：所測定的固體樣品分子式為CHNO,通過網(wǎng)上數(shù)據(jù)庫的搜索發(fā)現(xiàn)所得到的圖譜與丙烯酰胺的圖譜一致。認(rèn)真分析之后確定它確實(shí)為丙烯酰胺。表1列出了主要特征峰的歸屬。表格1：固體樣品紅外光譜圖的特征峰歸屬波數(shù)/cm3355.743190.172813.241672.791614.261429.01的歸屬。表格2：液體樣品紅外光譜圖的特征峰歸屬波數(shù)/cm2960.731731.411458.18和1384.651286.141122.11和1073.82歸屬苯環(huán)氫羰基末端乙基=C-O-O-C-得到的兩張譜圖在3600-4000波數(shù)之間存在和明顯的背景雜峰，這主要是游離水

7、的特征峰。在樣品制備過程中，不可避免的要代入一些水分，但是這些水分又不足以形成一個凝聚態(tài)，所以存在游離水的雜峰。思考題為什么測試紅外光譜選用KBr、NaCI制樣？有何優(yōu)缺點(diǎn)？答：KBr在400040波數(shù)整個中紅外區(qū)都沒有特征吸收，因此選用KBr制樣可以很大程度上避免背景干擾而得到所測樣品真實(shí)的紅外譜圖。NaCI在4000-600波數(shù)這個范圍內(nèi)沒有特征吸收，這個波段是常用的分析有機(jī)物官能團(tuán)和結(jié)構(gòu)的波段，因此用NaCI制樣可以得到4000-600波數(shù)范圍內(nèi)背景很小的譜圖，有利于分析。NaCI和KBr的首要缺點(diǎn)在于容易受到腐蝕，尤其是分析強(qiáng)極性物質(zhì)如酸、醇、胺等類物質(zhì)時(shí)容易受到腐蝕而造成透明度下降而

8、背景增強(qiáng)等后果。其次，分析無機(jī)物時(shí)常常需要用到600-400波數(shù)的數(shù)據(jù)，這時(shí)使用NaCI制樣就不合適了。用FTI儀測試樣品為什么要先測試背景？答：先測試背景是為了在測試樣品得到的數(shù)據(jù)中扣除背景。樣品室中的物質(zhì)如二氧化碳、水、殘留的前面測試的樣品蒸汽等對紅外光有吸收，還有即使沒有任何吸收儀器本身也會產(chǎn)生一些背景。這些背景都會干擾數(shù)據(jù)的分析，因此要先測試背景然后在樣品測試過程中扣除背景。如何用紅外光譜鑒定飽和烴、不飽和烴和芳香烴的存在？答：飽和烴的紅外光譜很簡單，在12004000m內(nèi)只有2900cm附近有CH振動吸收，若遇到這樣的譜圖，基本可以斷定是飽和烴。不飽和烴含有3000cm以上的特征吸收

9、峰，根據(jù)化合物的分子式，若分子為碳?xì)浠衔锒哂幸粋€及以上的飽和度，那么基本可以斷定為不飽和烴。芳香烴在3000310cm內(nèi)有特征吸收，并并且同時(shí)在900600m有苯環(huán)的面外彎曲振動，根據(jù)面外彎曲振動的形式可以判定是否為芳香烴以及是什么取代形式的芳香烴。醇類、羧酸和酯類的紅外光譜有何區(qū)別？答：醇類和羧酸具有活潑氫。在凝聚態(tài)下，由于氫鍵的作用，醇類的活潑氫一般在3300100cm附近有一個很大的吸收峰；而羧酸則在2900400cm附近有一個較大的吸收峰，羧酸還有其特征的酸羰基吸收峰在1650-1700cm之間。游離態(tài)下醇在35803650m有較強(qiáng)而尖銳的吸收峰，而酸在352525cm有強(qiáng)而尖銳的吸收峰。酯類沒有活潑氫。醇在1001200m有碳氧單鍵特征吸收，羧酸的碳氧單鍵吸收在13501180m，而酯類的碳氧