現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)-紅外光譜儀

紅外光譜儀概念紅外光譜儀分類紅外光譜儀的理論、原理紅外光譜儀的特點(diǎn)紅外光譜儀操作方法紅外光譜儀功能與應(yīng)用紅外光譜儀概念紅外光譜儀：利用物質(zhì)對(duì)不同波長的紅外輻射的吸收特性，進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成分析的儀器。紅外光譜儀通常由光源，單色器，探測(cè)器和計(jì)算機(jī)處理信息系統(tǒng)組成。根據(jù)分光裝置的不同，分為色散型和型。對(duì)色散型雙光路光學(xué)零位平衡紅外分光光度計(jì)而言，當(dāng)樣品吸收了一定頻率的紅外輻射后，分子的振動(dòng)能級(jí)發(fā)生躍遷，透過的光束中相應(yīng)頻率的光被減弱，造成參比光路與樣品光路相應(yīng)輻射的強(qiáng)度差，從而得到所測(cè)樣品的紅外光譜。紅外光譜儀分類紅外光譜儀一般分為兩類，一種是光柵掃描的，很少使用；另一種是遜儀掃描的，稱為變換紅外光譜，這是目前最廣泛使用的。下面主要介紹變換紅外光譜儀紅外光譜儀分類光柵掃描的紅外光譜儀利用分光鏡將檢測(cè)光(紅外光)分成兩束，一束作為參考光，一束作為探測(cè)光照射樣品，再利用光柵和單色儀將紅外光的波長分開，掃描并檢測(cè)逐個(gè)波長的強(qiáng)度，最后整一張譜圖。紅外光譜儀分類變換紅外光譜利用

遜

儀將檢測(cè)光(紅外光)分成兩束，在動(dòng)鏡和定鏡上反射回分束器上，這兩束光是寬帶的

相干光，會(huì)發(fā)生 。相干的紅外光照射到樣品上，

經(jīng)檢測(cè)器

，獲得含有樣品信息的紅外

圖數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行

變換后，得到樣品的紅外光譜圖。

變換紅外光譜具有掃描速率快，分

辨率高，穩(wěn)定的可重復(fù)性等特點(diǎn)，被廣泛使用。紅外光譜儀的理論、原理理論電磁光譜的紅外部分根據(jù)其同可見光譜的關(guān)系，可分為近紅外光、中紅外光和遠(yuǎn)紅外光。遠(yuǎn)紅外光（大約400-10

cm-1）同微波毗鄰，能量低，可以用于旋轉(zhuǎn)光譜學(xué)。中紅外光（大約4000-400

cm-1）可以用來研究基礎(chǔ)

和相關(guān)的旋轉(zhuǎn)-

結(jié)構(gòu)。更高能量的近紅外光（14000-4000

cm-1）可以激發(fā)泛音和諧波 。紅外光譜法的工作原理是由于

能級(jí)不同，化學(xué)鍵具有不同的頻率。紅外光譜儀的理論、原理理論頻率或者振動(dòng)頻率取決于分子等勢(shì)面的形狀、原子質(zhì)量、和最終的相關(guān)振動(dòng)耦合。為使分子的振動(dòng)

模式在紅外活躍，必須存在

雙極子的改變。具體

的，在

-

和諧振子近似中，例如，當(dāng)對(duì)應(yīng)于電子基態(tài)的分子哈密頓量能被分子幾何結(jié)構(gòu)的平衡

態(tài)附近的諧振子近似時(shí)，分子電子能量基態(tài)的勢(shì)面決

定的固有振蕩模，決定了

頻率。紅外光譜儀的理論、原理理論然而，頻率經(jīng)過一次近似后同鍵的強(qiáng)度和鍵兩頭的原子質(zhì)量聯(lián)系起來。這樣，振動(dòng)頻率可以和特定的鍵型聯(lián)系起來。簡單的雙原子分子只有一種鍵，那就是伸縮。更復(fù)雜的分子可能會(huì)有許多鍵，并且振動(dòng)可能會(huì)共軛出現(xiàn)，導(dǎo)致某種特征頻率的紅外吸收可以和化學(xué)組聯(lián)系起來。常在有機(jī)化合物中發(fā)現(xiàn)的CH2組，可以以“對(duì)稱和非對(duì)稱伸縮”、“剪刀式擺動(dòng)”、“左右搖擺”、“上下?lián)u擺”和“扭擺”六種方式振

動(dòng)。紅外光譜儀的理論、原理基本原理光源發(fā)出的光被分束器（類似半透半反鏡）分為兩束，一束經(jīng)透射到達(dá)動(dòng)鏡，另一束經(jīng)反射到達(dá)定鏡。兩

束光分別經(jīng)定鏡和動(dòng)鏡反射再回到分束器，動(dòng)鏡以一恒

定速度作直線運(yùn)動(dòng)，因而經(jīng)分束器分束后的兩束光形成

光程差，產(chǎn)生

。

光在分束器會(huì)合后通過樣品池，通過樣品后含有樣品信息的

光到達(dá)檢測(cè)器，然后通

過

變換對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，最終得到透過率或吸光

度隨波數(shù)或波長的紅外吸收光譜圖。紅外光譜儀的理論、原理圖1

色散型紅外光譜儀原理圖紅外光譜儀的理論、原理遜儀和圖紅外光譜儀的理論、原理紅外光譜儀的理論、原理紅外光譜儀的理論、原理變換紅外光譜儀的排列和工作示意圖紅外光譜儀的特點(diǎn)

只需三個(gè)分束器即可覆蓋從紫外到遠(yuǎn)紅外的區(qū)段；專利 儀，連續(xù)動(dòng)態(tài)調(diào)整，穩(wěn)定性極高；可實(shí)現(xiàn)LC/FTIR、TGA/FTIR、GC/FTIR等技術(shù)聯(lián)用；智能附件即插即用，自動(dòng)識(shí)別，儀器參數(shù)自動(dòng)調(diào)整；光學(xué)臺(tái) 設(shè)計(jì)，主部件對(duì)針定位，無需調(diào)整。變換紅外光譜儀的特點(diǎn)信噪比高變換紅外光譜儀所用的光學(xué)元件少，沒有光柵或棱鏡分光器，降低了光的損耗，而且通過進(jìn)一步增加了光的信號(hào)，因此到達(dá)檢測(cè)器的輻射強(qiáng)度大，信噪比高。變換紅外光譜儀的特點(diǎn)重現(xiàn)性好變換紅外光譜儀采用的

變換對(duì)光的信號(hào)進(jìn)行處理，避免了電機(jī)驅(qū)動(dòng)光柵分光時(shí)帶來的誤差，所以重現(xiàn)性比較好。變換紅外光譜儀的特點(diǎn)掃描速度快變換紅外光譜儀是按照全波段進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的，得到的光譜是對(duì)多次而且完成一次完整的求平均后的結(jié)果，只需要一至數(shù)秒，而色散型儀器則需要在任一瞬間只測(cè)試很窄的頻率范圍，一次完整的 需要十分鐘至二十分鐘。紅外光譜儀操作方法開，關(guān)機(jī)開機(jī)：提前打開主機(jī)，使主機(jī)預(yù)熱 （開關(guān)位于背后），啟動(dòng)計(jì)算機(jī)（先開顯示器，接著開主機(jī)，最后開 ）。鼠標(biāo)指定操作

圖形符號(hào)，雙擊啟動(dòng)，進(jìn)入操作信息窗口。關(guān)機(jī)：保存信息，點(diǎn)擊關(guān)閉操作

，關(guān)閉計(jì)算機(jī)，按主機(jī)電源鍵關(guān)閉主機(jī)，接著關(guān)閉顯示器，

。紅外光譜儀操作方法紅外樣品的液體樣品：以試樣易溶

，制成1-10%濃度的溶液，注入適宜厚度的液體池中測(cè)定。常用溶劑有二氯乙烷、四氯化碳、三氯甲烷、二硫化碳、己烷及環(huán)己烷等。注：不可用水做試樣溶劑。使用完后，用相應(yīng)溶劑立即將液體池

干凈。固體樣品：取樣品1-1.5mg與KBr200-300mg（樣品與KBr的比約為1:200）于瑪瑙研缽中研磨成混合均勻如面粉狀的粉末，用小藥匙轉(zhuǎn)入制片模具中于油壓機(jī)16-18MP壓力下保持5分鐘，撤去壓力后取處制成的供試片，目視檢測(cè)，片子應(yīng)呈透明狀，然后裝入樣品架待測(cè)。紅外光譜儀操作方法測(cè)試光譜設(shè)定掃描參數(shù)：選定主菜單scan項(xiàng)中scan進(jìn)入掃描界面。在該界面中定義掃描參數(shù)。準(zhǔn)直（Align）和校驗(yàn)（Calibrating）光譜儀：在上述界面中點(diǎn)擊Setup進(jìn)行校驗(yàn)，完畢后點(diǎn)擊Align進(jìn)行準(zhǔn)直，完畢點(diǎn)擊OK。背景光掃描：在上述界面點(diǎn)擊Background,進(jìn)行背景掃描，建議每個(gè)樣品均先掃描背景。樣品光譜掃描：在上述界面點(diǎn)擊Scan,進(jìn)行樣品掃描。光譜編輯：選定主菜單Peaks中的peak

pick進(jìn)行標(biāo)峰。光譜保存：選定主菜單Files中的Save,進(jìn)行保存。打印圖譜：選定主菜單Files中的Print,進(jìn)行打印。紅外光譜儀操作方法紅外光譜儀操作注意事項(xiàng)保持室內(nèi)清潔，干燥不要做與紅外無關(guān)的操作不得自帶U盤進(jìn)行拷貝不得隨意改變參數(shù)操作過程用力不能過猛使用的紅外樣品 組件立即以甲醇或乙醇洗干凈，烘干，放入干燥器中紅外光譜儀操作方法紅外光譜儀使用注意事項(xiàng)測(cè)定時(shí)

的溫度應(yīng)在15～30℃，相對(duì)濕度應(yīng)在65%以下，所用電源應(yīng)配備有穩(wěn)壓裝置和接地線。因要嚴(yán)格控制室內(nèi)的相對(duì)濕度，因此紅外

的面積不要太大，能放得下必須的儀器設(shè)備即可，但室內(nèi)一定要有除濕裝置。如所用的是單光朿型

紅外分光光度計(jì)(目前應(yīng)用最多)，

里的CO2含量不能太高，因此實(shí)驗(yàn)室里的人數(shù)應(yīng)盡量少，無關(guān)

最好不要進(jìn)入，還要注意適當(dāng)通風(fēng)換氣。紅外光譜儀操作方法紅外光譜儀使用注意事項(xiàng)如供試品為鹽酸鹽，因考慮到在壓片過程中可能出現(xiàn)的離子交換現(xiàn)象，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用氯化鉀(也同溴化鉀一樣預(yù)處理后使用)代替溴化鉀進(jìn)行壓片，但也可比較氯化鉀壓片和溴化鉀壓片后測(cè)得的光譜，如二者沒有區(qū)別，則可使用溴化鉀進(jìn)行壓片。為防止儀器受潮而影響使用

，紅外

應(yīng)經(jīng)常保持干燥，即使儀器不用，也應(yīng)每周開機(jī)至少兩次，每次半天，同時(shí)節(jié)，最好是能每天濕機(jī)除濕。特別是霉雨季濕機(jī)。紅外光譜儀操作方法紅外光譜儀使用注意事項(xiàng)紅外光譜測(cè)定最常用的試樣

方法是溴化鉀(KBr)壓片法(藥典收載品種90%以上用此法)，因此為減少對(duì)測(cè)定的影響，所用KBr最好應(yīng)為光學(xué)試劑級(jí)，至少也要分析純級(jí)。使用前應(yīng)適當(dāng)研細(xì)(200目以下)，并在120℃以上烘4小時(shí)以上后置干燥器中備用。如發(fā)現(xiàn)結(jié)塊，則應(yīng)重新干燥。

好的空KBr片應(yīng)透明，與空氣相比，透光率應(yīng)在75%以上。紅外光譜儀操作方法紅外光譜儀使用注意事項(xiàng)壓片法時(shí)取用的供試品量一般為1～2mg，因不可能用天平稱量后加入，并且每種樣品的對(duì)紅外光的吸收程度不一致，故常憑經(jīng)驗(yàn)取用。一般要求所沒得的光譜圖中絕大多數(shù)吸收峰處于10%～80%透光率范圍在內(nèi)。最強(qiáng)吸收峰的透光率如太大(如大于30%)，則說明取樣量太少；相反，如最強(qiáng)吸收峰為接近透光率為0%，且為平頭峰，則說明取樣量太多，此時(shí)均應(yīng)調(diào)整取樣量后重新測(cè)定。紅外光譜儀操作方法紅外光譜儀使用注意事項(xiàng)測(cè)定用樣品應(yīng)干燥，否則應(yīng)在研細(xì)后置紅外燈下烘幾分鐘使干燥。試樣研好并具在模具中裝好后，應(yīng)與真空泵相連后抽真空至少2分鐘，以使試樣中的水分進(jìn)一步被抽走，然后再加壓到0.8～1GPa(8～10T/cm2)后維持2～5min。不抽真空將影響片子的。壓片時(shí)KBr的取用量一般為200mg左右(也是憑經(jīng)驗(yàn))，應(yīng)根據(jù)制片后的片子厚度來控制KBr的量，一般片子厚度應(yīng)在0.5mm以下，厚度大于0.5mm時(shí)，?？稍诠庾V上觀察到

條紋，對(duì)供試品光譜產(chǎn)生干擾。紅外光譜儀操作方法紅外光譜儀使用注意事項(xiàng)壓片時(shí)，應(yīng)先取供試品研細(xì)后再加入KBr再次研細(xì)研勻，這樣比較容易混勻。研磨所用的應(yīng)為瑪瑙研缽，因玻璃研缽內(nèi)表面比較粗糙，易粘附樣品。研磨時(shí)應(yīng)按同一方向(順時(shí)針或逆時(shí)針)均勻用力，如不按同一方向研磨，有可能在研磨過程中使供試品產(chǎn)生轉(zhuǎn)晶，從而影響測(cè)定結(jié)果。研磨力度不用太大，研磨到試樣中不再有肉眼可見的小粒子即可。試樣研好后，應(yīng)通過一小的漏斗倒入到壓片模具中(因模具口較小，直接倒入較難)，并盡量把試樣鋪均勻，否則壓片后試樣少的地方的

要比試樣多的地方的低，并因此對(duì)測(cè)定產(chǎn)生影響。另外，如壓好的片子上出現(xiàn)不透明的小白點(diǎn)，則說明研好的試樣中有未研細(xì)的小粒子，應(yīng)重新壓片。紅外光譜儀操作方法紅外光譜儀使用注意事項(xiàng)壓片用模具用后應(yīng)立即把各部分擦干凈，必要時(shí)用水

干凈并擦干，置干燥器中保存，以兔銹蝕。紅外光譜儀功能與應(yīng)用功能紅外光譜可以研究分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，如力常數(shù)的測(cè)定和分子對(duì)稱性等，利用紅外光譜方法可測(cè)定分子的鍵長和鍵角，并由此推測(cè)分子的構(gòu)型。根據(jù)所得的力常數(shù)可推知化學(xué)鍵的強(qiáng)弱，由簡正頻率計(jì)算熱力學(xué)函數(shù)等。分子中的某些基團(tuán)或化學(xué)鍵在不同化合物中所對(duì)應(yīng)的譜帶波數(shù)基本上是固定的或只在小波段范圍內(nèi)變化，因此許多有機(jī)官能團(tuán)例如甲基、亞甲基、羰基，基，羥基，胺基等等在紅外光譜中都有特征吸收，通過紅外光譜測(cè)定，人們就可以判定未知樣品中存在哪些有機(jī)官能團(tuán)，這為最終確