拉曼光譜法定量分析無機(jī)鹽濃度

實(shí)驗(yàn)二拉曼光譜法定量分析無機(jī)鹽濃度實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解拉曼光譜的基本原理，掌握顯微共焦激光拉曼光譜儀的使用方法2、用拉曼光譜儀定量分析無機(jī)鹽濃度。實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)用波長比試樣粒徑小得多的頻率為U的單色光照射氣體、液體或透明試樣時，大部分的光會按原來的方向透射，而一小部分則按不同的角度散射開來，產(chǎn)生散射光。散射光中除了存在入射光頻率u夕卜，還觀察到頻率為u土Au的新成分，這種頻率發(fā)生改變的現(xiàn)象就被稱為拉曼效應(yīng)。u即為瑞利散射，頻率u+Au稱為拉曼散射的斯托克斯線，頻率為u-Au的稱為反斯托克斯線。Au通常稱為拉曼頻移，多用散射光波長的倒數(shù)表示，計(jì)算公式為11Av二-——九九0式中，入和入分別為散射光和入射光的波長。Au的單位為cm-i。0由于拉曼譜線的數(shù)目、頻移、強(qiáng)度直接與分子振動或轉(zhuǎn)動能級有關(guān)。因此，研究拉曼光譜可以提供物質(zhì)結(jié)構(gòu)的有關(guān)信息。自從激光問世以來，拉曼光譜的研究取得了長足進(jìn)展，已廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、生物以及生命科學(xué)等研究領(lǐng)域。拉曼的信號響應(yīng)強(qiáng)度并不與溶液濃度成正比，因此我們不能通過比較信號強(qiáng)度值大小來對溶液進(jìn)行定量分析。但在同一張拉曼譜線里，峰面積與物質(zhì)分子（或離子)的數(shù)量成正比，即：A/A=n/n

abab以HO和NO3-為例：2A/A=n/n(1)H2ONO3-H2ONO3-NO3-摩爾濃度公式：TOC\o"1-5"\h\z1/c=V/n=m/(np)=(nM+nM)/(np)(2)NO3-NO3-H2OH2ONO3-NO3-NO3-當(dāng)n遠(yuǎn)大于n時，H2ONO3-1/c=nM/(np)(3)H2OH2ONO3-設(shè)M/p為常數(shù)kH2O1/c=kn/n(4)H2ONO3-綜合(1)式，1/c=k(A/A),即1/c正比于A/A,若作c關(guān)于A/AH2ONO3-H2ONO3-H2O的函數(shù)，應(yīng)為一反比例函數(shù)。若用標(biāo)準(zhǔn)已知濃度的NO3-做出標(biāo)準(zhǔn)曲線，那么NO3-未知濃度的NO3-溶液濃度便可通過標(biāo)準(zhǔn)曲線求得。實(shí)驗(yàn)儀器和試劑顯微共焦激光拉曼光譜儀RenishawinVia(英國雷尼紹公司)濃度分別為0.1M，0.2M，0.3M，0.4M，0.5M，1.0M，1.5M，2.0M，2.5M的KN0溶液。3實(shí)驗(yàn)步驟打開主機(jī)和計(jì)算機(jī)電源，同時打開激光器后面的總電源開關(guān)，將儀器預(yù)熱20分鐘左右。自檢.靜態(tài)取譜(Static)，中心520RamanShiftcnn,Advanced->Pinhole設(shè)為in。使用硅片，用50倍物鏡，1秒曝光時間，100%激光功率取譜。使用曲線擬合(Curvefit)命令檢查峰位，檢驗(yàn)儀器狀態(tài)。3．樣品拉曼光譜的測定將裝有不同濃度KN0溶液的樣品瓶置于顯微鏡的載物臺上，調(diào)節(jié)顯微鏡載物3臺的高度，使得顯微鏡能夠清晰地聚焦到樣品瓶內(nèi)部的溶液(上2，下1)。選擇Measurement->New->Spectralacquisition進(jìn)行實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置，再將白光照明光路切換到激光照明光路（上1,下2），即選擇激光照射，選擇Measurement->Run運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，等待實(shí)驗(yàn)運(yùn)行，直到窗口中出現(xiàn)紅色的光譜曲線，采集光譜結(jié)束，保存掃描結(jié)果。4.分別測定0.1M,0.2M,0.3M，0.4M，0.5M，1.0M，1.5M，2.0M，2.5M的KN03溶液的拉曼光譜圖。五．?dāng)?shù)據(jù)處理：1.求峰面積：將光譜數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin，畫出光譜線，并裁基線，對峰進(jìn)行積分求峰面積，兩峰面積分別記為AA，如下圖所示：NO3-，H2O0100020003000400001000200030004000v/cm-1圖二：峰積分圖2.計(jì)算峰面積比:完成9個濃度值KNO3溶液的峰面積積分，并用A除以A,H2ONO3-記為M,數(shù)據(jù)如下表所示：濃度(mol/LT)ANO3-AH2OAH2O/ANO3-(M)0.106494.0635834510898.43760.2012451.476405440514.43240.3019506.886411670328.6876

作擬合曲線：以上表的濃度值一列與M值一列作圖，并畫出擬合曲線，如下圖所示：1000800600B40020000.00.51.01.52.02.5A1000800600B40020000.00.51.01.52.02.5AEquationy=a/xAdj.R-Squar0.9919ValueStandardErrBa92.69242.11754fittingline圖三：擬合曲線（9點(diǎn)）該圖采用全部的9個點(diǎn)作擬合曲線，擬合曲線為：y=92.6924/x,R2=0.9919，與理論非常吻合;但從圖上可以看出1MKN03溶液點(diǎn)明顯偏離擬合曲線，若將1MKN03溶液點(diǎn)剔除，再作擬合，可以得到下圖：10001000800600B40020000.00.51.01.52.02.5A800600B40020000.00.51.01.52.02.5AEquationy=a/xAdj.R-Squa09932ValueStandardErrBa9292402006fittingline圖四：擬合曲線（8點(diǎn)）擬合曲線為：y=92.9240/x,R2=0.9932，相關(guān)系數(shù)略有提高。誤差分析：可能給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來誤差的人為因素主要有兩個方面。一是在實(shí)驗(yàn)操作時，操作不當(dāng)，如配制的溶液濃度不準(zhǔn)確。二是在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時，剪基線或選取積分峰面積的范圍選擇不準(zhǔn)確。上面1MKNO3出現(xiàn)偏差的原因更傾向于前者，因?yàn)槲曳磸?fù)多次地調(diào)整了積分的范圍，得到的M值差別并不大（土0.5）,且減基線的方法與其他樣品點(diǎn)無異。若由后者造成該誤差，M值在調(diào)整積分范圍前后，波動會很大，這與事實(shí)相悖。因此我認(rèn)為1MKN03樣品點(diǎn)溶液的配制存在誤差。六.討論與思考：比較紅外光譜與拉曼光譜的異同。同：都能提供分子振動頻率的信息。異：（1）產(chǎn)生機(jī)理不同：拉曼光譜為散射光譜，紅外光譜是吸收光譜。（2）非極性分子及基團(tuán)是拉曼活性的，而極性分子及基團(tuán)通常是紅外活性（3）與紅外光譜相比，拉曼光譜可測極微量樣品，有利于生物大分子的測量，可得到聚合物更豐富的譜帶等優(yōu)點(diǎn)，一般的拉曼散射有斯托克斯線和反斯托克斯線兩種，為什么實(shí)驗(yàn)中記錄的拉曼光譜常取斯托克斯線？答：斯托克斯線強(qiáng)度比反斯托克斯線大的多拉曼光譜的發(fā)展及應(yīng)用。答：發(fā)展：1928年C.V.拉曼實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)拉曼散射，同年稍后在蘇聯(lián)和法國觀察到。由于拉曼所產(chǎn)生的信號弱，受干擾強(qiáng)，所以發(fā)展不如紅外等，但激光和出現(xiàn)使得其重獲新生。而現(xiàn)今，新出現(xiàn)的激光技術(shù)、納米科技、表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)、高溫拉曼光譜技術(shù)、共振拉曼光譜技術(shù)、共焦顯微拉曼光譜技術(shù)、傅立葉變換拉曼光譜技術(shù)、拉曼光譜與光導(dǎo)纖維技術(shù)的聯(lián)用、固體光聲拉曼技術(shù)、拉曼光譜與其他儀器聯(lián)用技術(shù)以及拉曼分析技術(shù)的進(jìn)步：1、單道檢測的拉曼光譜分析技術(shù)2、以CCD為代表的多通道探測器用于拉曼光譜的檢測儀的分析技術(shù)3、采用傅立葉變換技術(shù)的FT-Raman光譜分析技術(shù)4、共振拉曼光譜分析技術(shù)5、表面增強(qiáng)拉曼效應(yīng)分析技術(shù)，使得拉曼得到了迅速發(fā)展。應(yīng)用：應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究的一種