紅外光譜儀在物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析中的應用

紅外光譜儀在物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析中的應用

1、ft—概述原紅外光譜儀也稱為紅外光譜儀，是輻射源、吸收池、色譜裝置（巖鹽鏡）、檢測器、儀器等主要部件。第二代紅外光譜儀用衍射光柵取代了易吸潮損壞及分辨率低的巖鹽棱鏡作為單色器。20世紀70年代以后誕生了傅立葉變換紅外光譜儀(FT—IR),屬于第三代紅外光譜儀。它以干涉儀取代了傳統(tǒng)的單色器,通過計算機進行傅立葉變換得到化合物的紅外光吸收圖譜,具有很高的分辨率和極快的掃描速度,其靈敏度比光柵型紅外光譜儀高兩個數(shù)量級,也使得色譜一紅外吸收光譜的聯(lián)用成為現(xiàn)實。目前使用的紅外光譜儀主要是傅立葉變換紅外光譜儀。2、干涉圖的組成傅立葉變換紅外光譜儀是由光學測量系統(tǒng)、計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、計算機接口及電子控制系統(tǒng)等幾部分組成,其中光學測量系統(tǒng)由輻射光源、Michelson干涉儀及檢測器等所組成。由光源發(fā)出的紅外輻射,通過干涉儀產(chǎn)生干涉光,透過樣品后,得到帶有樣品信息的干涉圖。干涉圖包含光源的全部頻率和與該頻率相對應的強度信息,所以,如有一個有紅外吸收的樣品放在干涉儀的光路中,由于樣品能吸收特征波數(shù)的能量,結(jié)果所得到的干涉圖強度曲線就會相應地產(chǎn)生一些變化。包括每個頻率強度信息的干涉圖,用計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行干涉圖函數(shù)的傅立葉余弦變換,再經(jīng)計算機接口系統(tǒng)進行數(shù)字一模擬信號的轉(zhuǎn)換,就得到了樣品吸收強度或透過率對波數(shù)變化的紅外吸收光譜圖。2.1回收利用法FT-IR儀器使用的紅外光源與色散型紅外光譜儀相同,通常是一種惰性固體,通電加熱使之發(fā)射高強度的連續(xù)紅外輻射,如硅碳棒、Nernst燈及一些新材料制作的光源逐漸取代了傳統(tǒng)光源。2.2干涉儀傅立葉變換紅外光譜儀光學測量系統(tǒng)的重要部件,多種頻率的光進入干涉儀后,形成相干光而得到干涉圖。2.3般分離器響應時間不能滿足要求目前采用的主要為熱電型和光電導型檢測器。由于丌一IR的全程掃描小于1s,一般檢測器的響應時間不能滿足要求。因此,多用熱電型硫酸三甘肽(TGS)或光電導型如汞鎘碲(MCT)檢測器,這些檢測器的響應時間約為1us。2.4成窗片的測定由可透過紅外光的NaCl、KBr、CsI、KRS-5等材料制成窗片。其形式有固體壓片、氣體池和液體池,根據(jù)樣品的形狀和性質(zhì)可采用不同方法,固態(tài)樣品可直接采用光譜純的KBr稀釋后,壓制成透明的窗片即可測定;對于氣體和液體可采用氣體池和液體池法。2.5時域函數(shù)轉(zhuǎn)換成以波數(shù)為歸接合劑的紅外光譜使用計算機進行傅立葉轉(zhuǎn)換計算,將帶有光譜信息的干涉圖的時域函數(shù),轉(zhuǎn)換成以波數(shù)為橫坐標頻域函數(shù),最后由接口系統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路還原出樣品對紅外光的吸收圖譜。3、設備性能紅外光譜儀的性能指標有:分辨率、波數(shù)的準確度與重復性、透過率的準確度與重復性。前兩項為儀器的最主要指標。3.1測樣品在某一波數(shù)范圍內(nèi),能分析模型一般采用在某波數(shù)處恰能分開兩個吸收峰的波數(shù)差為指標。例如:P—E1800型Fourier變換紅外分光光度計(FT—IR)的分辨率優(yōu)于0.2cm-1(全光譜范圍)。也可采用一些簡便的表示法:(1)測某一樣品在某一波數(shù)區(qū)間所能分辨出的峰數(shù);(2)一定波數(shù)處相鄰峰的分辨深度。常用聚苯乙烯薄膜為試樣,《中國藥典》(2005年版)中要求在3110—2850cm-1區(qū)間應能分出七個峰,峰2851cm-1與谷2870cm-1的之間的分辨深度不小于18%,峰1583cm-1與谷1589cm-1的之間的分辨深度不小于12%。3.2波數(shù)準確度20%通常將儀器測定所得波數(shù)與文獻值比較,其差值稱為波數(shù)準確度;將多次重復測量(3~5次)所得同一吸收峰的最大值與最小值之差稱為波數(shù)重復性。常用聚苯乙烯薄膜檢查。4、快速追蹤檢測(1)掃描速度極快在整掃描時間內(nèi)同時測定所有頻率的信息,一般只要1s左右即可。因此,它可用于測定不穩(wěn)定物質(zhì)的紅外光譜,還可用于對快速反應過程的追蹤,也便于和色譜法聯(lián)用。(2)具有很高的分辨率,能達0.1~0.005cm-1。(3)靈敏度高因為傅立葉變換紅外光譜儀沒有狹縫和單色器,反射鏡面又大,故能量損失小,到達檢測器的能量大,可檢測10-8g數(shù)量級的樣品。除此之外,還有光譜范圍寬(1000~10cm-1);測量精度高,重復性可達0.1%;雜散光干擾小;樣品不受因紅外聚焦而產(chǎn)生的熱效應的影響等特點。5、應用分析5.1紅外光譜分析監(jiān)測的準確方法在臨床疾病與疾病監(jiān)測方面的應用鑒于每個化合物都有自己獨特的紅外光譜,除特殊情況外目前尚未發(fā)現(xiàn)兩種不同的化合物具有相同的紅外光譜,所以紅外光譜為藥品質(zhì)量的監(jiān)測提供了快速準確的方法。如藥材天麻、阿膠,西藥紅霉素、環(huán)磷酰胺的監(jiān)測和抗肝炎藥聯(lián)笨雙酯同質(zhì)異晶體的研究。傅立葉變換紅外光譜儀在臨床疾病檢測方面也有廣泛的應用,如利用紅外光譜法對冠心病、動脈硬化、糖尿病、癌癥的檢測。紅外光譜法測定蛋白質(zhì)基體中的葡萄糖含量。以及用FT-Raman光譜在700~1900cm-1處的差異,對胃、牙齒、血管、肝等人體組織的研究可用于體內(nèi)診斷。5.2油潤滑表面化學狀態(tài)的監(jiān)測與表征傅立葉變換紅外光譜儀在石油化學中的應用是一個十分廣泛的領域,如在重油的組成、性質(zhì)與加工方面,應用IR表面自硅膠色譜得到的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。紅外光譜儀在潤滑油及其應用方面的進展體現(xiàn)在:用于鑒別未知油品和標定潤滑油的經(jīng)典物理性質(zhì)(如粘度、總酸值、總堿值);被納入以設備狀態(tài)監(jiān)測為目的的油液分析計劃,用于表征在用油液的降解和污染程度;油潤滑表面摩擦化學過程及產(chǎn)物的原位監(jiān)測與表征