苯甲酸紅外吸收光譜的測定

關于苯甲酸紅外吸收光譜的測定

一、基本原理

1.1紅外輻射以及紅外光譜法特點1.2紅外吸收產生原因1.3紅外光譜分區(qū)

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1.1.1什么是紅外輻射?1800年英國天文學家赫謝爾測量太陽光可見區(qū)內外溫度，發(fā)現紅色光以外部分溫度比可見光高。電磁波波長范圍：0.76-0.8μm至1

mm。紅外輻射紫外光：X射線：伽馬射線：美國試驗與材料協(xié)會（ASTM）規(guī)定：NIR：700nm-2500nm第3頁,共32頁，2024年2月25日，星期天

1.1.2紅外光譜法特點通常紅外吸收帶的波長位置與吸收譜帶的強度，反映了分子結構上的特點，可以用來鑒定未知物的結構組成或確定其化學基團；吸收譜帶的吸收強度與分子組成或化學基團的含量有關，可用以進行定量分析和純度鑒定；特征性強，測定快，試樣用量少，不需要破壞試樣，操作簡單；應用范圍廣泛；能分析各種狀態(tài)的試樣。第4頁,共32頁，2024年2月25日，星期天1.2.1能級躍遷示意圖電磁波與分子相互作用時產生能級躍遷：電子能級躍遷—紫外、可見吸收和熒光發(fā)射光譜振動能級躍遷—紅外光譜和拉曼散射光譜轉動能級躍遷—遠紅外光譜和轉動拉曼光譜第5頁,共32頁，2024年2月25日，星期天1.2.2紅外光譜法原理總結當樣品受到紅外光照射時，分子吸收了某些特定頻率的輻射，并由其振動或轉動運動引起偶極矩的變化，產生分子振動和轉動能級從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷,使相應于這些吸收區(qū)域的透射光強度減弱。記錄紅外光在不同波數處的吸收曲線，就得到紅外光譜。紅外光譜是鑒別物質和分析物質化學結構的有效手段，已被廣泛應用于物質的定性鑒別、物相分析和定量測定。不同化合物有不同紅外光譜圖。第6頁,共32頁，2024年2月25日，星期天1.2.3產生紅外吸收的條件

①輻射光子具有的能量與分子發(fā)生振動躍遷所需的躍遷能量相等。②只有能引起分子偶極矩μ變化（△μ≠0）的振動，才能觀察到紅外吸收光譜。非極性分子在振動過程中無偶極矩變化，故觀察不到紅外光譜。第7頁,共32頁，2024年2月25日，星期天1.3.1紅外光區(qū)的劃分紅外光譜在可見光區(qū)和微波光區(qū)之間，波長范圍約為0.75-1000μm，根據儀器技術和應用不同，習慣上又將紅外光區(qū)分為三個區(qū)：近紅外光區(qū)（0.75-2.5μm），中紅外光區(qū)（2.5-25μm），遠紅外光區(qū)（25-1000μm）第8頁,共32頁，2024年2月25日，星期天1.3.2紅外光譜的基團頻率第9頁,共32頁，2024年2月25日，星期天二、紅外光譜儀2.1紅外光譜儀的分類2.2傅立葉變換紅外譜儀的結構2.3傅立葉變換分光的原理第10頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2.1.1紅外光譜儀的類型色散型紅外光譜儀(DispersiveInfraredSpectrometer）：用棱鏡或衍射光柵分光1930年第一臺棱鏡分光單光束1946年棱鏡分光雙光束60年代光柵分光傅立葉變換紅外光譜儀(FourierTransformIRSpectrometer）：用干涉儀代替色散裝置70年代傅立葉變換光譜儀

第11頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2.1.2傅里葉變換紅外光譜儀的優(yōu)點高光通量高信噪比波數精度高雜散光低目前所使用的基本為傅立葉變換紅外光譜儀

第12頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2.2.1傅立葉變換紅外譜儀的結構第13頁,共32頁，2024年2月25日，星期天

傅里葉變換紅外光譜儀結構框圖干涉儀光源樣品室檢測器顯示器繪圖儀計算機干涉圖光譜圖FTS第14頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2.2.2紅外光源光源是FTIR光譜儀中關鍵部件之一紅外光源通常為惰性固體物質，

電熱可達1500～2000K

鎢燈(或鹵鎢燈)：近紅外區(qū)陶瓷光源：中、遠紅外區(qū)高壓汞弧：遠紅外區(qū)第15頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2.2.3干涉儀（核心部件）邁克爾遜干涉儀法布里-伯洛干涉儀同光路塞格耐克干涉儀第16頁,共32頁，2024年2月25日，星期天邁克爾遜干涉儀工作原理分束器補償板固定鏡

動鏡(恒定速度)來自光源至檢測器1)由兩個互成角度的平面鏡與分束器構成。2)一部分紅外入射光經分束器透射到動鏡，其余的則反射至固定鏡。3)傅里葉變換紅外光譜儀基于光的干涉，分別來自動鏡與定鏡的紅外光由于光程差發(fā)生干涉，得到干涉圖。4)干涉圖通過傅里葉變換轉成紅外光譜圖。第17頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2.2.4檢測器熱電檢測器入射輻射加熱材料時引起表面電荷變化：中紅外區(qū)鉭酸鋰(LiTaO3)氘代硫酸三甘肽(DTGS,deuteratedtriglycinesulfatedetector)高靈敏度的氘代L-丙氨酸硫酸三甘肽(DLATGS,deuteratedL-alaninetriglycinesulfate)：中、遠紅外區(qū)光電導檢測器吸收輻射材料電阻降低碲鎘汞化物(MCT,MercuryCadmiumTelluride)，高靈敏、快速響應：中紅外InGaAs，PbS，InSb：近紅外第18頁,共32頁，2024年2月25日，星期天1）氣體——氣體池2）液體：①液膜法——難揮發(fā)液體（BP≥80℃）②溶液法——液體池溶劑：CCl4，CS2常用。3)固體:①研糊法（液體石臘法）②KBr壓片法③薄膜法三、制樣與測試第19頁,共32頁，2024年2月25日，星期天3.1.1固體樣品常規(guī)制樣壓片法：(1-2mg)樣品和(100-200mg)KBr研細均勻,試樣和KBr都應經干燥處理,同一方向研磨到粒度小于2um,以免散射光影響,壓成厚度小于0.5mm的透明薄片,以免產生干涉條紋。研糊法：固體樣品與稀釋劑(石蠟油、氟油、六氯丁二烯)研磨調糊，消除水峰的干擾。成膜法：高分子樣品等可用熱壓膜機制膜,某些固體樣品溶解在溶劑中，溶劑蒸發(fā)成膜；把熔融得樣品壓成薄膜。第20頁,共32頁，2024年2月25日，星期天3.2.1液體樣品常規(guī)制樣液體池：固定厚度、可拆液體池、密封液體池固定厚度液體池：主要用于定量分析;可拆液體池：用于粘度比較大，不易揮發(fā)性液體;密封液體池：用于黏度比較小，易揮發(fā)性液體。液膜法：沸點高且粘稠的液體直接涂在窗片上，在紅外燈下烘干片刻，以便除去樣品可能吸收的微量水分。沸點低且粘度小的液體可以將樣品放到二個鹽片之間制成一個液膜進行測定。

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3.2.2儀器與試劑

1.儀器

Nicolet5700型和島津IRAffinity-1S紅外光譜儀壓片機、模具及樣品架瑪瑙研缽、紅外燈不銹鋼藥匙、鑷子第22頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2.試劑苯甲酸（分析純A.R）溴化鉀KBr（光譜純）無水乙醇（分析純）脫脂棉及擦鏡紙第23頁,共32頁，2024年2月25日，星期天3.準備工作①開機：打開紅外光譜儀主機電源，預熱20min，接著打開計算機，啟動OMINC工作站，確定主機與工作站聯絡正常。②用分析純的無水乙醇蘸在脫脂棉上清洗瑪瑙研缽，擦鏡紙擦拭后，再放在紅外燈下徹底烘干。第24頁,共32頁，2024年2月25日，星期天

4.試樣的制備①用藥匙分別取1mg苯甲酸和100mg干燥的KBr粉末，放置在瑪瑙研缽中，在紅外燈下混勻，充分同一方向打圈研磨（研磨時間15min，顆粒粒度在2um左右）。②用不銹鋼藥匙取約適量研磨好的試樣放于模具中，在壓片機中將壓力調至12kgf左右，壓片約2min,用鑷子小心取出壓好的試樣薄片，置于樣品架中。第25頁,共32頁，2024年2月25日，星期天5.試樣的測定

①實驗條件設置：點擊菜單欄【采樣】項中【實驗設置】，在彈出的窗口中，設置“掃描次數”、“分辨率”、“背景采集管理”等參數。②背景掃描：點擊【采集樣品】，彈出【背景采集】對話框，點擊【確定】，以空氣為背景，進行背景掃描，繪制出空氣中H2O和CO2的吸收光譜。

第26頁,共32頁，2024年2月25日，星期天③試樣掃描：背景掃描完畢后，打開樣品室蓋，將樣品架放在樣品室內樣品固定座上，使測量光線正好穿過樣品，合上樣品室蓋，點擊【樣品采集】對話框的【確定】，繪制出扣除背景吸收的試樣紅外吸收光譜圖。④譜圖處理：根據繪制出的試樣紅外吸收峰的頻率鑒定試樣的官能團及化合物結構。第27頁,共32頁，2024年2月25日，星期天6.結束工作①實驗完畢，先關閉紅外工作站軟件，再關閉儀器的電源。②用無水乙醇及時清洗瑪瑙研缽、模具、不銹鋼藥匙，并且，將它們要徹底烘干后密封保存，防止生銹。

第28頁,共32頁，2024年2月25日，星期天4.1實驗記錄

試樣紅外吸收光譜圖第29頁,共32頁，2024年2月25日，星期天四、數據處理及計算結果

試樣官能團的鑒定

計算不飽和度又稱缺氫指數，是指分子結構中距離達到飽和時所缺一價元素的“對數”。它反映了分子中含環(huán)和不飽和鍵的總數，其計算公式如下：Ω=(2n4＋2＋n3－n1)/2n4：四價元素（C）的原子個數，n3：三價元素（N）的原子個數，n1：一價元素（H、X）的原子個數。當Ω=0時分子結構為鏈狀飽和化合物，當Ω=1時分子結構可能含有一個雙鍵或一個脂肪環(huán)，當Ω≥2時分子結構中含有三鍵，當Ω≥4時分子結構中含有六元芳環(huán)時。第30頁,共32頁，2024年2月25日，星期天

特征吸收峰νO-H伸縮振動:

自由羥基O-H伸縮