PC紅外光譜分析

PC紅外光譜分析1測(cè)試原理

原理：EARLYGOAL當(dāng)紅外光源發(fā)出的紅外光經(jīng)過(guò)凹面鏡反射成為平行光束照射到光束分裂器上，被分成相等的兩部分:光束I和光束II。光束I射向動(dòng)鏡M,再反射回分束器，然后射向樣品到達(dá)檢測(cè)器D。光束I射向定鏡并由定鏡反射射向分束器，透過(guò)分束器射向樣品，與光束I在檢測(cè)器匯合。到達(dá)檢測(cè)器的兩束光的光程差隨動(dòng)鏡M的往復(fù)移動(dòng)做周期性的變化，在檢測(cè)器得到的光的強(qiáng)度變化為余弦形式的光干涉圖。當(dāng)一束具有連續(xù)波長(zhǎng)的紅外光通過(guò)物質(zhì)，物質(zhì)分子中某個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)頻率或轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和紅外光的頻率一樣時(shí)，分子就吸收能量由原來(lái)的基態(tài)振（轉(zhuǎn)）動(dòng)能級(jí)躍遷到能量較高的振（轉(zhuǎn)）動(dòng)能級(jí)，分子吸收紅外輻射后發(fā)生振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷，該處波長(zhǎng)的光就被物質(zhì)吸收。所以，紅外光譜法實(shí)質(zhì)上是一種根據(jù)分子內(nèi)部原子間的相對(duì)振動(dòng)和分子轉(zhuǎn)動(dòng)等信息來(lái)確定物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和鑒別化合物的分析方法。將分子吸收紅外光的情況用儀器記錄下來(lái)，就得到紅外光譜圖。紅外光譜圖通常用波長(zhǎng)或波數(shù)為橫坐標(biāo)，表示吸收峰的位置，用透光率（T%）或者吸光度（A）為縱坐標(biāo)，表示吸收強(qiáng)度。當(dāng)外界電磁波照射分子時(shí)，如照射的電磁波的能量與分子的兩能級(jí)差相等，該頻率的電磁波就被該分子吸收，從而引起分子對(duì)應(yīng)能級(jí)的躍遷，宏觀表現(xiàn)為透射光強(qiáng)度變小。電磁波能量與分子兩能級(jí)差相等為物質(zhì)產(chǎn)生紅外吸收光譜必須滿足條件之一，這決定了吸收峰出現(xiàn)的位置。2儀器結(jié)構(gòu)傅里葉紅外光譜儀結(jié)構(gòu)圖，主要由光源、邁克爾遜干涉儀、監(jiān)測(cè)器和計(jì)算機(jī)組成。其中邁克爾遜干涉儀是光譜儀的核心組件，由互成直角的定鏡F和動(dòng)鏡M，光束分裂器和檢測(cè)器等構(gòu)

成，動(dòng)鏡周期性沿箭頭方向移。3

試樣測(cè)試紅外光譜測(cè)試使用的試樣可以是固體、液體和氣體。分析操作：①液體試樣制備。液體試樣制備常用有液膜法和液體池法。液膜法一般用于非水溶性且沸點(diǎn)較高的試樣。取兩片KBr鹽片，用丙酮棉花清洗其表面并晾干。在一鹽片上滴1滴試樣，另一鹽片壓于其上形成液膜。直接裝入到可拆式液體樣品測(cè)試架中進(jìn)行測(cè)定。黏度大的試樣可直接涂在一一片鹽片上測(cè)定。也可以用KBr粉末壓制成錠片來(lái)替代鹽片。對(duì)于沸點(diǎn)較低、揮發(fā)性較大的試樣或黏度小且流動(dòng)性較大的高佛點(diǎn)樣品可以注入封閉液體池中進(jìn)行測(cè)試，液層厚度一般為0.01~1mm。液體池法是紅外光譜測(cè)量中，將樣品制備溶液的形式進(jìn)行測(cè)量的方法。一般液體試樣及有合適溶劑的固體試樣均可采用液體池法。最常用的溶劑有四氯化碳，二硫化碳，氯仿，環(huán)己烷等，對(duì)于某些難溶性高聚物或其他化合物多采用四氫呋喃、吡啶、二甲基甲酰胺等溶劑溶解。②固體樣品制備。固體樣品制備包括壓片法、石蠟糊法和薄膜法。a.壓片法。所用工具有壓機(jī)、模具和瑪瑙研缽，如圖3-5所示。將測(cè)待測(cè)樣品與干燥的KBr或KCl按1:100的配比在瑪瑙研缽中研細(xì)(粒徑在2.5μm以下)，因?yàn)镵Br、KCl在中紅外區(qū)(4000~400cm-1)完全透明，沒(méi)有吸收峰。將樣品與KBr(或KCl)混合物均勻裝入壓模器的模腔內(nèi)，壓制成直徑13mm、厚度1mm左右的錠片。制備試樣錠片裝入固體樣品測(cè)試架進(jìn)行紅外光譜測(cè)試。b.石蠟糊法。將干燥處理后的試樣研細(xì)，與液體石蠟或全氟代烴混合，調(diào)成糊狀，夾在鹽片中測(cè)試。C.薄膜法。主要用于高分子化合物的測(cè)定，對(duì)于-一些低熔點(diǎn)的低分子化合物也可應(yīng)用?？蓪⑺鼈冎苯蛹訜崛廴诤笸恐苹驂褐瞥赡?，也可將試樣溶解在低沸點(diǎn)的易揮發(fā)溶劑中，徐到鹽片上，待溶劑揮發(fā)后成膜來(lái)測(cè)定。薄膜厚度一般約為10~30μm,且厚薄均勻。③氣體試樣。氣體試樣-般直接注入到專用的玻璃氣槽內(nèi)進(jìn)行測(cè)定，但需先將氣槽抽真空，然后注入被測(cè)試樣。對(duì)于一些特殊樣品，如:金屬表面鍍膜，無(wú)機(jī)涂料板等試樣，可以采用特殊智能附件。如:鏡反射、ATR、漫反射等進(jìn)行測(cè)試，具體詳見(jiàn)附件的使用說(shuō)明書(shū)。注意，試樣的制備和處理方法對(duì)紅外光譜圖的質(zhì)量影響非常大。在制備樣品時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):①試樣的濃度和厚度應(yīng)適當(dāng)。濃度太小，厚度太薄，弱的吸收峰和光譜的細(xì)微部分不能顯示出來(lái);濃度過(guò)大，過(guò)厚，主要的譜帶都吸收到頂，彼此連成一-片，看不出準(zhǔn)確的波數(shù)位置和精細(xì)結(jié)構(gòu)。②試樣中不能有游離水。水的存在不僅會(huì)侵蝕吸收池的鹽窗，而且水分本身在紅外區(qū)有吸收會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。③試樣應(yīng)該是單--組分的純物質(zhì)。多組分的試樣在測(cè)定前應(yīng)盡量預(yù)先進(jìn)行組分分離。否則，各組分光譜相互重疊，以致對(duì)圖譜無(wú)法進(jìn)行正確的解釋。④溴化鉀對(duì)鋼制模具表面的腐蝕性很大，模具用后須及時(shí)清洗干凈，然后放入干燥器中。操作步驟4傅里葉紅外光譜儀使用操作：1.開(kāi)機(jī)前先檢查各個(gè)部件是否連接好，處于零點(diǎn)狀態(tài)。2.打開(kāi)穩(wěn)壓電源開(kāi)關(guān)，稍等片刻，當(dāng)電壓穩(wěn)定在220V后，打開(kāi)主機(jī)電源，預(yù)熱一至二小時(shí)方可進(jìn)行正常實(shí)驗(yàn)操作。3.實(shí)驗(yàn)時(shí)固體樣品可用壓片法先制樣，KBr與樣品按100：1的質(zhì)量比混合后用瑪瑙研缽于紅外燈下研細(xì)，然后移入壓片機(jī)中壓片，將片子固定在樣品架上方可測(cè)試。4.液體樣品可用液膜法測(cè)定，將1-2滴試樣直接滴放在可拆池的一塊鹽片上，然后蓋上另一塊鹽片，借助池架上的固緊螺絲擰緊兩鹽片后方可測(cè)試。5.打開(kāi)響應(yīng)的軟件，先采集背景值，然后將樣品架插入樣品池中采集樣品值，紅外掃描32秒后，將譜圖切入當(dāng)前窗口對(duì)其進(jìn)行處理。6.傅里葉紅外光譜儀實(shí)驗(yàn)完畢后，關(guān)閉電源，使儀器恢復(fù)原狀，并進(jìn)行必要的整理和清潔工作。結(jié)果分析5紅外光譜圖解析方法:紅外光譜解析是利用基團(tuán)振動(dòng)頻率與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，確定吸收譜帶的歸屬，確認(rèn)分子中基團(tuán)或鍵的存在。一般先從官能區(qū)(4000~1350cm-1)入手，按紅外光譜圖上出現(xiàn)的強(qiáng)峰到弱峰的順序，依次確認(rèn)可能存在的基團(tuán)，并結(jié)合指紋區(qū)(1350~850cm-1)的吸收峰加以肯定。指紋區(qū)雖沒(méi)有明顯的基團(tuán)或鍵與特征振動(dòng)頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但它能反映整個(gè)分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，尤其是對(duì)分子骨架的振動(dòng)吸收很敏感。聚合物紅外光譜的解析方法有直接法、否定法、肯定法等。①直接法。根據(jù)樣品的來(lái)源、性能以及使用等情況，并結(jié)合其譜圖特征，初步區(qū)分樣品的類別。然后與圖庫(kù)類似高聚物的標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖一-比對(duì)，作出定性分析。但在對(duì)照譜圖時(shí)應(yīng)考慮制樣條件對(duì)譜帶位置、形狀和強(qiáng)度的影響。②否定法。根據(jù)紅外光譜寫(xiě)分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，當(dāng)譜圖中出現(xiàn)某些波數(shù)的吸收峰就可推斷某基團(tuán)的存在。當(dāng)譜圖中不出現(xiàn)某吸收峰時(shí)，則否定該種基團(tuán)的存在的可能。實(shí)踐中，一般先檢查官能區(qū)(1300cm-1以上)，確定沒(méi)有哪些官能團(tuán)，再查1000cm-1以下的區(qū)域，檢查是否存在碳?xì)滏I面外振動(dòng)形式，最后檢查1000~1300cm-1區(qū)域，就可確定沒(méi)有哪些基團(tuán)了。③肯定法。由于聚合物每種分子都具有特征的紅外光譜，譜圖上的每個(gè)吸收譜帶代表分子中某一基團(tuán)或鍵的一種振動(dòng)形式，由特征吸收譜帶的位置、強(qiáng)度和形狀確定所含基團(tuán)或鍵的類型。分析如下:

①譜圖中3030cm-1處的吸收峰可能是苯環(huán)的C-H伸縮振動(dòng);②從1500cm-1和1590em-1吸收峰的出現(xiàn)，推斷有苯環(huán)骨架振動(dòng)，820cm-1是對(duì)位取代苯環(huán)上相鄰兩個(gè)氫的面外彎曲振動(dòng)，而1700~2000cm-1的一組不強(qiáng)的吸收帶是苯環(huán)的C-H面外彎曲振動(dòng)的倍頻和合頻，證明有苯環(huán)的存在;③1760cm-1是C=0的伸縮振動(dòng)譜帶，但頻率比一般的碳基高些，可能存在由相連接的基團(tuán)或原子的誘導(dǎo)效應(yīng)的影響造成的。1220、1190、1160cm-1等譜帶是C--0的伸縮振動(dòng)吸收帶(見(jiàn)附錄1-2)，1080cm~1和1050cm-