常規(guī)樣品的紅外光譜分析解析

1、常規(guī)樣品的紅外光譜分析PB07206298龔智良實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 初步掌握兩種基本樣品制備技術(shù)及傅立葉變換光譜儀器的簡單操作；2. 通過圖譜解析及標(biāo)準(zhǔn)譜圖的檢索，了解由紅外光譜鑒定未知物的一般過程。實(shí)驗(yàn)原理紅外光譜：紅外光譜是分子的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，也是一種分子吸收光譜。當(dāng)樣品受 到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時(shí)，分子吸收了某些頻率的輻射，并由其振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)引 起的偶極矩的凈變化，產(chǎn)生分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，使相應(yīng)于這 些區(qū)域的光透射強(qiáng)度減弱。記錄紅外光的百分透射比或波長關(guān)系曲線，就得到紅外光譜。從分子的特征吸收可以鑒定化合物和分子結(jié)構(gòu)，進(jìn)行定性和定量分析。紅外光譜尤其在物質(zhì)定性分析中應(yīng)用廣

2、泛，它操作簡便,分析速度快，樣品用量少且不破壞 樣品，能提供豐富的結(jié)構(gòu)信息，因此紅外光譜法往往是物質(zhì)定性分析中優(yōu)先考慮的手 段。能產(chǎn)生紅外吸收的分子為紅外活性分子，如CO?分子;不能產(chǎn)生紅外吸收的分 子為非紅外活性分子，如O?分子。中紅外區(qū)為基本振動(dòng)區(qū)：4000-400cm-1研究應(yīng)用最多。紅外吸收的波數(shù)與相應(yīng)振動(dòng)的力常數(shù)關(guān)系密切。雙原子分子的基本頻率計(jì)算公 式為? =12? ? ?其中為約化質(zhì)量卩=m ?m?m? +m?對于多原子分子，其振動(dòng)可以分解為許多簡單的基本振動(dòng)，即簡正振動(dòng)。一般將 振動(dòng)形式分為兩類：伸縮振動(dòng)和變形振動(dòng)。各種振動(dòng)都具有各自的特征吸收。儀器結(jié)構(gòu)和測試技術(shù)Fourier變

3、換紅外光譜儀（FTIR儀:能夠同時(shí)測定所有頻率的信息，得到光強(qiáng)隨時(shí) 間變化的譜圖，稱時(shí)域圖，這樣可以大大縮短掃描時(shí)間。由于不采用傳統(tǒng)的色散元件,其分辨率和波數(shù)精度都較好。傅立葉變換紅外譜儀主要由光源（硅碳棒、高壓汞燈、Michellson干涉儀、檢測器、計(jì)算機(jī)和記錄儀組成。測試樣品時(shí),由于樣品對某些頻率的紅外光吸收，從而得到不同樣品的干涉圖。紅外光是復(fù)合光，檢測器接收到 的信號是所有頻率的干涉圖的加合。對試樣的要求：試樣應(yīng)該為純物質(zhì)，純度大于98%,以便于和純化合物進(jìn)行比較； 樣品中不能含游離水；試樣的濃度和測試厚度應(yīng)選擇適當(dāng)，以使大多數(shù)吸收峰的透射 比處于10%-80%。制樣方法:對于液體樣

4、品有液膜法、液體吸收池法；對于固體樣品有壓片法、糊 狀法;對于特殊的樣品還有薄膜法（包括熔融法和熱壓成膜法、溶液制膜法；對于氣態(tài) 樣品一般都灌注于氣體池中進(jìn)行測試。除了常規(guī)的測試技術(shù)外，紅外光譜測試還有衰減全發(fā)射和偏振紅外光譜等特殊 的測試技術(shù)。實(shí)驗(yàn)步驟、現(xiàn)象及討論固體樣品制備：使用KBr壓片法。用一個(gè)瑪瑙研缽將少量 KBr晶體充分研磨后 加入其量5%左右的待測固體樣品，混合研磨直至均勻，并使其顆粒大小比所檢測的 光波長更小（約2 ym以下。在一個(gè)具有拋光面的金屬模具上方一個(gè)圓形紙環(huán) ，用刮勺 將研磨好的粉末移至環(huán)中，蓋上另一塊模具，放入油壓機(jī)中進(jìn)行壓片。KBr壓片形成后，用夾具固定測試。注意

5、樣品制備過程中一定要將粉末研得足夠細(xì)，判斷的標(biāo)準(zhǔn)是粉末粘在研缽壁上比較緊。整個(gè)操作過程在紅外燈下進(jìn)行，這樣可以減少樣品制備過程中吸水的量。在制備固體樣品之前，要用酒精棉球把刮勺、研缽、研杵擦干 凈。液體樣品的制備：取一對NaCI窗片，用刮勺沾一滴未知液體在一塊窗片上，然后 用另外一塊窗片覆蓋在上面,形成一個(gè)沒有氣泡的毛細(xì)厚度薄膜，用夾具固定，即可放入一起光路中 進(jìn)行測試。此法適用于高沸點(diǎn)的液體樣品。注意制樣過程中同樣要用酒精棉球把窗 片擦干凈。取用液體的量不宜多，一小滴足夠。液體太多形成的液膜較厚，而且容易 在測試過程中滴出污染儀器。若液體粘性很大，也可以只用一個(gè)窗片。儀器測試:將樣品固定好后

6、蓋上樣品室蓋，然后按進(jìn)入測試對話框一背景測試一 樣品測試一標(biāo)峰值一打印圖譜一取出樣品室中樣品的流程進(jìn)行測試。固體樣品圖譜分析：所測定的固體樣品分子式為 C?H?NO ,通過網(wǎng)上數(shù)據(jù)庫的 搜索發(fā)現(xiàn)所得到的圖譜與丙烯酰胺的圖譜一致。認(rèn)真分析之后確定它確實(shí)為丙烯酰胺。表1列出了主要特征峰的歸屬。表格1:固體樣品紅外光譜圖的特征峰歸屬波數(shù)/cm?3355.743190.172813.241672.791614.261429.01 歸屬 N -H H -C =不對稱 H -C =對稱 C =O C =C =C -N1 1 1r11液體樣品譜圖分析：所測液體樣品分子式為C ?H ? O ?。通過網(wǎng)上數(shù)據(jù)庫

7、 的搜索發(fā)現(xiàn)所得到的圖譜與鄰苯二甲酸二正丁酯的圖譜一致。認(rèn)真分析之后確定它確實(shí)為鄰苯二甲酸二正丁酯。表2列出了主要特征峰的歸屬。表格2:液體樣品紅外光譜圖的特征峰歸屬波數(shù)m ? 2960.731731.411458.18和1384.651286.141122.11和1073.82歸屬苯環(huán)氫羰基末端乙基 =C -O -O -C -得到的兩張譜圖在3600-4000波數(shù)之間存在和明顯的背景雜峰，這主要是游離 水的特征峰。在樣品制備過程中，不可避免的要代入一些水分，但是這些水分又不足 以形成一個(gè)凝聚態(tài)，所以存在游離水的雜峰。思考題1.為什么測試紅外光譜選用 KBr、NaCl制樣?有何優(yōu)缺點(diǎn)？答:KB

8、r在4000-400波數(shù)整個(gè)中紅外區(qū)都沒有特征吸收，因此選用KBr制樣可 以很大程度上避免背景干擾而得到所測樣品真實(shí)的紅外譜圖。NaCl在4000-600波 數(shù)這個(gè)范圍內(nèi)沒有特征吸收，這個(gè)波段是常用的分析有機(jī)物官能團(tuán)和結(jié)構(gòu)的波段，因 此用NaCI制樣可以得到4000-600波數(shù)范圍內(nèi)背景很小的譜圖，有利于分析。NaCI 和KBr的首要缺點(diǎn)在于容易受到腐蝕，尤其是分析強(qiáng)極性物質(zhì)如酸、醇、胺等類物 質(zhì)時(shí)容易受到腐蝕而造成透明度下降而背景增強(qiáng)等后果。其次，分析無機(jī)物時(shí)常常 需要用到600-400波數(shù)的數(shù)據(jù)，這時(shí)使用NaCI制樣就不合適了。2用FT-IR儀測試樣品為什么要先測試背景？答:先測試背景是為

9、了在測試樣品得到的數(shù)據(jù)中扣除背景。樣品室中的物質(zhì)如二氧化碳、水、殘留的前面測試的樣品蒸汽等對紅外光有吸收 ，還有即使沒有任何 吸收儀器本身也會產(chǎn)生一些背景。這些背景都會干擾數(shù)據(jù)的分析，因此要先測試背 景然后在樣品測試過程中扣除背景。3. 如何用紅外光譜鑒定飽和烴、不飽和烴和芳香烴的存在？答:飽和烴的紅外光譜很簡單，在2- m ? 內(nèi)只有2 m ? 附近有C-H振動(dòng)吸收，若遇到這樣的譜圖，基本可以斷定是飽和烴。不飽和烴含有m?以上的特征吸收峰，根據(jù)化合物的分子式，若分子為碳?xì)浠衔锒哂幸粋€(gè)及以上的飽和度，那么基本可以斷定為不飽和烴。芳 香烴在 -m ?內(nèi)有特征吸收,并并且同時(shí)在-m ?有苯環(huán)的面外彎曲振動(dòng)，根據(jù)面外彎曲振動(dòng)的形式可以判定是否為芳香烴以及是什么取代形式的 芳香烴。4. 醇類、羧酸和酯類的紅外光譜有何區(qū)別？丙烯酰胺鄰苯二甲酸二正丁酯答:醇類和羧酸具有活潑氫。在凝聚態(tài)下，由于氫鍵的作用，醇類的活潑氫一般在 m?附近有一個(gè)很大的吸收峰；而羧酸則在2m?附近有一個(gè)較大的吸收峰，羧酸還有其特征的酸羰基吸收峰在-m? 之間。游離態(tài)下醇在 -m?有較強(qiáng)而尖銳的吸收峰，而酸在2 2 m?有強(qiáng)而尖銳的吸收峰。酯類沒有活潑氫。醇在 -2