FT-IR紅外光譜在復雜樣品中的應用(周佳璐)

1、FT-IR紅外光譜在復雜樣品分析中的應用 目錄n1.摘要n2.復雜體系的綜合分析概述n3.紅外光譜概述n4.現(xiàn)代FT-IR儀器n5.現(xiàn)代FT-IR儀器的各種附件n6.應用摘要n紅外光譜在有機物分析中占有首要的地位,廣泛應用與定性分析,鑒定化合物的化學結(jié)構(gòu)和定量分析混合物中各組分的含量,本文介紹了現(xiàn)代傅立葉變換紅外光譜的各種相關的附件及其應用并介紹了相關的應用事例n關鍵詞：紅外光譜，有機物分析，附件，應用復雜體系的綜合分析概述n面對復雜的樣品，需要借助高超得分離技術，借助多種儀器分析手段，對研究對象進行解剖，然后對解剖所獲得的信息進行綜合分析，得出可靠的結(jié)論。人們把這些綜合分析的過程稱為“剖析”

2、，這是一個復雜的過程。n剖析是集分離 .純化. 結(jié)構(gòu)鑒定.成分分析以及合成 .加工等于一體的綜合分析的過程，是多種現(xiàn)代分析儀器 .多種分析方法 以及跨學科多種知識的綜合運用過程。剖析的步驟n剖析包括三個程序：n1.選擇合適得分離方法，或?qū)追N分離方法巧妙組合，達到分離，濃集，提純的目的，并對制備的純品的純度進行鑒定 n2.利用波譜分析等手段對各組分的結(jié)構(gòu)作出合理的推測 n3.對所推測的結(jié)構(gòu)作出合成驗證。分析工作者必須弄清樣品的來源性質(zhì)生產(chǎn)過程即可能得到的樣品的各種信息，充分熟悉各種儀器的分析方法原理特點使用范圍，及時獲取分析化學領域中的有關方法和技術的最新發(fā)展的信息，選擇最佳分析方案。紅外光譜

3、的概述n我們在此所講的紅外光譜主要是中紅外光譜（波數(shù)在4000-400cm-1）的定性分析n紅外光譜是分子振動光譜，通過譜圖解析可以獲取分子結(jié)構(gòu)的信息，任何氣態(tài)，固態(tài)，液態(tài)樣品都可進行紅外光譜測定，由于每種化合物均有紅外吸收，尤其是有機化合物的紅外光譜能提供豐富的結(jié)構(gòu)信息，是有機化合物結(jié)構(gòu)解析的重要手段之一。其適用的樣品范圍廣，所需樣品量少，給出的分子結(jié)構(gòu)信息豐富，因此是不可缺少的工具。n從紅外光譜圖可為剖析提供以下重要信息：n1.從原始樣品的譜圖可大致判斷可能的存在的官能團，因為它是多種純組分譜圖的疊加；n2.從在分離和純化過程中得到的光譜圖中，可以分析有關組分的去向，監(jiān)視某些組分的丟失。n

4、3.從分離出的純組分譜圖中，檢查是否有異常峰存在n4.從純組分的譜圖中可推測出存在的特征官能團 ，分子骨架等主要信息。n5從模擬結(jié)構(gòu)合成的純樣的譜圖可驗證此結(jié)構(gòu)是否正確無疑現(xiàn)代傅立葉變換紅外光譜儀器 （FTIR）n原理n主要部件：光源，樣品室,干涉儀，檢測器，計算機工作站。n主要生產(chǎn)廠家有：US NICOLET ；BLUCKER；日本島津等FT-IR的原理nFT-IR光譜儀是根據(jù)光的相干性原理設計的，因此是一種干涉型光譜儀，大多數(shù)此種光譜儀使用了邁克遜干涉儀。因此實驗測量的原始光譜圖是光源的干涉圖，然后通過計算機對干涉圖進行快速傅立葉變換計算，從而得到以波長和波數(shù)為函數(shù)的光譜圖。因此，譜圖稱為

5、傅立葉變換紅外光譜，儀器稱為傅立葉變換紅外光譜儀。其核心部件是干涉儀。傅立葉變換紅外光譜法的 主要特點n（1）多路優(yōu)點。狹縫的廢除大大提高了光能利用率，樣品置于全部輻射波長下，因此全波長范圍下的吸收必然改進信噪比，使測量靈敏度和準確度大大提高。n（2）分率提高。分辯率決定于動鏡的線性移動距離，距離增加，分辨率提高。一般可達0.5CM-1，高的可達10-2 CM-1n（3）波數(shù)準確度高。由于引入激光參比干涉儀，用激光干涉條紋準確測定光程n（4）測定的光譜范圍寬，可達10104 CM-1n（5）掃描速度極快，在不到1S時間里可獲得圖譜，比色散型儀器高幾百倍紅外附件及特殊 測試技術n紅外顯微鏡n漫反

6、射n衰減全反射n光聲光譜附件n變溫光譜件n樣品震蕩器n聯(lián)機操作應用n差譜技術紅外顯微鏡n種類：Nic-plan;Research,Advanced Analytical, Analytical,Lab, EZ-scpoen性能：1，能分析微量樣品，微克級只要肉眼能看的見，能分析肉眼看不見的包裹體。2，不加任何稀釋劑，反映樣品的本質(zhì)光譜。3，不要制樣，如纖維。4，能測定透射光譜，也能測試反射光譜。n結(jié)構(gòu)：具有雙光欄，有效的消除衍射光的干擾，測定最小面積問題n樣品制備：粉末樣品夾在金剛石池之間，或夾在Nacl; KBr; BaF2; CaF2n光譜數(shù)據(jù)特點：樣品不能太厚，否則譜帶變形；反射光譜峰朝

7、下漫反射n性能:適合測定粉末狀樣品的紅外光譜，特別適合測定那些載體中待測組分含量很低的樣品，如煤炭中的有機物，分子篩中吸附的物質(zhì)n樣品制備：把樣品研磨成粉末狀，可以測定純樣品的光譜，也可以稀釋后測定，粉末裝滿樣品帽后刮平，不要壓實n光譜數(shù)據(jù)特點衰減全反射n性能：適合與快速測定性和定量分析；測定樣品的表面性質(zhì)，如聚合物；測定液體樣品膠狀樣品柔軟樣品不需樣品制備n全反射光束穿透樣品層的厚度與入射光波數(shù),入射角,晶體折射率,樣品折射率有關n樣品折射率越高，穿透深度越深，入射角越大，穿透深度越淺；光譜波數(shù)越高，穿透深度越淺；晶體折射率越大，穿透深度越淺n有機物折射率一般小于1.5,所以測得的深度為1-

8、2微米光聲光譜附件n樣品裝在充有某中氣體的密閉樣品池中，n把光信號轉(zhuǎn)變成聲信號，用微麥克檢測信號，通過樣品室中的插口把信號送入計算機n無損測定，以石墨纖維為背景n適用于不透光，高度吸收，填充碳的固體樣品n利用步進掃描技術，可以測定不同深度樣品的組分或濃度有梯度變化得樣品，如多層高分子薄膜n光譜要以光聲光譜表示變溫光譜件n種類：可拆的加熱池，有加熱板，熱電偶，溫度控制器；液氮溫度：-250；室溫-400n適用于液體，壓片，糊狀物，薄膜樣品n光譜與溫度有關聯(lián)機應用n高效液相色譜（HPLC），超臨界流體色譜（SFC），薄層色譜（TLC）都可與FT-IR聯(lián)機應用。HPLCFTIR；SFCFTIR；TL

9、CFTIRn紅外光譜儀與色譜的聯(lián)機操作是自動化的，是利用一個特殊接口-光管，將兩臺儀器連接起來差譜技術應用n把測量的兩種樣品的譜圖上的各個波長和光譜吸收比的數(shù)據(jù)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，儲存在機中，然后把二波用特定的比例（扣除因子）進行光譜吸收比相減，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，繪出差譜，n可以不經(jīng)分離直接鑒定出未知混合物的各組分，甚至是微量組分，吸收峰往往被主組分的紅外吸收峰所掩蓋，在一般譜圖上很難看到n在一定程度上解決了理化分離不能解決的問題，稱為光譜分離技術樣品震蕩器n樣品和滾珠裝在密閉的不銹鋼罐中，前后振動；n代替?zhèn)鹘y(tǒng)的瑪瑙研缽研磨固體樣品紅外光譜的應用n復雜樣品的分析不僅是化工與石油領域的工作實際上對天然產(chǎn)

10、物的分離純化，對中藥復方的研究，對復雜樣品的分析與剖析需要分析人員具有有機分析和相關領域綜合的知識和能力，傳統(tǒng)的化學分與現(xiàn)代儀器分析技術在此領域共存各有其用，簡單是優(yōu)點。n紅外光譜法在生物化學，藥物化學，食品化學和環(huán)境化學等傳統(tǒng)領域的應用實例已不勝枚舉，并正以原位，在線，實時檢測等新形式出現(xiàn)在表面化學和催化化學領域。下面是一些應用例子。n紅外光譜鑒定鉆石真?zhèn)蝞氣紅連用法：鑒別高沸點UV固化涂料活性稀釋劑中添加劑的應用n原位紅外光譜法研究高分子樹脂的熱穩(wěn)定性n漫反射紅外光譜法在毒品檢驗中的應用n傅立葉變換紅外譜紅外顯鏡在交通事故物證檢驗上的應用紅外光譜鑒定鉆石真?zhèn)蝞因為鉆石珍貴，所以歷來有各種假

11、冒鉆石不斷問世，并充于世界各國寶石市場。它們早期主要是稱水鉆的人造鉛玻璃和天然的無色透明的中低檔寶石和礦石，如無色的蘭寶石，尖晶石，鋯石，黃玉，水晶。閃鋅礦，白鎢礦，后期主要是各種人工合成寶石和晶體，如除合成無色的蘭寶石，尖晶石，水晶外還有天然不常見的或沒有的金紅石，鈦酸鍶，鈮酸鋰，稱美國鉆的釔鋁榴石（YGA）與釔鎵榴石（GGG）和稱俄羅斯鉆的立方氧化鋯（CZ），以及最近二年又推出的最酷似鉆石的莫桑石也稱為合成碳硅石（SiC），它們都各自有酷似鉆石般的光澤外觀和具有接近鉆石般的某些主要物理性質(zhì)，（見表一所示），所以如有檢測不慎，就容易誤判。表1鉆石與各種假冒鉆石的主要物理性質(zhì)比較分類名稱硬度比

12、重折射率色散熱導儀檢測鉆石103.47-3.552.4170.044指示鉆石最新假冒鉆石碳硅石SIC9.53.222.65-2.690.104指示鉆石常見人工合成鉆石CZ立方氧化鋯8.55.6-6.02.15-2.180.065指示非鉆石YGA釔鋁榴石8.04.751.8330.028GGG釔鎵榴石6.57.052.0300.038水鉆鉛玻璃53.741.62-1.680.031不常見人工合成鉆石金紅石6.54.252.616-2.9030.330指示非鉆石鈦酸鍶5-65.132.4090.200鈮酸鋰5.64.642.21-2.300.130天然與人工都有的假鉆石無色透明蘭寶石93.99-4

13、.701.760-1.7680.018指示非鉆石無色透明尖晶石7.5-83.58-3.611.7190.020水晶52.651.544-1.5530.013天然的假冒鉆石鋯石7-7.53.90-4.001.92-1.980.039指示非鉆石黃玉83.561.619-1.6270.014閃鋅礦3.5-44.08-4.102.370.156白鎢礦55.1-6.11.92-1.9340.026 n檢測鉆石的各種方法的比較：n 根據(jù)鉆石的物理化學性質(zhì)，自古以來檢測鉆石的方法也在不斷地改進提高，從早期的憑感覺判斷，發(fā)展到后來中期用一些簡單的工具檢測，再到現(xiàn)在應用現(xiàn)代的科學儀器分析鑒定。大體可分三個階段，

14、現(xiàn)將這些方法列于表2比較如下：表二檢測鉆石的各種方法的比較階段 檢測內(nèi)容檢測內(nèi)容適用性判斷正確性操作缺點早期感官判斷觀察法金剛光澤,火彩,全反射棱角銳利親油脂適用不可靠簡便憑經(jīng)驗,易誤判涼卻感（舌尖）涼感強適用不可靠簡便憑經(jīng)驗,易誤判中期簡單工具檢測比重法比重適用不能方便相近比重的物質(zhì)不能判斷硬度法;硬度不宜用能正確判斷 較方便容易損傷鉆石折光儀法折光率適用不能不很方便對相近折光率的物質(zhì)不能判斷偏光鏡法偏光性適用不能方便對相同偏光性的物質(zhì)不能判斷后期儀器分析鑒定寶石顯微鏡觀察包體適用可能有誤判有時不能判斷較方便無包體的不能判斷要有豐富的觀包體的經(jīng)驗熱導儀法熱導適用有時會誤判 方便對SIC和拼合

15、石不適用X射線法物相分析不太適用能正確判斷 不方便對樣品會造成不同程度的損傷,嚴重可改變顏色紅外光譜法物質(zhì)的紅外光譜適用能正確判斷 方便.快捷還無各種寶石的紅外標準光譜圖結(jié)論n從以上的紅外譜圖可以到,所有的假冒鉆石與鉆石的紅外光譜是完全不相同的,這是因為紅外光譜是根據(jù)組成物質(zhì)分子中各種鍵和基團的振動決定的,原先它們的分子結(jié)構(gòu)不同,各種鍵和基團也不同,自然它們的紅外光譜就不同,所以用紅外光譜測試是完全能夠正確快速無損傷地鑒別鉆石與各種假冒鉆石. n由表2可以看出，雖然檢測鉆石的方法較多，但真正能鑒定鉆石真假的不多，到目前為止，除了紅外光譜外，其它方法均有不同程度的欠缺。n現(xiàn)在市場上出現(xiàn)的SIC都是屬六方晶系的，4H和6H型兩種構(gòu)成的a-SIC，所以在偏光鏡下，它呈明顯的幾明幾暗的非均質(zhì)體性質(zhì)，掌握這一特性加上熱導儀就能將它和鉆石區(qū)分，若以后合成出屬立方晶系的3C型-SIC（已有，但還比較少），就無法用這類方法來鑒別它了。n目前為止，已有人用紅外光譜來研究充填鉆，輻照鉆，合成鉆?？梢娂t外光譜對鉆石的分析研究及鑒定越來越深入，但它無法按國際的4C標準來評定鉆石的等級好壞。參考文獻n1方慧群，于俊生，史堅.儀器分析.北京:科學出版社,2002n2洪少良.有機物的剖析技術基礎.化學工業(yè)