苯甲酸紅外吸收光譜的測繪

浙江科技學院生物與化學工程學院儀器分析實驗報告姓名：蔣穎健 學號：51104200013 班級：化工111實驗名稱：苯甲酸紅外吸收光譜的測繪一一kBr壓片法制樣一、實驗目的1、 學習用紅外吸收光譜進行化合物的定性分析。2、 掌握用壓片法制作固體式樣晶片的方法。3、 熟悉紅外分光光度計的工作原理及其使用方法。4、 學習查閱薩特勒標準紅外光譜的方法。二、實驗原理紅外光譜中4000~1350Cm-1區(qū)域稱為基團特征頻率區(qū)。因為在化合物分子中，同一類型的原子基團振動頻率非常相近，總是出現(xiàn)在某一特定范圍內(nèi)。例如CH3(CH2)5CH3CH3(CH2)4C=n和CH3(CH2)5CH=CH2等分子中都有CH3、基團，它們的伸縮振動頻率與圖11-1正癸烷分子的紅外吸收光譜中CH3、CH2-1基團的伸縮振動頻率一樣都出現(xiàn)在3000~2800Pm范圍內(nèi)，因此認為這一區(qū)域是C h伸縮振動的特征頻率。這個與一定結(jié)構(gòu)單元相聯(lián)系的振動頻率稱為基因頻率。但是當統(tǒng)一類型的基團處于不同物質(zhì)中時， 它們的振動頻率又有差別，這是因為同種基團在不同化合物分子中所處的化學環(huán)境有所不同， 使振動頻率發(fā)生一定移動，所以這種差別常常反映出分子結(jié)構(gòu)的特點。例如羰基( C=O)的伸縮_ _ , -1|" 、 ■A *1 1820~1750cm;在酯類中，振動頻率在1600~1860cm范圍內(nèi)，當它處于酸酐中時，(t(1 1820~1750cm;在酯類中，(r(C=o)為17150~1725cm;在酮類化合物中，1(C=o)為1725~1710cm;與苯環(huán)共軛時，如乙酰苯中c(C=o)為111695~1680cm，在酰胺中，c(C=o)為1650cm等。因此在基團特征頻率區(qū)

內(nèi)，根據(jù)所掌握的各種基團頻率及其位移規(guī)律，就可確定有機化合物分子中存在的原子基團及其在分子中的相對位置。1紅外光譜中1350~650Cm-區(qū)域常稱作指紋區(qū)。由于各單鍵的伸縮振動、含氫基團的彎曲振動以及它們之間的發(fā)生的振動耦合大部分出現(xiàn)在這一區(qū)域， 使該區(qū)域吸收帶變得很復雜，許多譜峰無法歸屬?；衔锝Y(jié)構(gòu)上的微小差異也許并不影響基團特征頻率區(qū)的譜峰，但會使這一區(qū)域的譜峰產(chǎn)生明顯差別，猶如人的指紋因人而異一樣。由于絕大部分有機物的紅外光譜比較復雜，特別是指紋區(qū)的許多譜峰無法——歸屬，因此，僅僅依靠對紅外光譜圖的解析常常難以確定有機物的結(jié)構(gòu)， 通常還需要借助于標準試樣或紅外標準譜圖。同一物質(zhì)在相同的測定條件下測得的紅外光譜有很好的重復性，如果兩張圖譜中各吸收峰的位置、形狀及其相對吸收強度一致，則兩個化合物具有相同的結(jié)構(gòu)。因此，可以通過比對試樣與標準物的紅外光譜，或比較試樣的紅外光譜與紅外標準光譜，進行足性分析。傅里葉變換紅外光譜儀如UnUnNn原理框圖干涉儀圖睥ETTR圖如UnUnNn原理框圖干涉儀圖睥ETTR圖14-10傅里葉變換紅外、吸收光譜儀工件原理示意圖S—光源*M」一定彳斜My—動鏡；分束器*D一探測器*&一樣品.A—放大器|A/D—模敷轉(zhuǎn)換器卜D/A—數(shù)棱轉(zhuǎn)換器卜乩一錘盤*O—外部設備傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）是20世紀70年代出現(xiàn)的新一代紅外光譜測量技術和儀器。這種新技術具有采樣速度快、分辨率和波數(shù)精度高、光譜范圍寬、靈敏度高等優(yōu)點，因而發(fā)展迅速，將逐步取代色散型紅外光譜儀。FTIR主要由光源、邁克爾遜干涉儀、檢測器和計算機等組成。它沒有單色器，在工作原理上與色散型紅外光譜儀有很大不同。 FTIR的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖11-11所示。由光源發(fā)出的光經(jīng)過干涉儀轉(zhuǎn)變成干涉光，干涉光中包含了光源發(fā)出的所有波長光的信息。當干涉光通過試樣時某一些特定波長的光被試樣吸收，所以檢測器檢測到的是含有試樣信息的干涉光， 通過模數(shù)轉(zhuǎn)換送入計算機得到試樣的干涉圖，在經(jīng)過計算機快速傅里葉變換后得到吸光度或透光率隨頻率或波長變化的紅外光譜圖。與色散型紅外光譜儀不同， FTIR儀器沒有光柵或棱鏡等色散元件，干涉儀也沒有把光按頻率分開，而只是將各種頻率的光信號經(jīng)干涉作用調(diào)制成為干涉圖函數(shù)，然后由計算機作傅里葉變換把干涉圖計算轉(zhuǎn)換為常見的紅外光譜圖。因此，F(xiàn)TIR的采樣速度非?？欤s1秒鐘就可獲得全頻域的光譜響應。傅立葉變換紅外光譜儀：它根據(jù)光的相干性原理設計，是一種干涉型光譜儀。它沒有色散元件，傅立葉變換紅外光譜儀主要由光源、干涉儀（邁克遜 ）、吸收池（樣品室）、檢測器、計算機和記錄系統(tǒng)等組成。傅立葉變換紅外光譜儀將各種頻率的光信號經(jīng)干涉作用后調(diào)制成干涉圖， 即時間域光譜圖，然后用計算機進行快速傅立葉變換，換算成頻率域光譜圖即紅外光譜圖。三、實驗步驟1?開啟空調(diào)機，使室內(nèi)溫度控制在18?20C,相對濕度三65%2?苯甲酸標樣、試樣和純漠化鉀晶片的制作取預先在110C下烘干48h以上，并保存在干燥器內(nèi)的漠化鉀150mg左右，置于潔凈的瑪瑙研？中，研磨成均勻、細小的顆粒，然后轉(zhuǎn)移到壓片模具上，依次放好各部件后，把壓模置于壓片上，旋轉(zhuǎn)壓力絲桿手輪壓緊模具，順時針旋轉(zhuǎn)放油閥至底部，然后一邊抽氣，一邊緩慢上下移動壓把，開始加壓至1X105?1.2X05kPa（約100?120kg?cm-2）時，停止加壓，維持3?5min,反時針旋轉(zhuǎn)放油閥，解除加壓，壓力表指針指“0”旋松壓力絲桿手輪取出壓模，即可得直徑為1?2mm,厚1?2mm透明的漠化鉀晶片，小心從壓模中取出晶片，并保存于干燥器內(nèi)。另取一份150mg左右漠化鉀置于潔凈的瑪瑙研？中，加入2?3mg優(yōu)級純苯甲酸，同上操作研磨均勻、壓片并保存在干燥器中。再取一份150mg左右漠化鉀置于潔凈的瑪瑙研？中，加入2?3mg苯甲酸試樣，同上操作制成晶片，并保存在干燥器中。3.下面以AVATAR360FTIR（美國尼高力公司）為例介紹FTIR儀器的操作要領。（1）開機打開儀器光學臺（主機的電源開關）；打開計算機的電源開關，雙擊“EZOMNICE.S.P.”圖標，打開“OMNIC”應用軟件；（2） 檢查光譜儀的工作狀態(tài)在“OMNIC”窗口“光學臺狀態(tài)（BenchStatus”指示顯示綠色“2”，即為正常。（3） 設置光譜收集參數(shù)包括采集的波數(shù)范圍、掃描次數(shù)、光譜分辨率、顯示所收集數(shù)據(jù)的形式（如以透光率為縱坐標等）。（4） 采集試樣的光譜圖因AVATAR360FTIR是單光束儀器，所以必須采集和扣除背景。按計算機窗口顯示的提示，在確認光路中沒有試樣時，采集背景的干涉圖；將制好的試樣插入試樣支架上，然后采集試樣的干涉圖。計算機將自動作傅里葉變換，并作背景扣除處理。在計算機窗口中顯示出扣除背景后的試樣紅外光譜圖。（5） 光譜處理將采集得到的試樣光譜圖從透光率的形式轉(zhuǎn)變?yōu)槲舛鹊男问剑骰€校正、平滑等處理，然后重新轉(zhuǎn)換為透光率的形式，并根據(jù)需要在圖上標注一些重要吸收峰的頻率。（6） 光譜數(shù)據(jù)的打印或存盤。（7） 從試樣架上移走試樣。四、實驗條件儀器1.AVATAR370FTIR壓片機和壓片模具瑪瑙研缽紅外干燥燈，試樣勺，鑷子等試劑苯甲酸標樣，漠化鉀均為優(yōu)級純實驗條件壓片壓力300 ?400kgf/cm2測定波數(shù)范圍4個波數(shù)參比物空氣掃描次數(shù)16室內(nèi)溫度18?20C室內(nèi)相對濕度＜65%五、數(shù)據(jù)記錄及處理（附原始圖）分析:圖示見下一頁六、實驗結(jié)果及討論注意事項：制的的晶片必須無裂痕， 局部霧發(fā)白現(xiàn)象，如同玻璃般完全透明， 否則應重新制作。晶片局部發(fā)白，表示壓制的晶片厚薄不勻；晶片模糊，表示晶體吸潮，水在光譜圖3450cm和-11640cm處出現(xiàn)吸收峰。根據(jù)實驗條件，將傅里葉變換紅外光譜儀按儀器操作步驟調(diào)節(jié)至正常。將漠化鉀參比晶體和苯甲酸標樣晶片分另憎于主機的參比窗口和試樣窗口上。 繪測苯甲酸標樣的紅外吸收光譜。在相同的實驗條件下，繪測苯甲酸試樣的紅外吸收光譜。思考題：紅外吸收光譜測繪時，對固體試樣的制樣有河要求？答：要分散均勻，還必須透光。如何著手進行紅外吸收光譜的定性分析？先看 團的再看指紋區(qū)紅外光譜實驗室為什么要求溫度和相對濕度維持一定的指標？答：一個很重要的原因是紅外光譜儀器中有幾個作用較大且比較貴重的光鏡是用 KBr做的，極易受潮，溫度或濕度過高都會造成光鏡的損壞，一般溫度不能超過 25度，濕度最好在45%以下，另外要補充的是只要是高精密的儀器，對室內(nèi)的溫濕度都是有要求，能起到保持儀器的精密度、減緩儀器的老化的作用。仔細閱讀薩特勒標準紅外光譜圖，寫出苯甲酸的標準紅外光譜圖中提供的其他重要信息？答：①708cm—1的苯環(huán)單取代CH面外彎曲特征吸收峰； 3071cm—1苯環(huán)上CH伸縮振動吸收峰；1601,1583,1496,1453cm—1內(nèi)出現(xiàn)的四個峰是碳碳雙鍵的特征峰，并在苯環(huán)上。②在1689cm—1處有強吸收峰是羧酸中的羧基振動產(chǎn)生； 3400—2500cm—1處有寬吸收峰為羧酸的羥基伸縮振動吸收峰；在1292cm—1有C—O伸縮特征吸收峰，933cm—1存在OH面外彎曲，1423cm—1OH面內(nèi)彎曲特征吸收峰。在薩特勒標準紅外光譜圖集中