PC紅外光譜分析

PC紅外光譜分析1測試原理

原理：EARLYGOAL當紅外光源發(fā)出的紅外光經(jīng)過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射向動鏡M,再反射回分束器，然后射向樣品到達檢測器D。光束I射向定鏡并由定鏡反射射向分束器，透過分束器射向樣品，與光束I在檢測器匯合。到達檢測器的兩束光的光程差隨動鏡M的往復移動做周期性的變化，在檢測器得到的光的強度變化為余弦形式的光干涉圖。當一束具有連續(xù)波長的紅外光通過物質，物質分子中某個基團的振動頻率或轉動頻率和紅外光的頻率一樣時，分子就吸收能量由原來的基態(tài)振（轉）動能級躍遷到能量較高的振（轉）動能級，分子吸收紅外輻射后發(fā)生振動和轉動能級的躍遷，該處波長的光就被物質吸收。所以，紅外光譜法實質上是一種根據(jù)分子內部原子間的相對振動和分子轉動等信息來確定物質分子結構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，就得到紅外光譜圖。紅外光譜圖通常用波長或波數(shù)為橫坐標，表示吸收峰的位置，用透光率（T%）或者吸光度（A）為縱坐標，表示吸收強度。當外界電磁波照射分子時，如照射的電磁波的能量與分子的兩能級差相等，該頻率的電磁波就被該分子吸收，從而引起分子對應能級的躍遷，宏觀表現(xiàn)為透射光強度變小。電磁波能量與分子兩能級差相等為物質產(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儀器結構傅里葉紅外光譜儀結構圖，主要由光源、邁克爾遜干涉儀、監(jiān)測器和計算機組成。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和動鏡M，光束分裂器和檢測器等構

成，動鏡周期性沿箭頭方向移。3

試樣測試紅外光譜測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試架中進行測定。黏度大的試樣可直接涂在一一片鹽片上測定。也可以用KBr粉末壓制成錠片來替代鹽片。對于沸點較低、揮發(fā)性較大的試樣或黏度小且流動性較大的高佛點樣品可以注入封閉液體池中進行測試，液層厚度一般為0.01~1mm。液體池法是紅外光譜測量中，將樣品制備溶液的形式進行測量的方法。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、模具和瑪瑙研缽，如圖3-5所示。將測待測樣品與干燥的KBr或KCl按1:100的配比在瑪瑙研缽中研細(粒徑在2.5μm以下)，因為KBr、KCl在中紅外區(qū)(4000~400cm-1)完全透明，沒有吸收峰。將樣品與KBr(或KCl)混合物均勻裝入壓模器的模腔內，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試架進行紅外光譜測試。b.石蠟糊法。將干燥處理后的試樣研細，與液體石蠟或全氟代烴混合，調成糊狀，夾在鹽片中測試。C.薄膜法。主要用于高分子化合物的測定，對于-一些低熔點的低分子化合物也可應用?？蓪⑺鼈冎苯蛹訜崛廴诤笸恐苹驂褐瞥赡ぃ部蓪⒃嚇尤芙庠诘头悬c的易揮發(fā)溶劑中，徐到鹽片上，待溶劑揮發(fā)后成膜來測定。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進行測定，但需先將氣槽抽真空，然后注入被測試樣。對于一些特殊樣品，如:金屬表面鍍膜，無機涂料板等試樣，可以采用特殊智能附件。如:鏡反射、ATR、漫反射等進行測試，具體詳見附件的使用說明書。注意，試樣的制備和處理方法對紅外光譜圖的質量影響非常大。在制備樣品時應注意以下幾點:①試樣的濃度和厚度應適當。濃度太小，厚度太薄，弱的吸收峰和光譜的細微部分不能顯示出來;濃度過大，過厚，主要的譜帶都吸收到頂，彼此連成一-片，看不出準確的波數(shù)位置和精細結構。②試樣中不能有游離水。水的存在不僅會侵蝕吸收池的鹽窗，而且水分本身在紅外區(qū)有吸收會影響測試結果。③試樣應該是單--組分的純物質。多組分的試樣在測定前應盡量預先進行組分分離。否則，各組分光譜相互重疊，以致對圖譜無法進行正確的解釋。④溴化鉀對鋼制模具表面的腐蝕性很大，模具用后須及時清洗干凈，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.開機前先檢查各個部件是否連接好，處于零點狀態(tài)。2.打開穩(wěn)壓電源開關，稍等片刻，當電壓穩(wěn)定在220V后，打開主機電源，預熱一至二小時方可進行正常實驗操作。3.實驗時固體樣品可用壓片法先制樣，KBr與樣品按100：1的質量比混合后用瑪瑙研缽于紅外燈下研細，然后移入壓片機中壓片，將片子固定在樣品架上方可測試。4.液體樣品可用液膜法測定，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試。5.打開響應的軟件，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，將譜圖切入當前窗口對其進行處理。6.傅里葉紅外光譜儀實驗完畢后，關閉電源，使儀器恢復原狀，并進行必要的整理和清潔工作。結果分析5紅外光譜圖解析方法:紅外光譜解析是利用基團振動頻率與分子結構的關系，確定吸收譜帶的歸屬，確認分子中基團或鍵的存在。一般先從官能區(qū)(4000~1350cm-1)入手，按紅外光譜圖上出現(xiàn)的強峰到弱峰的順序，依次確認可能存在的基團，并結合指紋區(qū)(1350~850cm-1)的吸收峰加以肯定。指紋區(qū)雖沒有明顯的基團或鍵與特征振動頻率的對應關系，但它能反映整個分子結構的特點，尤其是對分子骨架的振動吸收很敏感。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)樣品的來源、性能以及使用等情況，并結合其譜圖特征，初步區(qū)分樣品的類別。然后與圖庫類似高聚物的標準紅外譜圖一-比對，作出定性分析。但在對照譜圖時應考慮制樣條件對譜帶位置、形狀和強度的影響。②否定法。根據(jù)紅外光譜寫分子結構的關系，當譜圖中出現(xiàn)某些波數(shù)的吸收峰就可推斷某基團的存在。當譜圖中不出現(xiàn)某吸收峰時，則否定該種基團的存在的可能。實踐中，一般先檢查官能區(qū)(1300cm-1以上)，確定沒有哪些官能團，再查1000cm-1以下的區(qū)域，檢查是否存在碳氫鍵面外振動形式，最后檢查1000~1300cm-1區(qū)域，就可確定沒有哪些基團了。③肯定法。由于聚合物每種分子都具有特征的紅外光譜，譜圖上的每個吸收譜帶代表分子中某一基團或鍵的一種振動形式，由特征吸收譜帶的位置、強度和形狀確定所含基團或鍵的類型。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;②從1500cm-1和1590em-1吸收峰的出現(xiàn)，推斷有苯環(huán)骨架振動，820cm-1是對位取代苯環(huán)上相鄰兩個氫的面外彎曲振動，而1700~2000cm-1的一組不強的吸收帶是苯環(huán)的C-H面外彎曲振動的倍頻和合頻，證明有苯環(huán)的存在;③1760cm-1是C=0的伸縮振動譜帶，但頻率比一般的碳基高些，可能存在由相連接的基團或原子的誘導效應的影響造成的。1220、1190、1160cm-1等譜帶是C--0的伸縮振動吸收帶(見附錄1-2)，1080cm~1和1050cm-