苯甲酸的紅外光譜測定

關(guān)于苯甲酸的紅外光譜測定一、實驗目的1、掌握FTIR-650傅里葉變換紅外光譜儀的使用方法。2、掌握溴化鉀壓片法制備固體樣品的方法。3、初步了解紅外吸收光譜圖的解析。第2頁,共26頁，2024年2月25日，星期天

鹵化物壓片法壓片法也叫堿金屬鹵化物錠劑法。由于堿金屬鹵化物（如KCI、KBr、KI以及CsI等）加壓后變成可塑物，并在中紅外區(qū)完全透明，因而被廣泛用于固體樣品的制備。一般將固體樣品l～3.8mg放在瑪瑙研缽中，加100～300.mg的KBr或KCl，混合研磨均勻，使其粒度達到2.5um以下。將磨好的混合物小心倒入壓模中，加壓成型，就可得到厚約0.8mm的透明薄片。

KBr的吸濕性較強，即使在紅外燈烘烤下或在干燥箱中研磨，也不可避免地會吸收空氣中的游離水。為了除去游離水的干擾。常在相同條件下制備另一個純KBr透明薄片，作為補償，放在參比光路中。

第3頁,共26頁，2024年2月25日，星期天

壓片法的優(yōu)點：①沒有溶劑和糊劑的干擾，能一次完整地獲得樣品的紅外吸收光譜。②可以通過減小樣品的粒度來減少雜散光。從而獲得尖銳的吸收帶。③只要樣品能變成細粉，并且加壓下不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，都可用壓片法進行測試。④由于薄片的厚度和樣品的濃度可以精確控制，因而可用于定量分析。⑤壓成的薄片便于保存。值得注意的是：壓片法對樣品中的水分要求嚴格，因為，樣品含水不僅影響薄片的透明度，而且影響對化合物的判定。因此，要盡量采用加熱、冷凍或其它有效方法除水。樣品粉末的粒度對吸光度有影響，粒度越小，吸光度越大。因此，特別是做定量分析時，要求樣品粉末有均一的分散性和盡可能小的粒度。第4頁,共26頁，2024年2月25日，星期天二、測定原理

紅外光譜（IR譜）是一種分子振動—轉(zhuǎn)動光譜，它是由于分子的振動、轉(zhuǎn)動、分子間的能級躍遷產(chǎn)生的。純轉(zhuǎn)動400~3325~1000遠紅外

分子振動-轉(zhuǎn)動（基本振動區(qū)）4000~400

2.5~25中紅外OH、NH、CH及SH倍頻吸收區(qū)12820~40000.76~2.5近紅外能級躍遷類型波數(shù)(cm-1)波長

(m)區(qū)域紅外光譜區(qū)域的劃分第5頁,共26頁，2024年2月25日，星期天變形或彎曲振動面內(nèi)變形振動（δ）面外變形振動（γ）剪式振動（δ）面內(nèi)搖擺振動（ρ）面外搖擺振動（ω）扭曲變形振動（τ）

變形振動又稱變角振動。它是指基團鍵角發(fā)生周期變化而鍵長不變的振動。伸縮振動對稱伸縮振動反對稱伸縮振動

伸縮振動是指原子沿著價鍵方向來回運動，即振動時鍵長發(fā)生變化，鍵角不變?；菊駝有问椒诸?伸縮振動；變形振動第6頁,共26頁，2024年2月25日，星期天第7頁,共26頁，2024年2月25日，星期天非線型分子：H2O振動自由度=3N-6=3×3-6=3線型分子：CO2振動自由度=3N-5=3×3-5=4第8頁,共26頁，2024年2月25日，星期天H2O的紅外光譜

asOH3756cm-1

sOH3652cm-1

OH1595cm-1

當一定頻率的紅外光照射分子時，如果分子中某個基團的振動頻率和它一樣，二者就會產(chǎn)生共振。此時光的能量通過分子偶極矩的變化而傳遞給分子，這個基團就吸收一定頻率的紅外光產(chǎn)生共振躍遷。第9頁,共26頁，2024年2月25日，星期天理論上計算的一個振動，在紅外光譜上相應(yīng)產(chǎn)生一個基頻吸收帶。實際上，絕大多數(shù)化合物在紅外光譜圖上出現(xiàn)的峰數(shù)，遠小于理論上計算的振動數(shù)，這是由如下原因引起的：（1）沒有偶極矩變化的振動，不產(chǎn)生紅外吸收，即非紅外活性；（2）相同頻率的振動吸收重疊，即簡并；（3）儀器不能區(qū)別那些頻率十分相近的振動，或因吸收帶很弱，儀器檢測不出；（4）有些吸收帶落在儀器檢測范圍之外。第10頁,共26頁，2024年2月25日，星期天例如，線性分子CO2，理論上計算其基本振動數(shù)為：3N-5=4。其具體振動形式如下：←

→O═C═O對稱伸縮（無吸收峰）→←→O═C═O反對稱伸縮（2349cm-1）↑O═C═O↓

↓

面內(nèi)變形（667cm-1）↖

↖O═C═O

↘

面外變形（667cm-1）但在紅外圖譜上，只出現(xiàn)667cm-1和2349cm-1兩個基頻吸收峰。這是因為對稱伸縮振動偶極矩變化為零，不產(chǎn)生吸收。而面內(nèi)變形和面外變形振動的吸收頻率完全一樣，發(fā)生簡并。第11頁,共26頁，2024年2月25日，星期天CO2的紅外光譜

asC=O2349cm-1

彎曲振動666cm-1

第12頁,共26頁，2024年2月25日，星期天

每種化合物都可繪制出具有自身特征的紅外光譜圖。從而反映出整個分子的特征。據(jù)此我們可利用已知標準物對照或標準圖普查對法進行定性分析。對于某一特定的官能團或相關(guān)的化學鍵，不論分子中其他的結(jié)構(gòu)如何，它總是在相同或幾乎相同的頻率或波數(shù)處產(chǎn)生特征的吸收譜帶。我們可以根據(jù)IR譜圖上各種化學鍵及官能團在某一相對固定的波長范圍內(nèi)顯示其特征吸收峰的位置來鑒別分子所含有的特征官能團和化學鍵的類型，進而確定化合物分子的結(jié)構(gòu)。

C=C~1600cm-1,~1580cm-1(雙峰),~1500cm-1(s),~1450cm-1

→鑒定有無芳環(huán)存在第13頁,共26頁，2024年2月25日，星期天特征區(qū)與指紋區(qū)特征區(qū)：4000~1300cm-1(2.5~7.69μm)包括：

X-H伸縮振動區(qū)(4000~2500cm-1)

三鍵及累積雙鍵伸縮振動區(qū)(2500~1900cm-1)

雙鍵伸縮振動區(qū)(1900~1200cm-1)

X-H彎曲振動區(qū)(1650~1350cm-1)該區(qū)是進行官能團定性的主要依據(jù)

指紋區(qū)：1300~400cm-1(7.69~25μm)包括：單鍵的伸縮振動；多數(shù)基團的彎曲振動查找相關(guān)吸收峰第14頁,共26頁，2024年2月25日，星期天三、主要試劑及規(guī)格溴化鉀（光譜純）苯甲酸（分析純）四、主要儀器FTIR-650傅里葉變換紅外光譜儀瑪瑙研缽壓片機壓片機模具紅外燈第15頁,共26頁，2024年2月25日，星期天第16頁,共26頁，2024年2月25日，星期天第17頁,共26頁，2024年2月25日，星期天五、實驗步驟1、開機步驟（1）按主機后側(cè)的電源開關(guān)，開啟主機，加電后，開始有一個自檢過程（約30秒），主機加電后至少要等待15分鐘，等電子部分和光源穩(wěn)定后，才能進行測量。（2）開啟電腦，運行操作軟件，檢查電腦與主機通訊是否正常。（3）紅外光譜儀儀器需在每天使用前進行較正，較正方法是：單擊“采集”菜單下的“實驗設(shè)置”選擇“診斷”觀察各項指標是否正常。選擇“光學臺”觀察增益值是否在可接受范圍內(nèi)。第18頁,共26頁，2024年2月25日，星期天第19頁,共26頁，2024年2月25日，星期天T-

曲線→前密后疏T-曲線→前疏后密第20頁,共26頁，2024年2月25日，星期天2、測量步驟（1）將樣品（≈2mg）置于瑪瑙研缽中。再加入100～200mg干燥的KBr粉末，充分磨細混勻（向同一方向研磨）。（2）將磨好的粉末移置壓片模具中，使其分布均勻，中心可以高一點，并輕輕轉(zhuǎn)動幾周。將模具置于壓片機上，在20MPa壓力下壓制，保持3分鐘，制成透明式樣薄片。（3）拆除樣膜，將試樣薄片裝在試樣架上，放在紅外光譜儀光路中，掃描圖譜。注意：掃描前先粗測透光率是否大于40%。若大于或等于40%，按儀器操作方法掃描圖譜。若未達到40%，則需重新壓片。（4）打印所得圖譜及吸收峰的數(shù)據(jù)（波數(shù)和透光率）。（5）退出FTIR軟件系統(tǒng)；按儀器后側(cè)電源開關(guān)，關(guān)閉主機。（6）實驗結(jié)束后，取下試樣架，取出薄片，按要求將模具、試樣架等擦凈收好。第21頁,共26頁，2024年2月25日，星期天苯甲酸紅外譜圖第22頁,共26頁，2024年2月25日，星期天六、測定結(jié)果分析查閱文獻資料，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)推測苯甲酸分子中各官能團或化學鍵相應(yīng)的吸收峰的情況及位置，推斷分子結(jié)構(gòu)。思考題：用壓片法制樣時，為