红外光谱仪的使用.doc

红外吸收光谱的使用 一、实验目的 (1) 了解红外光谱仪的基本结构和工作原理； 学习红外光谱仪的样品制备方法； 学习红外光谱仪的操作； 掌握红外光谱的分析 二、红外吸收光谱仪的基本结构和工作原理 2.1 分子振动 振动光谱是指物质因受光的作用，引起分子或原子基团的振动，从而产生对光的吸收。如果将透过物质的光辐射用单色器加以色散，使波长按长短依次排列，同时测量在不同波长处的辐射强度，得到的是吸收光谱。如果用的光源是红外光波长范围，即0.78~10000um，就是红外吸收光谱；如果用的是强单色光，如激光，产生的是激光拉曼光谱。 物质对光的吸收具有选择性： 1）核外电子对光子的吸收，吸收范围（1~20eV）使其由基态跃迁到激发态。 2）分子振动对光子的吸收，吸收范围（0.05~1eV） 3）分子转动对光子的吸收，吸收范围（0.05eV以下） （2）分子振动模型： （3）分子振动吸收条件 I 分子振动频率与红外光谱段的某频率相等； II 分子在振动过程中，能引起偶极矩的变化； III 必须遵守旋律原则。 2.2 红外光谱 红外光谱的表示 连续的红外光与分子相互作用时，若分子中原子间的振动频率恰好与红外波段的某一频率相等时就会引起共振，使光的透射强度减弱。 （3）红外光谱图的特征 I 谱带数目 II 吸收带的位置 III 谱带的形状 IV 谱带的强度 （4）影响红外光谱图的因素 （5）红外谱带的划分 I 特征谱带区：（4000~1333 cm^-1，或2.5~7.5um） II 指纹谱带区：（1333~ 667 cm^-1 ，或7.5~15 um） （6）红外吸收光谱的特点 I 特征性高； II 不受物质的物理状态的限制，气、液、固均可测定； III 所需测定的样品数量极少，只需几毫克甚至几微克； IV 操作方便，测定速度快，重复性好； V 已有的标准图谱较多，便于查阅。 VI 缺点和局限性：灵敏度和精确度不够高，含量1%就难以测出，目前多用于定性分析。 （7）红外吸收光谱的测试功能 a．可以确定化合物的类别（芳香类） b．确定官能团：例：—CO—，—C＝C—，—C≡C— c．推测分子结构（简单化合物） d．定量分析 2.3 红外吸收光谱仪 色散型红外光谱仪一般均采用双光束。将光源发射的红外光分成两束，一束通过试样，另一束通过参比，利用半圆扇形镜使试样光束和参比光束交替通过单色器，然后被检测器检测。当试样光束与参比光束强度相等时，检测器不产生交流信号；当试样有吸收，两光束强度不等时，检测器产生与光强差成正比的交流信号，从而获得吸收光谱。 1 . 光源 红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体，用电加热使之发射高强度的连续红外辐射。 常用的是Nernst灯或硅碳棒。Nernst灯是用氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结而成的中空棒和实心棒。工作温度约为1700℃，在此高温下导电并发射红外线。但在室温下是非导体，因此，在工作之前要预热。它的特点是发射强度高，使用寿命长，稳定性较好。缺点是价格比硅碳棒贵，机械强度差，操作不如硅碳棒方便。硅碳棒是由碳化硅烧结而成，工作温度在1200-1500℃左右。 2 . 吸收池 因玻璃、石英等材料不能透过红外光，红外吸收池要用 可透过红外光的NaCl、KBr、CsI、KRS-5（TlI 58%，TlBr42%）等材料制成窗片。用NaCl、KBr、CsI等材料制成的窗片需注意防潮。固体试样常与纯KBr混匀压片，然后直接进行测定。 3 . 单色器 单色器由色散元件、准直镜和狭缝构成。 色散元件常用复制的闪耀光栅。由于闪耀光栅存在次级光谱的干扰，因此，需要将光栅和用来分离次光谱的滤光器或前置棱镜结合起来使用。 4 . 检测器 常用的红外检测器有 高真空热电偶、热释电检测器和碲镉汞检测器。 记录系统 三、样品制备方法 3.1 制样要求 要获得一张高质量红外光谱图，除了仪器本身的因素外，还必须有合适的样品制备方法。红外光谱法对试样的要求 I 试样应该是单一组份的纯物质，纯度应 98% 或符合商业规格，才便于与纯物质的标准光谱进行对照。多组份试样应在测定前尽量预先用分馏、萃取、重结晶或色谱法进行分离提纯，否则各组份光谱相互重叠，难于判断。 II 试样中不应含有游离水。水本身有红外吸收，会严重干扰样品谱，而且会侵蚀吸收池的盐窗。 III 试样的浓度和测试厚度应选择适当，且均匀，以使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于10%~80%范围内。 3.2 制样方法 （1）固体样品制样方法 １）压片法，是把固体样品的细粉，均匀地分散在碱金