苯甲酸红外吸收光谱的测定

1、Sichuan University苯甲酸的红外光谱的测定苯甲酸的红外光谱的测定四川大学化学学院四川大学化学学院罗婷婷罗婷婷1343802683313438026833Sichuan University目的要求目的要求 1. 巩固红外吸收光谱分析法的理论知识。巩固红外吸收光谱分析法的理论知识。 2. 了解红外光谱仪的结构及工作原理。了解红外光谱仪的结构及工作原理。 3. 掌握一般固体样品的压片制样操作技术。掌握一般固体样品的压片制样操作技术。 4. 熟练操作压片机和红外光谱仪。熟练操作压片机和红外光谱仪。Sichuan University一、一、基本原理基本原理v 1.1 1.1 红外辐射

2、以及红外光谱法特点红外辐射以及红外光谱法特点v 1.2 1.2 红外吸收产生原因红外吸收产生原因v 1.3 1.3 红外光谱分区红外光谱分区Sichuan University 1.1.1 1.1.1 什么是红外辐射什么是红外辐射? ?v 1800年英国天文学家赫谢尔测量太阳光可见区内外温度，发现红色光以外部分温度比可见光高。v 电磁波波长范围：0.76 - 0.8 m 至1 mm。红外辐射红外辐射紫外光：X射线：伽马射线：美国试验与材料协会（ASTM）规定：NIR：700nm-2500nmSichuan University 1.1.2 1.1.2 红外光谱法特点红外光谱法特点v通常红外吸收

3、带的波长位置与吸收谱带的强度，反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团；v吸收谱带的吸收强度与分子组成或化学基团的含量有关，可用以进行定量分析和纯度鉴定；v特征性强，测定快，试样用量少，不需要破坏试样，操作简单；v应用范围广泛；v能分析各种状态的试样。Sichuan University1.2.1 1.2.1 能级跃迁示意图能级跃迁示意图v电磁波与分子相互作用时产生能级跃迁：v电子能级跃迁紫外、可见吸收和荧光发射光谱v振动能级跃迁红外光谱和拉曼散射光谱v转动能级跃迁远红外光谱和转动拉曼光谱Sichuan University1.2.2 1.2.2 红外光谱法原理总结

4、红外光谱法原理总结v当样品受到红外光照射时，分子吸收了某些当样品受到红外光照射时，分子吸收了某些特定频率特定频率的辐射，并由其的辐射，并由其振动振动或转动运动引起偶极矩的变化或转动运动引起偶极矩的变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁的跃迁, ,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光在不同波使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光在不同波数处的吸收曲线，就得到红外光谱。数处的吸收曲线，就得到红外光谱。v 红外光谱是鉴别物质和分析物质化学结构的有效手段，已被广泛应用于红外光谱是鉴别物质和分析物质化学结构的有效手段，已被广泛应用于物

5、质的定性鉴别、物相分析和定量测定。不同化合物有不同红外光谱图。物质的定性鉴别、物相分析和定量测定。不同化合物有不同红外光谱图。Sichuan University1.2.3 产生红外吸收的条件产生红外吸收的条件 辐射光子具有的能量与分子发生振动跃迁所需的跃迁能量相等。 只有能引起分子偶极矩变化（0）的振动，才能观察到红外吸收光谱。非极性分子在振动过程中无偶极矩变化，故观察不到红外光谱。Sichuan University 1.3.1红外光区的划分红外光区的划分 红外光谱在可见光区和微波光区可见光区和微波光区之间，波长范围约为 0.75 -1000m，根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光区分

6、为三个区：近红外光区近红外光区（0.75 - 2.5m ），中红外光区中红外光区（2.5 2.5 - -2525m m ），），远红外光区远红外光区（25 -1000m ）Sichuan University1.3.2 1.3.2 红外光谱的基团频率红外光谱的基团频率Sichuan University二、红外光谱仪二、红外光谱仪v 2.1 2.1 红外光谱仪的分类红外光谱仪的分类v 2.2 2.2 傅立叶变换红外谱仪的结构傅立叶变换红外谱仪的结构v 2.3 2.3 傅立叶变换分光的原理傅立叶变换分光的原理Sichuan University2.1.1 2.1.1 红外光谱仪的类型红外光谱仪的

7、类型v色散型红外光谱仪(Dispersive Infrared Spectrometer）：用棱镜或衍射光栅分光v1930年第一台棱镜分光单光束v1946年棱镜分光双光束v60年代光栅分光v傅立叶变换红外光谱仪(Fourier Transform IR Spectrometer）：用干涉仪代替色散装置v70年代傅立叶变换光谱仪Sichuan University2.1.2 2.1.2 傅里叶变换红外光谱仪的优点傅里叶变换红外光谱仪的优点v高光通量v高信噪比v波数精度高v杂散光低v目前所使用的基本为傅立叶变换红外光谱仪Sichuan University2.2.1 2.2.1 傅立叶变换红外谱仪

8、的结构傅立叶变换红外谱仪的结构Sichuan University 傅里叶变换红外光谱仪结构框图傅里叶变换红外光谱仪结构框图干涉仪干涉仪光源光源样品室样品室检测器检测器显示器显示器绘图仪绘图仪计算机计算机干涉图干涉图光谱图光谱图FTSSichuan University2.2.2 2.2.2 红外光源红外光源v光源是FTIR光谱仪中关键部件之一v红外光源通常为惰性固体物质， 电热可达15002000Kv钨灯(或卤钨灯)：近红外区v陶瓷光源：中、远红外区v高压汞弧：远红外区Sichuan University2.2.3 2.2.3 干涉仪（核心部件）干涉仪（核心部件）v 迈克尔逊干涉仪v 法布里

9、-伯洛干涉仪v 同光路塞格耐克干涉仪Sichuan University迈克尔逊干涉仪工作原理迈克尔逊干涉仪工作原理分束器补偿板板固定镜 动镜 (恒定速度度)来自光源 至检测器1)由两个互成角度的平面镜与分束器构成。2)一部分红外入射光经分束器透射到动镜，其余的则反射至固定镜。3)傅里叶变换红外光谱仪基于光的干涉，分别来自动镜与定镜的红外光由于光程差发生干涉，得到干涉图。4)干涉图通过傅里叶变换转成红外光谱图。Sichuan University2.2.4 2.2.4 检测检测器器v热电检测器v入射辐射加热材料时引起表面电荷变化：中红外区v钽酸锂 (LiTaO3)v氘代硫酸三甘肽( DTGS,

10、 deuterated triglycine sulfate detector )v高灵敏度的氘代L-丙氨酸硫酸三甘肽( DLATGS, deuterated L-alanine triglycine sulfate ) ：中、远红外区v光电导检测器v吸收辐射材料电阻降低v碲镉汞化物(MCT, Mercury Cadmium Telluride)，高灵敏、快 速响应： 中红外vInGaAs，PbS，InSb ： 近红外Sichuan University1）气体）气体气体池气体池2）液体：）液体：液膜法液膜法难挥发液体（难挥发液体（BP80）溶液法溶液法液体池液体池溶剂：溶剂： CCl4 ，C

11、S2常用。常用。3) 固体固体:研糊法研糊法（液体石腊法）（液体石腊法）KBr压片法压片法薄膜法薄膜法三、制样与测试三、制样与测试 Sichuan University3.1.1 3.1.1 固体样品常规制样固体样品常规制样v压片法：(1-2mg)样品和(100-200mg)KBr研细均匀,试样和KBr都应经干燥处理,同一方向研磨到粒度小于2um,以免散射光影响,压成厚度小于0.5mm的透明薄片,以免产生干涉条纹。v研糊法：固体样品与稀释剂(石蜡油、氟油、六氯丁二烯)研磨调糊，消除水峰的干扰。v成膜法：高分子样品等可用热压膜机制膜,某些固体样品溶解在溶剂中，溶剂蒸发成膜； 把熔融得样品压成薄膜

12、。Sichuan University3.2.1 3.2.1 液体样品常规制样液体样品常规制样v液体池：固定厚度、可拆液体池、密封液体池固定厚度液体池：主要用于定量分析;可拆液体池：用于粘度比较大，不易挥发性液体;密封液体池：用于黏度比较小，易挥发性液体。v液膜法：沸点高且粘稠的液体直接涂在窗片上，在红外灯下烘干片刻，以便除去样品可能吸收的微量水分。沸点低且粘度小的液体可以将样品放到二个盐片之间制成一个液膜进行测定。 Sichuan University3.2.2 3.2.2 仪器与试剂仪器与试剂1.仪器仪器 Nicolet 5700型和岛津型和岛津IRAffinity-1S红外光谱仪红外光谱

13、仪 压片机、模具及样品架压片机、模具及样品架 玛瑙研钵、红外灯玛瑙研钵、红外灯 不锈钢药匙、镊子不锈钢药匙、镊子Sichuan University2.2.试剂试剂 苯甲酸（分析纯苯甲酸（分析纯A.R） 溴化钾溴化钾KBr（光谱纯）（光谱纯） 无水乙醇（分析纯）无水乙醇（分析纯） 脱脂棉及擦镜纸脱脂棉及擦镜纸Sichuan University3.准备工作准备工作开机：打开红外光谱仪主机电源，预热开机：打开红外光谱仪主机电源，预热20min20min，接着打开计，接着打开计算机，启动算机，启动OMINCOMINC工作站，确定主机与工作站联络正常。工作站，确定主机与工作站联络正常。用分析纯的用分

14、析纯的无水乙醇无水乙醇蘸在脱脂棉上清洗玛瑙研钵，擦镜纸蘸在脱脂棉上清洗玛瑙研钵，擦镜纸擦拭后，再放在红外灯下彻底烘干。擦拭后，再放在红外灯下彻底烘干。Sichuan University 4.试样的制备试样的制备 用药匙分别取用药匙分别取1mg1mg苯甲酸苯甲酸和和100mg100mg干燥的干燥的KBrKBr粉末粉末，放置在玛，放置在玛瑙研钵中，在红外灯下混匀，充分同一方向打圈研磨（研磨瑙研钵中，在红外灯下混匀，充分同一方向打圈研磨（研磨时间时间15min15min，颗粒粒度在，颗粒粒度在2um2um左右）。左右）。 用不锈钢药匙取约适量研磨好的试样放于模具中，在压片用不锈钢药匙取约适量研磨好

15、的试样放于模具中，在压片机中将压力调至机中将压力调至12kgf12kgf左右，压片约左右，压片约2min2min, ,用镊子小心取出压用镊子小心取出压好的试样薄片，置于样品架中。好的试样薄片，置于样品架中。Sichuan University5.5.试样的测定试样的测定 实验条件设置：点击菜单栏实验条件设置：点击菜单栏【采样采样】项中项中【实验设置实验设置】，在弹出的窗口中，设置在弹出的窗口中，设置“扫描次数扫描次数”、“分辨率分辨率”、“背背景采集管理景采集管理”等参数。等参数。 背景扫描：点击背景扫描：点击【采集样品采集样品】，弹出，弹出【背景采集背景采集】对话框，对话框，点击点击【确定确

16、定】，以空气为背景，进行背景扫描，绘制出空，以空气为背景，进行背景扫描，绘制出空气中气中H H2 2O O和和COCO2 2的吸收光谱。的吸收光谱。 Sichuan University试样扫描：背景扫描完毕后，打开样品室盖，将样品架放在试样扫描：背景扫描完毕后，打开样品室盖，将样品架放在样品室内样品固定座上，使测量光线正好穿过样品，合上样样品室内样品固定座上，使测量光线正好穿过样品，合上样品室盖，点击品室盖，点击【样品采集样品采集】对话框的对话框的【确定确定】，绘制出扣除，绘制出扣除背景吸收的试样红外吸收光谱图。背景吸收的试样红外吸收光谱图。谱图处理：根据绘制出的试样红外吸收峰的频率鉴定试样

17、的谱图处理：根据绘制出的试样红外吸收峰的频率鉴定试样的官能团及化合物结构。官能团及化合物结构。Sichuan University6.6.结束工作结束工作 实验完毕，先关闭红外工作站软件，再关闭仪器的电源。实验完毕，先关闭红外工作站软件，再关闭仪器的电源。 用无水乙醇及时清洗玛瑙研钵、模具、不锈钢药匙，并且，用无水乙醇及时清洗玛瑙研钵、模具、不锈钢药匙，并且，将它们要彻底烘干后密封保存，防止生锈。将它们要彻底烘干后密封保存，防止生锈。 Sichuan University4.14.1实验记录实验记录 试样红外吸收光谱图试样红外吸收光谱图Sichuan University四、数据处理及计算结果

18、四、数据处理及计算结果 试样官能团的鉴定试样官能团的鉴定 计算计算不饱和度不饱和度又称缺氢指数，是指分子结构中距离达到饱和又称缺氢指数，是指分子结构中距离达到饱和时所缺一价元素的时所缺一价元素的“对数对数”。它反映了分子中含环和不饱和。它反映了分子中含环和不饱和键的总数，其计算公式如下：键的总数，其计算公式如下： =(2 n42n3n1)/2 n4：四价元素（：四价元素（C）的原子个数，）的原子个数，n3：三价元素（：三价元素（N）的原）的原子个数，子个数， n1：一价元素（：一价元素（H、X）的原子个数。）的原子个数。当当=0时分子结构为链状饱和化合物，时分子结构为链状饱和化合物，当当=1时分子结构可能含有一个双键或一个脂肪环，时分子结构可能含有一个双键或一个脂肪环，当当2时分子结构中含有三键，时分子结构中含有三键，当当4时分子结构中含有六元芳环时。时分子结构中含有六元芳环时。Sichuan University 特征吸收峰特征吸收峰O-H O-H 伸缩振动伸缩振动: : 自由羟基自由