傅里叶变换红外分光光度计

第四章

红外分光光度法延时符学习目标知识目标：理解红外光谱法的基本原理。熟悉红外光谱仪的结构组成及工作流程。理解红外吸收光谱试样的制备要求及制备方法。能力目标：能操作常用的红外光谱仪；能对红外光谱仪进行日常保养维护。能够根据谱图解析的原则，对红外吸收的试样进行定性分析。目录

Contents02延时符第二节红外分光光度计一、红外分光光度计的基本结构（一）光栅色散型红外分光光度计（二）傅里叶变换红外分光光度计（三）仪器的主要部件二、红外分光光度计的使用及注意事项（一）仪器的性能检定（二）制样技术（三）注意事项三、仪器的安装要求和保养维护（一）仪器的安装要求（二）仪器的保养与维护第二节红外分光光度计04延时符一、红外分光光度计的基本结构（一）光栅色散型红外分光光度计由光源、吸收池、单色器、检测器、放大器及记录机械装置五个部分组成。工作原理：由光源发射出的红外光分成两束，分别通过样品池和参比池后，射至在一定转速的斩光器上，使通过两个池的光束交替进入单色器，当某一波长的红外光，没有被样品池吸收时，单色器发出的两光光路的光强度相同，检测器上便产生一个稳定的直流电信号；当样品池吸收了某一波长的红外光，则单色器发出的两光路的光强度不等，透过样品池的光减弱，经检测器转换为一个弱的电信号，由放大器放大后，输入记录仪记录红外吸收光谱。（二）傅里叶变换红外分光光度计傅立叶变换红外吸收分光光度计（FTIR）主要由迈克尔逊干涉仪和计算机两部分组成。工作原理：整机仪器的工作原理为如图4-10：由红外光源S发出的红外光经准直为平行红外光束进入干涉仪系统，经干涉仪调制后得到一束干涉光。干涉光通过样品Sa，获得含有光谱信息的干涉信号到达探测器D上，由D将干涉信号变为电信号。此处的干涉信号是一时间函数，即由干涉信号绘出的干涉图，其横坐标是动镜移动时间或动镜移动距离。这种干涉图不易识别，需要经过A/D转换器送入计算机，由计算机进行傅立叶变换的快速计算，即可获得以波数为横坐标的红外光谱图。然后通过D/A转换器送入绘图仪，绘出人们十分熟悉的标准红外光谱图。迈克尔逊干涉仪的工作原理:由固定镜（M1）、动镜（M2）及光束分裂器（BS）组成。M2沿图示方向移动，故称动镜。在M1与M2间放置呈45°角的半透膜光束分裂器BS。BS可使50%的入射光透过，其余50%反射。当由光源发出的光进入干涉仪后，被分裂为透过光Ⅰ，与反射光Ⅱ。Ⅰ、Ⅱ两束光分别被动镜与固定镜反射，而形成相干光。因动镜移动，可改变两束光的光程差。当光程差是半波长（λ/2）的偶数倍时，为相长干涉、亮度最大（亮条）；当光程差是半波长的奇数倍时，为相消干涉，亮度最小（暗条）。因此，当动镜M2以匀速向BS移动时，连续改变两光束差，即得到干涉图。傅里叶变换红外吸收分光光度计的特点：①扫描速度快。测量光谱速度要比色散型仪器快数百倍。②灵敏度高。检测极限可达10-9～10-12，对微量组分的测定非常有利。③分辨率高。在整个光谱范围内波数精度可到0.1～0.005cm-1。④测量光谱范围宽。测量范围可达1000～10cm-1。（三）仪器的主要部件（1）

光源发以连续的红外光，能斯特灯硅碳棒（2）吸收池放样品材料盐片（3）单色器从复合光中分出单色光，主要部件为光栅；傅立叶变换红外光谱仪不需要分光；主要部件为迈克尔逊干涉仪。（4）检测器光信号转化为电信号。需使用真空热电偶；热释电二、红外分光光度计的使用及注意事项（一）仪器的性能检定1．分辨率

2．波数的准确度与波数重复性3．I0100%基线平直度4．透射比准确度及透射比重复性5．狭缝线性与检测器满度能量输出6．杂散光

（二）制样技术1．红外光谱对试样的要求

（1）试样应是单一组分的纯物质，纯度应大于98%或符合商业标准。多组分样品应在测定前采用分馏、萃取、重结晶、离子交换或色谱法进行分离提纯，否则，各组分光谱相互重叠，难于解析。（2）试样不应含游离水，水本身有红外吸收，会严重干扰样品光谱，还会侵蚀吸收池的盐窗。（3）试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中大多数的透射率在10～80%范围内。2．制样方法（1）固态样品

固体样可以用压片法、调糊法、薄膜法和溶液法四种。①压片法

取1～3mg固体样品放在玛瑙研钵中，加入100～300mg溴化钾研磨，使其粒度在2.0μm以下，在压片专用模具上加压成片，其步骤为：按顺序放好各部件后，把压模置于压片机，并旋转压力丝杆手轮，压紧压模，顺时针旋转放油阀到底，然后一边抽气，一边缓慢上下移动压把，加压开始，注视压力表，当压力表上显示80KN左右时，停止加压，维持约4min，反时针旋转放油阀解压，压力表指针为“0”，旋松压力丝杆手轮取出压模，小心从压模中取出晶片，得到晶片，厚度约1mm，直径约10mm左右，然后进行测谱。该法为最常用的方法，适用于绝大部分固体试样，但鉴别羟基不合适。

②糊剂法

采用压片法尽管粉末的粒度很小，但光的散射损失仍然较大，为了减少光的散射，选取与试样折射率相近的液体与试样研制成糊膏，其散射光可显著地减少。常用的液体有液体石蜡、六氯丁二烯及氟化煤油等。取5mg左右固体样品放在小型玛瑙研钵中研磨，加入一滴石蜡研磨均匀，然后把糊膏夹于两片之间，即可用于测定。易吸潮或与空气产生化学变化的固体样品，在对羟基或氨基鉴别时用此法。应当注意，为了防止调糊剂本身对波段的吸收，液体石蜡适用于1800～400cm-1，六氟二丁烯适用于4000～1300cm-1，两者配合才能完成波段的测定，否则应扣除它们的吸收。③薄膜法

将试样溶于低沸点溶剂中，然后将溶液涂于KBr窗片上，待溶剂挥发后，样品留在窗片上而成薄膜。若样品熔点较低，可将样品置于晶面上，加热熔化，合上另一晶片。④溶液制样法

将固体样品溶于溶剂中，按液相样品测定。此法适用于易溶于溶剂的固体样品，在定量分析中常用。红外用溶剂有以下几个要求：对溶质有较大的溶解度；与溶质不发生明显的溶剂效应；在被测区域内，溶剂应透明或只有弱的吸收；沸点低，易于清洗等。常用的溶剂有CS2、CCl4、CHCl3、CCl2═CCl2、环己烷、丙酮、二乙醚、四氢呋喃等。（2）液体试样

对于液体试样可以采用液膜法和液体池法。①液膜法

也可称之为夹片法，在可拆池两侧之间，滴上1～2滴液体样品，使之形成一层薄薄的液膜。液膜厚度可借助于池架上的固紧螺丝作微小调节。该法操作简便，适用于对高沸点及不易清洗的样品进行定性分析。测定时需注意不要让气泡混入，螺丝不应拧的过紧以免窗板破裂。使用后要立即拆除，用脱脂棉沾氯仿、丙酮擦净窗板。沸点较高的样品，直接滴在两盐片之间，形成液膜。这种方法重现性较差，不宜做定量分析。②液体池法

对于沸点低，挥发性较大的液体或吸收很强的固、液体需配成溶液进行测量时的样品，可采用液体池法，即把液体或溶液注入池中测量。液体池由两个盐片作为窗板，中间夹一层垫片板，形成一个小空间，一个盐片上有一小孔，用注射器注入样品。液体可分为固定式（也叫密封池，垫片的厚度固定不变）、可拆装池（可以拆卸更换不同厚度的垫片）及可变池（可用微调螺丝连续改变池的厚度）三种。如图4-13可拆式液体池②液体池法

在常温下不易挥发的液体试样或分散在石蜡油中的固体试样，多使用可拆池。对于粘度大的不易流失的样品也可不用衬垫，而靠窗片间的毛细作用保持窗片间的液层。使用完毕或更换样品时，可将池拆开清洗。对于易挥发的液体和溶液的分析，一般采用固定式吸收池。③水溶液的简易测定法

由于盐片窗口怕水，因此一般水溶液不能测定红外光谱。利用聚乙烯薄膜是水溶液红外光谱测定的一种简易方法。在金属管上铺一层聚乙烯薄膜，其上压入一橡胶圈。滴下水溶液后，再盖一层聚乙烯薄膜，用另一橡胶圈固定后测定。（3）气体样品气体样品一般使用气体池进行测定，气体池长度可以选择。气体池中用气体池玻璃或金属制成的圆筒，两端有两个透红外光的窗片，在圆筒两边装有两个活塞，作为气体的进出口，通常用真空泵除去吸收池内的空气。如图4-14。为了增长有效的光路也有多重反射的长光路。（三）注意事项1.保持干燥。样品的研磨要在红外灯下进行,防止样品吸水。研细后置红外灯下烘几分钟使干燥。试样研磨完后于模具中装好，应与真空泵相连抽真空至少2分钟，以使试样中的水分进一步被抽走，然后再加压到80KN（千牛），维持2～5min。不抽真空将影响薄片的透明度。2.如样品是盐酸盐，在压片过程中可能出现的离子交换现象，可比较氯化钾压片和溴化钾压片后测得的光谱，如二者没有区别，则可使用溴化钾压片。3.将固体试样研磨到颗粒粒度在2μm以下，以免散射光影响。4．KBr的取用量。一般为200mg左右(凭经验)，应根据制片后的片子厚度来控制KBr的量，一般片子厚度应在0.5mm以下，厚度大于0.5mm时，常可在光谱上观察到干涉条纹，对样品的光谱产生干扰。5．液体制样时样品要充分溶解，不应有不溶物进人池内。6．池的清洗过程中或清洗完毕时，不要因溶剂挥发使岩盐窗受潮。三、仪器的安装要求和保养维护（一）仪器的安装要求1. 供电要求:220V交流,波动不超过5%,有良好地线。如实验室电压不稳定,建议配备稳压电源。2．环境要求：红外光谱仪的长期使用环境湿度要控制在60%以下，操作间要求单独密封，配备具备抽湿功能空调器。建议配备抽湿机。3．实验台的要求安放红外光谱仪的实验台应稳定、结实、牢靠，台面应采用较硬实材料，其厚度不能太薄，以防止台面由于仪器长期放置后被压迫变形，台面距离仪器室墙面应留足一定空间，至少0．5m，便于仪器的保养和维修。（二）仪器的保养与维护1．测定时实验室的温度应在15～30℃，相对湿度应在65%以下，所用电源应配备有稳压装置和接地线。2．为防止仪器受潮而影响使用寿命，红外实验室应