PC红外光谱分析

PC红外光谱分析1测试原理

原理：EARLYGOAL当红外光源发出的红外光经过凹面镜反射成为平行光束照射到光束分裂器上，被分成相等的两部分:光束I和光束II。光束I射向动镜M,再反射回分束器，然后射向样品到达检测器D。光束I射向定镜并由定镜反射射向分束器，透过分束器射向样品，与光束I在检测器汇合。到达检测器的两束光的光程差随动镜M的往复移动做周期性的变化，在检测器得到的光的强度变化为余弦形式的光干涉图。当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振（转）动能级跃迁到能量较高的振（转）动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波长的光就被物质吸收。所以，红外光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来，就得到红外光谱图。红外光谱图通常用波长或波数为横坐标，表示吸收峰的位置，用透光率（T%）或者吸光度（A）为纵坐标，表示吸收强度。当外界电磁波照射分子时，如照射的电磁波的能量与分子的两能级差相等，该频率的电磁波就被该分子吸收，从而引起分子对应能级的跃迁，宏观表现为透射光强度变小。电磁波能量与分子两能级差相等为物质产生红外吸收光谱必须满足条件之一，这决定了吸收峰出现的位置。2仪器结构傅里叶红外光谱仪结构图，主要由光源、迈克尔逊干涉仪、监测器和计算机组成。其中迈克尔逊干涉仪是光谱仪的核心组件，由互成直角的定镜F和动镜M，光束分裂器和检测器等构

成，动镜周期性沿箭头方向移。3

试样测试红外光谱测试使用的试样可以是固体、液体和气体。分析操作：①液体试样制备。液体试样制备常用有液膜法和液体池法。液膜法一般用于非水溶性且沸点较高的试样。取两片KBr盐片，用丙酮棉花清洗其表面并晾干。在一盐片上滴1滴试样，另一盐片压于其上形成液膜。直接装入到可拆式液体样品测试架中进行测定。黏度大的试样可直接涂在一一片盐片上测定。也可以用KBr粉末压制成锭片来替代盐片。对于沸点较低、挥发性较大的试样或黏度小且流动性较大的高佛点样品可以注入封闭液体池中进行测试，液层厚度一般为0.01~1mm。液体池法是红外光谱测量中，将样品制备溶液的形式进行测量的方法。一般液体试样及有合适溶剂的固体试样均可采用液体池法。最常用的溶剂有四氯化碳，二硫化碳，氯仿，环己烷等，对于某些难溶性高聚物或其他化合物多采用四氢呋喃、吡啶、二甲基甲酰胺等溶剂溶解。②固体样品制备。固体样品制备包括压片法、石蜡糊法和薄膜法。a.压片法。所用工具有压机、模具和玛瑙研钵，如图3-5所示。将测待测样品与干燥的KBr或KCl按1:100的配比在玛瑙研钵中研细(粒径在2.5μm以下)，因为KBr、KCl在中红外区(4000~400cm-1)完全透明，没有吸收峰。将样品与KBr(或KCl)混合物均匀装入压模器的模腔内，压制成直径13mm、厚度1mm左右的锭片。制备试样锭片装入固体样品测试架进行红外光谱测试。b.石蜡糊法。将干燥处理后的试样研细，与液体石蜡或全氟代烃混合，调成糊状，夹在盐片中测试。C.薄膜法。主要用于高分子化合物的测定，对于-一些低熔点的低分子化合物也可应用。可将它们直接加热熔融后涂制或压制成膜，也可将试样溶解在低沸点的易挥发溶剂中，徐到盐片上，待溶剂挥发后成膜来测定。薄膜厚度一般约为10~30μm,且厚薄均匀。③气体试样。气体试样-般直接注入到专用的玻璃气槽内进行测定，但需先将气槽抽真空，然后注入被测试样。对于一些特殊样品，如:金属表面镀膜，无机涂料板等试样，可以采用特殊智能附件。如:镜反射、ATR、漫反射等进行测试，具体详见附件的使用说明书。注意，试样的制备和处理方法对红外光谱图的质量影响非常大。在制备样品时应注意以下几点:①试样的浓度和厚度应适当。浓度太小，厚度太薄，弱的吸收峰和光谱的细微部分不能显示出来;浓度过大，过厚，主要的谱带都吸收到顶，彼此连成一-片，看不出准确的波数位置和精细结构。②试样中不能有游离水。水的存在不仅会侵蚀吸收池的盐窗，而且水分本身在红外区有吸收会影响测试结果。③试样应该是单--组分的纯物质。多组分的试样在测定前应尽量预先进行组分分离。否则，各组分光谱相互重叠，以致对图谱无法进行正确的解释。④溴化钾对钢制模具表面的腐蚀性很大，模具用后须及时清洗干净，然后放入干燥器中。操作步骤4傅里叶红外光谱仪使用操作：1.开机前先检查各个部件是否连接好，处于零点状态。2.打开稳压电源开关，稍等片刻，当电压稳定在220V后，打开主机电源，预热一至二小时方可进行正常实验操作。3.实验时固体样品可用压片法先制样，KBr与样品按100：1的质量比混合后用玛瑙研钵于红外灯下研细，然后移入压片机中压片，将片子固定在样品架上方可测试。4.液体样品可用液膜法测定，将1-2滴试样直接滴放在可拆池的一块盐片上，然后盖上另一块盐片，借助池架上的固紧螺丝拧紧两盐片后方可测试。5.打开响应的软件，先采集背景值，然后将样品架插入样品池中采集样品值，红外扫描32秒后，将谱图切入当前窗口对其进行处理。6.傅里叶红外光谱仪实验完毕后，关闭电源，使仪器恢复原状，并进行必要的整理和清洁工作。结果分析5红外光谱图解析方法:红外光谱解析是利用基团振动频率与分子结构的关系，确定吸收谱带的归属，确认分子中基团或键的存在。一般先从官能区(4000~1350cm-1)入手，按红外光谱图上出现的强峰到弱峰的顺序，依次确认可能存在的基团，并结合指纹区(1350~850cm-1)的吸收峰加以肯定。指纹区虽没有明显的基团或键与特征振动频率的对应关系，但它能反映整个分子结构的特点，尤其是对分子骨架的振动吸收很敏感。聚合物红外光谱的解析方法有直接法、否定法、肯定法等。①直接法。根据样品的来源、性能以及使用等情况，并结合其谱图特征，初步区分样品的类别。然后与图库类似高聚物的标准红外谱图一-比对，作出定性分析。但在对照谱图时应考虑制样条件对谱带位置、形状和强度的影响。②否定法。根据红外光谱写分子结构的关系，当谱图中出现某些波数的吸收峰就可推断某基团的存在。当谱图中不出现某吸收峰时，则否定该种基团的存在的可能。实践中，一般先检查官能区(1300cm-1以上)，确定没有哪些官能团，再查1000cm-1以下的区域，检查是否存在碳氢键面外振动形式，最后检查1000~1300cm-1区域，就可确定没有哪些基团了。③肯定法。由于聚合物每种分子都具有特征的红外光谱，谱图上的每个吸收谱带代表分子中某一基团或键的一种振动形式，由特征吸收谱带的位置、强度和形状确定所含基团或键的类型。分析如下:

①谱图中3030cm-1处的吸收峰可能是苯环的C-H伸缩振动;②从1500cm-1和1590em-1吸收峰的出现，推断有苯环骨架振动，820cm-1是对位取代苯环上相邻两个氢的面外弯曲振动，而1700~2000cm-1的一组不强的吸收带是苯环的C-H面外弯曲振动的倍频和合频，证明有苯环的存在;③1760cm-1是C=0的伸缩振动谱带，但频率比一般的碳基高些，可能存在由相连接的基团或原子的诱导效应的影响造成的。1220、1190、1160cm-1等谱带是C--0的伸缩振动吸收带(见附录1-2)，1080cm~1和1050cm-