苯甲酸紅外吸收光譜的測定

苯甲酸的紅外光譜的測定

四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院羅婷/p>

目的要求

1.鞏固紅外吸收光譜分析法的理論知識。2.了解紅外光譜儀的結(jié)構(gòu)及工作原理。3.掌握一般固體樣品的壓片制樣操作技術(shù)。4.熟練操作壓片機(jī)和紅外光譜儀。

一、基本原理

1.1紅外輻射以及紅外光譜法特點(diǎn)1.2紅外吸收產(chǎn)生原因1.3紅外光譜分區(qū)

1.1.1什么是紅外輻射?1800年英國天文學(xué)家赫謝爾測量太陽光可見區(qū)內(nèi)外溫度，發(fā)現(xiàn)紅色光以外部分溫度比可見光高。電磁波波長范圍：0.76-0.8μm至1

mm。紅外輻射紫外光：X射線：伽馬射線：美國試驗(yàn)與材料協(xié)會（ASTM）規(guī)定：NIR：700nm-2500nm

1.1.2紅外光譜法特點(diǎn)通常紅外吸收帶的波長位置與吸收譜帶的強(qiáng)度，反映了分子結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，可以用來鑒定未知物的結(jié)構(gòu)組成或確定其化學(xué)基團(tuán)；吸收譜帶的吸收強(qiáng)度與分子組成或化學(xué)基團(tuán)的含量有關(guān)，可用以進(jìn)行定量分析和純度鑒定；特征性強(qiáng)，測定快，試樣用量少，不需要破壞試樣，操作簡單；應(yīng)用范圍廣泛；能分析各種狀態(tài)的試樣。1.2.1能級躍遷示意圖電磁波與分子相互作用時產(chǎn)生能級躍遷：電子能級躍遷—紫外、可見吸收和熒光發(fā)射光譜振動能級躍遷—紅外光譜和拉曼散射光譜轉(zhuǎn)動能級躍遷—遠(yuǎn)紅外光譜和轉(zhuǎn)動拉曼光譜1.2.2紅外光譜法原理總結(jié)當(dāng)樣品受到紅外光照射時，分子吸收了某些特定頻率的輻射，并由其振動或轉(zhuǎn)動運(yùn)動引起偶極矩的變化，產(chǎn)生分子振動和轉(zhuǎn)動能級從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷,使相應(yīng)于這些吸收區(qū)域的透射光強(qiáng)度減弱。記錄紅外光在不同波數(shù)處的吸收曲線，就得到紅外光譜。紅外光譜是鑒別物質(zhì)和分析物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)的有效手段，已被廣泛應(yīng)用于物質(zhì)的定性鑒別、物相分析和定量測定。不同化合物有不同紅外光譜圖。1.2.3產(chǎn)生紅外吸收的條件

①輻射光子具有的能量與分子發(fā)生振動躍遷所需的躍遷能量相等。②只有能引起分子偶極矩μ變化（△μ≠0）的振動，才能觀察到紅外吸收光譜。非極性分子在振動過程中無偶極矩變化，故觀察不到紅外光譜。1.3.1紅外光區(qū)的劃分紅外光譜在可見光區(qū)和微波光區(qū)之間，波長范圍約為0.75-1000μm，根據(jù)儀器技術(shù)和應(yīng)用不同，習(xí)慣上又將紅外光區(qū)分為三個區(qū)：近紅外光區(qū)（0.75-2.5μm），中紅外光區(qū)（2.5-25μm），遠(yuǎn)紅外光區(qū)（25-1000μm）1.3.2紅外光譜的基團(tuán)頻率二、紅外光譜儀2.1紅外光譜儀的分類2.2傅立葉變換紅外譜儀的結(jié)構(gòu)2.3傅立葉變換分光的原理2.1.1紅外光譜儀的類型色散型紅外光譜儀(DispersiveInfraredSpectrometer）：用棱鏡或衍射光柵分光1930年第一臺棱鏡分光單光束1946年棱鏡分光雙光束60年代光柵分光傅立葉變換紅外光譜儀(FourierTransformIRSpectrometer）：用干涉儀代替色散裝置70年代傅立葉變換光譜儀

2.1.2傅里葉變換紅外光譜儀的優(yōu)點(diǎn)高光通量高信噪比波數(shù)精度高雜散光低目前所使用的基本為傅立葉變換紅外光譜儀

2.2.1傅立葉變換紅外譜儀的結(jié)構(gòu)

傅里葉變換紅外光譜儀結(jié)構(gòu)框圖干涉儀光源樣品室檢測器顯示器繪圖儀計算機(jī)干涉圖光譜圖FTS2.2.2紅外光源光源是FTIR光譜儀中關(guān)鍵部件之一紅外光源通常為惰性固體物質(zhì)，

電熱可達(dá)1500～2000K

鎢燈(或鹵鎢燈)：近紅外區(qū)陶瓷光源：中、遠(yuǎn)紅外區(qū)高壓汞弧：遠(yuǎn)紅外區(qū)2.2.3干涉儀（核心部件）邁克爾遜干涉儀法布里-伯洛干涉儀同光路塞格耐克干涉儀邁克爾遜干涉儀工作原理分束器補(bǔ)償板固定鏡

動鏡(恒定速度)來自光源至檢測器1)由兩個互成角度的平面鏡與分束器構(gòu)成。2)一部分紅外入射光經(jīng)分束器透射到動鏡，其余的則反射至固定鏡。3)傅里葉變換紅外光譜儀基于光的干涉，分別來自動鏡與定鏡的紅外光由于光程差發(fā)生干涉，得到干涉圖。4)干涉圖通過傅里葉變換轉(zhuǎn)成紅外光譜圖。2.2.4檢測器熱電檢測器入射輻射加熱材料時引起表面電荷變化：中紅外區(qū)鉭酸鋰(LiTaO3)氘代硫酸三甘肽(DTGS,deuteratedtriglycinesulfatedetector)高靈敏度的氘代L-丙氨酸硫酸三甘肽(DLATGS,deuteratedL-alaninetriglycinesulfate)：中、遠(yuǎn)紅外區(qū)光電導(dǎo)檢測器吸收輻射材料電阻降低碲鎘汞化物(MCT,MercuryCadmiumTelluride)，高靈敏、快速響應(yīng)：中紅外InGaAs，PbS，InSb：近紅外1）氣體——?dú)怏w池2）液體：①液膜法——難揮發(fā)液體（BP≥80℃）②溶液法——液體池溶劑：CCl4，CS2常用。3)固體:①研糊法（液體石臘法）②KBr壓片法③薄膜法三、制樣與測試3.1.1固體樣品常規(guī)制樣壓片法：(1-2mg)樣品和(100-200mg)KBr研細(xì)均勻,試樣和KBr都應(yīng)經(jīng)干燥處理,同一方向研磨到粒度小于2um,以免散射光影響,壓成厚度小于0.5mm的透明薄片,以免產(chǎn)生干涉條紋。研糊法：固體樣品與稀釋劑(石蠟油、氟油、六氯丁二烯)研磨調(diào)糊，消除水峰的干擾。成膜法：高分子樣品等可用熱壓膜機(jī)制膜,某些固體樣品溶解在溶劑中，溶劑蒸發(fā)成膜；把熔融得樣品壓成薄膜。3.2.1液體樣品常規(guī)制樣液體池：固定厚度、可拆液體池、密封液體池固定厚度液體池：主要用于定量分析;可拆液體池：用于粘度比較大，不易揮發(fā)性液體;密封液體池：用于黏度比較小，易揮發(fā)性液體。液膜法：沸點(diǎn)高且粘稠的液體直接涂在窗片上，在紅外燈下烘干片刻，以便除去樣品可能吸收的微量水分。沸點(diǎn)低且粘度小的液體可以將樣品放到二個鹽片之間制成一個液膜進(jìn)行測定。

3.2.2儀器與試劑

1.儀器

Nicolet5700型和島津IRAffinity-1S紅外光譜儀壓片機(jī)、模具及樣品架瑪瑙研缽、紅外燈不銹鋼藥匙、鑷子2.試劑苯甲酸（分析純A.R）溴化鉀KBr（光譜純）無水乙醇（分析純）脫脂棉及擦鏡紙3.準(zhǔn)備工作①開機(jī)：打開紅外光譜儀主機(jī)電源，預(yù)熱20min，接著打開計算機(jī)，啟動OMINC工作站，確定主機(jī)與工作站聯(lián)絡(luò)正常。②用分析純的無水乙醇蘸在脫脂棉上清洗瑪瑙研缽，擦鏡紙擦拭后，再放在紅外燈下徹底烘干。

4.試樣的制備①用藥匙分別取1mg苯甲酸和100mg干燥的KBr粉末，放置在瑪瑙研缽中，在紅外燈下混勻，充分同一方向打圈研磨（研磨時間15min，顆粒粒度在2um左右）。②用不銹鋼藥匙取約適量研磨好的試樣放于模具中，在壓片機(jī)中將壓力調(diào)至12kgf左右，壓片約2min,用鑷子小心取出壓好的試樣薄片，置于樣品架中。5.試樣的測定

①實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置：點(diǎn)擊菜單欄【采樣】項(xiàng)中【實(shí)驗(yàn)設(shè)置】，在彈出的窗口中，設(shè)置“掃描次數(shù)”、“分辨率”、“背景采集管理”等參數(shù)。②背景掃描：點(diǎn)擊【采集樣品】，彈出【背景采集】對話框，點(diǎn)擊【確定】，以空氣為背景，進(jìn)行背景掃描，繪制出空氣中H2O和CO2的吸收光譜。

③試樣掃描：背景掃描完畢后，打開樣品室蓋，將樣品架放在樣品室內(nèi)樣品固定座上，使測量光線正好穿過樣品，合上樣品室蓋，點(diǎn)擊【樣品采集】對話框的【確定】，繪制出扣除背景吸收的試樣紅外吸收光譜圖。④譜圖處理：根據(jù)繪制出的試樣紅外吸收峰的頻率鑒定試樣的官能團(tuán)及化合物結(jié)構(gòu)。6.結(jié)束工作①實(shí)驗(yàn)完畢，先關(guān)閉紅外工作站軟件，再關(guān)閉儀器的電源。②用無水乙醇及時清洗瑪瑙研缽、模具、不銹鋼藥匙，并且，將它們要徹底烘干后密封保存，防止生銹。

4.1實(shí)驗(yàn)記錄

試樣紅外吸收光譜圖四、數(shù)據(jù)處理及計算結(jié)果

試樣官能團(tuán)的鑒定

計算不飽和度又稱缺氫指數(shù)，是指分子結(jié)構(gòu)中距離達(dá)到飽和時所缺一價元素的“對數(shù)”。它反映了分子中含環(huán)和不飽和鍵的總數(shù)，其計算公式如下：Ω=(2n4＋2＋n3－n1)/2n4：四價元素（C）的原子個數(shù)，n3：三價元素（N）的原子個數(shù)，n1：一價元素（H、X）的原子個數(shù)。當(dāng)Ω=0時分子結(jié)構(gòu)為鏈狀飽和化合物，當(dāng)Ω=1時分子結(jié)構(gòu)可能含有一個雙鍵或一個脂肪環(huán)，當(dāng)Ω≥2時分子結(jié)構(gòu)中含有三鍵，當(dāng)Ω≥4時分子結(jié)構(gòu)中含有六元芳環(huán)時。

特征吸