固體紅外光譜分析

固體紅外光譜分析第1頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四分光光度計(jì)的分類

種類光譜范圍主要用途

721分光光度計(jì)可見光含量分析

751分光光度計(jì)紫外光含量分析紅外分光光度計(jì)紅外光有機(jī)物分析

第2頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)光源狹縫（濾光，去除雜散光）

棱鏡狹縫（選擇波長(zhǎng)）比色皿光電轉(zhuǎn)換器（檢測(cè)器）單色器（分光）反射鏡雜散光（把光信號(hào)變成電信號(hào)）?第3頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四紅外光譜儀的組件1.光源紅外光譜儀中所用的光源通常是一種惰性固體，用電加熱使之發(fā)射高強(qiáng)度的連續(xù)紅外輻射。常用的是Nernst燈或硅碳棒。Nernst燈是用氧化鋯、氧化釔和氧化釷燒結(jié)而成的中空棒和實(shí)心棒。工作溫度約為1700℃，在此高溫下導(dǎo)電并發(fā)射紅外線。但在室溫下是非導(dǎo)體，因此，在工作之前要預(yù)熱。它的特點(diǎn)是發(fā)射強(qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定性較好。缺點(diǎn)是價(jià)格比硅碳棒貴，機(jī)械強(qiáng)度差，操作不如硅碳棒方便。硅碳棒是由碳化硅燒結(jié)而成，工作溫度在1200-1500℃左右。第4頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.比色皿

因玻璃、石英等材料不能透過紅外光，紅外吸收池要用可透過紅外光的NaCl、KBr、CsI等材料制成窗片。用NaCl、KBr、CsI等材料制成的窗片需注意防潮。固體試樣常與純KBr混勻壓片，然后直接進(jìn)行測(cè)定。3.單色器

根據(jù)需要選擇一定波長(zhǎng)范圍的單色光，作用是把來自光源的混合光分解為單色光并能隨意改變波長(zhǎng)，是分光光度計(jì)的心臟部分。4.檢測(cè)器5.記錄系統(tǒng)第5頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四紅外分光光度計(jì)的特殊部件1.單色器

棱鏡改用光柵：棱鏡分光是折射，光有吸收；而光柵分光是反射，無吸收問題，且造價(jià)便宜。2.比色皿直接用鹽和樣品研磨成直徑在5微米以下的均勻粉末，用壓片機(jī)壓成薄片。第6頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三種分光光度計(jì)

某些部件的不同(1)

一、光源721分光光度計(jì)可見光鎢燈751分光光度計(jì)紫外光氘燈紅外分光光度計(jì)紅外光紅外燈第7頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三種分光光度計(jì)

某些部件的不同(2)

二、棱鏡、比色皿的材料721分光光度計(jì)玻璃（透過可見光）751分光光度計(jì)石英（透過紫外光）紅外分光光度計(jì)鹽（NaCl、KBr等）（透過紅外光）第8頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三種分光光度計(jì)

測(cè)試內(nèi)容的不同（3）1.721分光光度計(jì)與751分光光度計(jì)

定量分析，測(cè)樣品的濃度。一般只在某一個(gè)波長(zhǎng)下操作。2.紅外分光光度計(jì)

定性分析，測(cè)樣品的種類。需要測(cè)某一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)樣品的吸收。第9頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四紅外光譜圖第10頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四紅外光譜圖的應(yīng)用

紅外光譜法廣泛用于有機(jī)化合物的定性鑒定和結(jié)構(gòu)分析。一、定性分析1.已知物的鑒定

將試樣的譜圖與標(biāo)準(zhǔn)的譜圖進(jìn)行對(duì)照，或者與文獻(xiàn)上的譜圖進(jìn)行對(duì)照。如果兩張譜圖各吸收峰的位置和形狀完全相同，峰的相對(duì)強(qiáng)度一樣，就可以認(rèn)為樣品是該種標(biāo)準(zhǔn)物。如果兩張譜圖不一樣，或峰位不一致，則說明兩者不為同一化合物，或樣品有雜質(zhì)。如用計(jì)算機(jī)譜圖檢索，則采用相似度來判別。使用文獻(xiàn)上的譜圖應(yīng)當(dāng)注意試樣的物態(tài)、結(jié)晶狀態(tài)、溶劑、測(cè)定條件以及所用儀器類型均應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)譜圖相同。第11頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四紅外光譜圖的應(yīng)用

2.未知物結(jié)構(gòu)的測(cè)定測(cè)定未知物的結(jié)構(gòu)，是紅外光譜法定性分析的一個(gè)重要用途。如果未知物不是新化合物，可以通過兩種方式利用標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行查對(duì)：（1）查閱標(biāo)準(zhǔn)譜圖的譜帶索引，與尋找試樣光譜吸收帶相同的標(biāo)準(zhǔn)譜圖；（2）進(jìn)行光譜解析，判斷試樣的可能結(jié)構(gòu)，然后在由化學(xué)分類索引查找標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)照核實(shí)。3.幾種標(biāo)準(zhǔn)譜圖（1）薩特勒（Sadtler）標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜圖（2）Aldrich紅外譜圖庫(kù)（3）SigmaFourier紅外光譜圖庫(kù)第12頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四紅外光譜圖的應(yīng)用1.在3000cm-1處有吸收峰的基團(tuán)有：苯環(huán)、羥基、碳-碳三鍵。2.碳-碳三鍵在2100~2400cm-1處也應(yīng)有吸收峰，故此有機(jī)物沒有碳-碳三鍵。所以3000cm-1處的吸收峰不代表碳-碳三鍵。第13頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、定量分析

紅外光譜定量分析是通過對(duì)特征吸收譜帶強(qiáng)度的測(cè)量來求出組份含量。其理論依據(jù)是朗伯-比耳定律。

此外，該法不受樣品狀態(tài)的限制，能定量測(cè)定氣體、液體和固體樣品。因此，紅外光譜定量分析應(yīng)用廣泛。但紅外光譜法定量靈敏度較低，尚不適用于微量組份的測(cè)定。紅外光譜圖的應(yīng)用第14頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四樣品處理技術(shù)要獲得一張高質(zhì)量紅外光譜圖，除了儀器本身的因素外，還必須有合適的樣品制備方法。一、紅外光譜法對(duì)試樣的要求紅外光譜的試樣可以是液體、固體或氣體，一般應(yīng)要求：（1）試樣應(yīng)該是單一組份的純物質(zhì)，純度應(yīng)>98%或符合商業(yè)規(guī)格，才便于與純物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)光譜進(jìn)行對(duì)照。（2）試樣中不應(yīng)含有游離水。水本身有紅外吸收，會(huì)嚴(yán)重干擾樣品譜，而且會(huì)侵蝕吸收池的鹽窗。（3）試樣的濃度和測(cè)試厚度應(yīng)選擇適當(dāng)，以使光譜圖中的大多數(shù)吸收峰的透射比處于10%~80%范圍內(nèi)。

第15頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四樣品和空白的吸收及扣除方法光通過空白+樣品

光通過空白僅有空白吸收

光通過樣品空白和樣品同時(shí)吸收(1)(2)（2）的吸收減去（1）的吸收才是樣品的吸收

第16頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四紅外分光光度計(jì)的光路圖光電

轉(zhuǎn)換器光電

轉(zhuǎn)換器

光源

第17頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四旋轉(zhuǎn)鏡在左側(cè)，光通過空白光電

轉(zhuǎn)換器光電

轉(zhuǎn)換器

光源

第18頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四旋轉(zhuǎn)鏡在右側(cè)，光通過樣品光電

轉(zhuǎn)換器

光源

第19頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)畫圖（1）光梳比色皿空白吸收樣品吸收原始及透過光比較放大器大小正比較放大器向電動(dòng)機(jī)送去正信號(hào)。樣品有吸收，輸出正信號(hào)空白樣品+空白第20頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)畫圖（2）光梳比色皿空白吸收樣品吸收原始及透過光比較放大器小小0電動(dòng)機(jī)得到正信號(hào)，驅(qū)使光梳下移，使比較放大器輸出信號(hào)為零。電動(dòng)機(jī)驅(qū)使光梳向下運(yùn)動(dòng)空白樣品+空白第21頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)畫圖（3）光梳比色皿空白吸收樣品吸收原始及透過光比較放大器小大負(fù)比較放大器向電動(dòng)機(jī)送去負(fù)信號(hào)。另一個(gè)波長(zhǎng)下樣品吸收少空白樣品+空白第22頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)畫圖（4）光梳比色皿空白吸收樣品吸收原始及透過光比較放大器大大0電動(dòng)機(jī)得到負(fù)信號(hào)，驅(qū)使光梳上移，使比較放大器輸出信號(hào)為零。電動(dòng)機(jī)驅(qū)使光梳向上運(yùn)動(dòng)空白樣品+空白第23頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)畫圖（5）電動(dòng)機(jī)得到正信號(hào)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)滑軌右移光梳透過空白的光記錄筆記錄紙走紙方向紅外光譜圖光的方向第24頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)畫圖（6）電動(dòng)機(jī)得到負(fù)信號(hào)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)滑軌左移光梳透過空白的光記錄筆記錄紙走紙方向紅外光譜圖光的方向第25頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四主管畫圖的光梳通過移動(dòng)此光梳而畫圖有兩個(gè)光梳，哪一個(gè)光梳在畫圖中起作用呢？光電

轉(zhuǎn)換器

光源

第26頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四另一個(gè)光梳的作用（1）光梳比色皿空白吸收樣品吸收原始及透過光比較放大器小大負(fù)比較放大器只能向電動(dòng)機(jī)送去負(fù)信號(hào)。樣品太薄，上面的光梳已無調(diào)節(jié)余地空白樣品+空白第27頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四另一個(gè)光梳的作用（2）光梳比色皿空白吸收樣品吸收原始及透過光比較放大器大小正比較放大器可以向電動(dòng)機(jī)送去正信號(hào)。下面的光梳向上移動(dòng)空白樣品+空白第28頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期四關(guān)于光梳的幾點(diǎn)說明

1.空白處的光梳在畫圖過程隨著樣品吸光度的變化不斷