不同物态样品红外透射光谱的测定

不同物态样品红外透射光谱的测定

一、实验目的

    1.了解红外光谱仪的基本组成和工作原理;

    2.掌握红外光谱分析时各种物态试样的制备及测试方法;

    3.熟悉化合物不同基团红外吸收频率范围，学会用标准数据库进行图谱检索及化合物结构鉴定的基本方法。 

二、实验原理 

红外光谱分析是研究分子振动和转动信息的分子光谱。当化合物受到红外光照射时，化合物中某个化学键的振动或转动频率与红外光频率相当等，就会吸收光能，并引起分子永久偶极矩的变化, 产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁, 使相应频率的透射光强度减弱；分子中不同的化学键振动频率不同，会吸收不同频率的红外光，检测并记录透过光强度与波数（1/cm）或波长的关系曲线，就可得到红外光谱。红外光谱反映了分子化学键的特征吸收频率，可用于化合物的结构分析和定量测定。

根据实验技术和应用的不同，我们将红外光划分为三个区域：近红外区（0.75-2.5μm; υ: 13158-4000），中红外区（2.5-25μm; υ:4000-400）和远红外区（25-1000μm; υ:400-10）分子振动伴随转动大多在中红外区，一般的红外光谱都在此波数区间进行检测。

  红外光源傅里叶变换红外光谱仪主要由红外光源、迈克尔逊干涉仪、检测器、计算机和记录系统五部分组成；红外光经迈克尔逊干涉仪照射样品后，再经检测器将检测到的信号以干涉图的形式送往计算机，进行付里叶变换的数学处理，最后得到红外光谱。

三、仪器和试剂

  FTIR-360红外光谱仪（美国尼高力公司）、压片机和压片模具、固体、液体及溶液装样器具（日本岛津公司）、研钵、KBr 、NaCl盐片、KBr（光谱纯）, 液体石蜡、丙酮、乙醇、正丁醇、乙酰苯胺（试剂均为A.R级）、聚苯乙烯薄膜、苯乙烯马来酸酐共聚物  

四、实验步骤

1. 样品的制备

(1)固体样品的制备

(a)溴化钾压片

  取约1mg固体试样于干净的玛瑙研钵中,在红外灯下研磨成细粉,再加约200mg干燥 KBr粉末一起研磨，直至二者完全混合均匀（颗粒约为2µm以下）。取出压片模具，将一压舌光面向上放入模芯中，套上套环，用样品勺将样品小心加入模具中,堆积均匀,另取一压舌光面向下放入模芯中，稍加压力使样品铺平，盖上上罩。把装好的模具放在油压机上，关闭气压阀，手动加压直至压力表指示约为400 Kgf时，停止加压，保持1_~3分钟;放气泄压。取出模具,将样品脱模，得一透明圆片,用小镊子将其放在试样架上，插入检测池测定红外光谱图。

(b)液体石蜡研糊

  取约2-3mg固体试样于干净的玛瑙研钵中研细,滴加1-2液体石蜡后，充分研磨混匀呈糊状,在红外灯下干燥，取出样品架和KBr(或NaCl)盐片，将研磨好的样品用不锈钢勺刮到盐片上, 涂匀后压上另一盐片,装入样品架下面板，位置调整适当后，插入上面板，将样品架的对角用螺丝旋紧固定,然后插入检测池测定红外光谱图。

(c) 薄膜法（多用于高分子化合物的测定）：

  通常将试样热压成膜,将膜夹在两盐片之间，放入样品架固定，测定其红外图谱（薄膜样品可直接采用此法测定）。也可将聚合物溶于适当的溶剂中（浓度为1-20%），然后将溶液滴在盐片上摊匀，在红外灯下使溶剂逐渐挥发成膜后，盖上另一盐片，装入样品架固定，插入检测池测定红外光谱图。

(2)液体样品的制备

  液膜法:

  对于高沸点，低粘度的样品，可将样品直接滴在盐片上，盖上另一盐片；对于粘度较大 的样品，用不锈钢勺将少许样品涂在盐片表面，在红外灯下烘烤，将样品刮匀，盖上另一盐片，使两盐片之间形成一定厚度的液膜，装入样品架固定，插入检测池测定红外光谱图。

对于低沸点易挥发的样品，应采用封闭型式液体池检测。

(3)气体样品的制备

  取出气体进样槽(见图)，打开进样槽两活塞中任意一个，将其与真空泵相连接；打开真空泵，抽出空气槽内原有的空气，关闭抽气活塞及油泵开关。将气体样品接入样槽任意一个入口，打开活塞注样，气体样品吸收峰强度的大小是通过调整气槽内样品压力实现的，因此在注样时，可将气槽另一入口和压力计相连，使气槽压力控制在所需范围内进行检测。

2. 样品检测

 (1)打开Avatar 360 FT-IR光谱仪电源开关; 击开电脑中omnic version 6.0 软件，设置实验参数。 

 (2)测定空气背景。 

    (3)将预先制备好的样品放插入样品架，测定红外图谱。

五、注意事项

  1.溴化钾制时样品的浓度和片的厚度应适当，在样品研磨、放置和过程 中应特别注意干燥。

  2. 切不可用手触摸NaCl、KBr盐片表面；用丙酮清洗盐片，镜头纸或脱脂棉擦拭后，

放入干燥器保存。

  3. 液体样品制备前应干燥除水，水溶液应使用CaF₂或 BaF₂窗片；腐蚀 性样品切不可用常规盐片制备。

六、实验结果及解析

本实验一个未知样固体样和一个未知液体的红外吸收光谱进行了测定。下面对谱图进行简要分析：

 （1） 未知固体样

在未知样的红外图谱中，

    79183.75px^-1附近为芳烃的C-H伸缩和弯曲振动，环的伸缩和变形振动以及合频振动产生的谱带；1668.20 cm^-1为C=0伸缩振动峰；40056.75px^-1，1518.94 cm^-1，36365.75px^-1，34667.75px^-1为芳环的骨架伸缩振动峰；1315.78 cm^-1，1290.02 cm^-1为C=O伸缩振动；21472.25px^-1，19121.75px^-1，17616px^-1为C-H的面外变形振动；

故该物质可能为C₇H₆O₂.

(2)  石蜡液体样  

在液体石蜡油的红外谱图中，波数为73882.75px^-1为-CH3的反对称伸缩振动；波数为2924.23 cm^-1为-CH2的反对称伸缩振动；波数为71351.75px^-1为-CH2的对称伸缩振动；波数为36482.75px^-1为-CH3的分对称变形振动δ_反对称；波数为34431.5px^-1为-CH3对称变形振动的δ_对称；波数为18172.5px^-1为-（CH2）n的面内摇摆振动。

七、问题思考

1. 为什么红外光谱检测要采用特殊的制样方法？

答：红外光谱在聚合物分析和鉴定中有着极为重要而又非常广泛的应用。聚合物红外光谱分析中非常关键的一步是样品的制备，红外光谱的质量在很大程度上取决于制样方法。例如KBr压片法，是将高聚物样品研细后和KBr粉末混研，待样品与KBr混合均匀，装入模具内放在油压机上加压，使成为透明的晶片。

2.那些样品不适宜采用溴化钾压片制样？

答：高聚物很难研成粉末，因此很难采用溴化钾压片。