固體樣品的紅外光譜測試及分析

實驗七  固體樣品的紅外光譜測試及分析

一、實驗目的：

1、學習有機化合物紅外光譜測定的制樣方法。

2、學習紅外光譜儀的操作技術。

3、了解傅立葉變換紅外光譜儀的基本構造及工作原理。

二、實驗原理

紅外光是一種波長介于可見光區和微波區之間的電磁波譜。波長在0.78～300μm。通常又把這個波段分成三個區域，即近紅外區：波長在0.78～2.5μm（波數在12820～100000px-1），又稱泛頻區；中紅外區：波長在2.5～25μm（波數在4000～10000px-1），又稱基頻區；遠紅外區：波長在25～300μm（波數在400～825px-1），又稱轉動區。其中中紅外區是研究、應用最多的區域。

紅外區的光譜除用波長λ表征外，更常用波數（wave number）σ表征。波數是波長的倒數，表示單位厘米波長內所含波的數目。作為紅外光譜的特點，首先是應用面廣，提供信息多且具有特征性，故把紅外光譜通稱為"分子指紋"。它最廣泛的應用還在于對物質的化學組成進行分析。用紅外光譜法可以根據光譜中吸收峰的位置和形狀來推斷未知物的結構，依照特征吸收峰的強度來測定混合物中各組分的含量。其次，它不受樣品相態的限制，無論是固態、液態以及氣態都能直接測定，甚至對一些表面涂層和不溶、不熔融的彈性體（如橡膠）也可直接獲得其光譜。它也不受熔點、沸點和蒸氣壓的限制，樣品用量少且可回收，是屬于非破壞分析。而作為紅外光譜的測定工具-紅外光譜儀，與其他近代分析儀器（如核磁共振波譜儀、質譜儀等）比較，構造簡單，操作方便，價格便宜。因此，它已成為現代結構化學、分析化學最常用和不可缺少的工具。

根據紅外光譜與分子結構的關系，譜圖中每一個特征吸收譜帶都對應于某化合物的質點或基團振動的形式。因此，特征吸收譜帶的數目、位置、形狀及強度取決于分子中各基團（化學鍵）的振動形式和所處的化學環境。只要掌握了各種基團的振動頻率（基團頻率）及其位移規律，即可利用基團振動頻率與分子結構的關系，來確定吸收譜帶的歸屬，確定分子中所含的基團或鍵，并進而由其特征振動頻率的位移、譜帶強度和形狀的改變，來推定分子結構。

三、紅外光譜法對試樣的要求

 紅外光譜的試樣可以是液體、固體或氣體，一般應要求：

（1）試樣應該是單一組份的純物質，純度應>98%或符合商業規格，才便于與純物質的標準光譜進行對照。

（2）試樣中不應含有游離水。水本身有紅外吸收，會嚴重干擾樣品譜，而且會侵蝕吸收池的鹽窗。

（3）試樣的濃度和測試厚度應選擇適當，以使光譜圖中的大多數吸收峰的透射比處于10%~80%范圍內。

四、制樣的方法

1 .氣體樣品

 氣態樣品 可在玻璃氣槽內進行測定，它的兩端粘有紅外透光的NaCl或KBr窗片。先將氣槽抽真空，再將試樣注入。

2 .  液體和溶液試樣

（1）液體池法

 沸點較低，揮發性較大的試樣，可注入封閉液體池中，液層厚度一般為0.01~1mm。

（2）液膜法

    沸點較高的試樣，直接滴在兩片鹽片之間，形成液膜。

3 . 固體試樣

（1）壓片法

    將1~2mg試樣與200mg純KBr研細均勻，置于模具中，用（5~10）′107Pa壓力在油壓機上壓成透明薄片，即可用于測定。試樣和KBr都應經干燥處理，研磨到粒度小于2微米，以免散射光影響

（2）石蠟糊法

    將干燥處理后的試樣研細，與液體石蠟或全氟代烴混合，調成糊狀，夾在鹽片中測定。

（3）薄膜法

主要用于高分子化合物的測定。可將它們直接加熱熔融后涂制或壓制成膜。也可將試樣溶解在低沸點的易揮發溶劑中，涂在鹽片上，待溶劑揮發后成膜測定。

五、實驗步驟

    固體樣品苯甲酸的紅外光譜測試：

（1）取干燥的苯甲酸試樣約1mg于干凈的瑪瑙研缽中，在紅外燈下研磨成細粉，再加入約150mg干燥的KBr一起研磨至二者完全混合均勻，顆粒粒度約為2μm以下。

（2）取適量的混合樣品于干凈的壓片模具中，堆積均勻，用手壓式壓片機用力加壓約30s，制成透明試樣薄片。

（3）將試樣薄片放入紅外光譜儀的樣品室中，先測空白背景，再將樣品置于光路中，測量樣品紅外光譜圖。

（4）掃譜結束后，取下薄片，將壓片模具擦洗干凈，置于干燥器中保存好。