红外光谱仪的使用

红外吸收光谱的使用

一、实验目的

(1) 了解红外光谱仪的基本结构和工作原理；

(2) 学习红外光谱仪的样品制备方法；

(3) 学习红外光谱仪的操作；

(4) 掌握红外光谱的分析

二、红外吸收光谱仪的基本结构和工作原理

2.1 分子振动

振动光谱是指物质因受光的作用，引起分子或原子基团的振动，从而产生对光的吸收。如果将透过物质的光辐射用单色器加以色散，使波长按长短依次排列，同时测量在不同波长处的辐射强度，得到的是吸收光谱。如果用的光源是红外光波长范围，即0.78~10000um，就是红外吸收光谱；如果用的是强单色光，如激光，产生的是激光拉曼光谱。

（1）物质对光的吸收具有选择性：

1）核外电子对光子的吸收，吸收范围（1~20eV）使其由基态跃迁到激发态。

2）分子振动对光子的吸收，吸收范围（0.05~1eV）

3）分子转动对光子的吸收，吸收范围（0.05eV以下）

（2）分子振动模型：

（3）分子振动吸收条件

I 分子振动频率与红外光谱段的某频率相等；

II 分子在振动过程中，能引起偶极矩的变化；

III 必须遵守旋律原则。

???→→拉曼吸收光谱外辐射的振动活性振动）：不吸收红非红外活性振动（拉曼

红外吸收光谱：吸收红外辐射的振动红外活性振动 2.2 红外光谱

（2）红外光谱的表示

连续的红外光与分子相互作用时，若分子中原子间的振动频率恰好与红外波段的某一频率相等时就会

引起共振，使光的透射强度减弱。

（3）红外光谱图的特征

I 谱带数目

II 吸收带的位置

III 谱带的形状

IV 谱带的强度

（4）影响红外光谱图的因素

（5）红外谱带的划分

I 特征谱带区：（4000~1333 cm^-1，或2.5~7.5um）

II 指纹谱带区：（1333~ 667 cm^-1 ，或7.5~15 um）

（6）红外吸收光谱的特点

I 特征性高；

II 不受物质的物理状态的限制，气、液、固均可测定；

III 所需测定的样品数量极少，只需几毫克甚至几微克；

IV 操作方便，测定速度快，重复性好；

V 已有的标准图谱较多，便于查阅。

VI 缺点和局限性：灵敏度和精确度不够高，含量<1%就难以测出，目前多用于定性分析。

（7）红外吸收光谱的测试功能

a．可以确定化合物的类别（芳香类）

b．确定官能团：例：—CO—，—C＝C—，—C≡C—

c．推测分子结构（简单化合物）

d．定量分析

2.3 红外吸收光谱仪

色散型红外光谱仪一般均采用双光束。将光源发射的红外光分成两束，一束通过试样，另一束通过参比，利用半圆扇形镜使试样光束和参比光束交替通过单色器，然后被检测器检测。当试样光束与参比光束强度相等时，检测器不产生交流信号；当试样有吸收，两光束强度不等时，检测器产生与光强差成正比的交流信号，从而获得吸收光谱。

1 . 光源

红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体，用电加热使之发射高强度的连续红外辐射。

常用的是Nernst灯或硅碳棒。Nernst灯是用氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结而成的中空棒和实心棒。工作温度约为1700℃，在此高温下导电并发射红外线。但在室温下是非导体，因此，在工作之前要预热。它的特点是发射强度高，使用寿命长，稳定性较好。缺点是价格比硅碳棒贵，机械强度差，操作不如硅碳棒方便。硅碳棒是由碳化硅烧结而成，工作温度在1200-1500℃左右。

2 . 吸收池

因玻璃、石英等材料不能透过红外光，红外吸收池要用可透过红外光的NaCl、KBr、CsI、KRS-5（TlI

58%，TlBr42%）等材料制成窗片。用NaCl、KBr、CsI等材料制成的窗片需注意防潮。固体试样常与纯KBr混匀压片，然后直接进行测定。

3 . 单色器

单色器由色散元件、准直镜和狭缝构成。

色散元件常用复制的闪耀光栅。由于闪耀光栅存在次级光谱的干扰，因此，需要将光栅和用来分离次光谱的滤光器或前置棱镜结合起来使用。

4 . 检测器

常用的红外检测器有高真空热电偶、热释电检测器和碲镉汞检测器。

5.记录系统

三、样品制备方法

3.1 制样要求

要获得一张高质量红外光谱图，除了仪器本身的因素外，还必须有合适的样品制备方法。红外光谱法对试样的要求

I 试样应该是单一组份的纯物质，纯度应 >98% 或符合商业规格，才便于与纯物质的标准光谱进行对照。多组份试样应在测定前尽量预先用分馏、萃取、重结晶或色谱法进行分离提纯，否则各组份光谱相互重叠，难于判断。

II 试样中不应含有游离水。水本身有红外吸收，会严重干扰样品谱，而且会侵蚀吸收池的盐窗。

III 试样的浓度和测试厚度应选择适当，且均匀，以使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于10%~80%范围内。

3.2 制样方法

（1）固体样品制样方法

１）压片法，是把固体样品的细粉，均匀地分散在碱金属卤化物中并压成透明薄片的一种方法；

２）粉末法，是把固体样品研磨成２μm以下的粉末，悬浮于易挥发溶剂中，然后将此悬浮液滴于KBr 片基上铺平，待溶剂挥发后形成均匀的粉末薄层的一种方法；

３）薄膜法，是把固体试样溶解在适当的的溶剂中，把溶液倒在玻璃片上或KBr窗片上，待溶剂挥发后生成均匀薄膜的一种方法；

４）糊剂法，是把固体粉末分散或悬浮于石蜡油等糊剂中，然后将糊状物夹于两片KBr等窗片间测绘其光谱。

在红外光谱分析的具体操作中，对于固体样品，常用的制样方法有以下四种。其中最常用的是压片法，但此法常因样品浓度不合适或因片子不透明等问题需要一再返工。现在采用溴化钾压片作片基，在得到同等效果图谱的情况下，降低了重新压片的次数，减少了清洗液体池和窗片的时间，避免了窗片破裂和损耗的可能性，而且此方法成本很低。