1、.實(shí)驗(yàn)三FTIR 測(cè)定分子結(jié)構(gòu) (定性分析 )實(shí)驗(yàn)一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、理解傅里葉紅外光譜測(cè)試方法的原理；2、掌握 FTIR-7600 紅外光譜儀的基本結(jié)構(gòu)和使用方法；3、掌握紅外光譜儀測(cè)試不同樣品的制備方法，學(xué)會(huì)固體粉末壓片法制備FTIR 樣品；4、學(xué)會(huì)用 FTIR 測(cè)試薄膜樣品、粉末樣品的紅外光譜，學(xué)會(huì)對(duì)所測(cè)紅外光譜圖的解析，掌握 FTIR 定性分析的原理和方法；二. 實(shí)驗(yàn)儀器FTIR-7600 型傅立葉變換紅外光譜儀，薄膜樣品 (聚苯乙烯薄膜 )；KBr 固體樣品，研缽，壓片機(jī)，紅外燒烤箱；學(xué)生自備：手機(jī)貼膜，透明塑料塊(制備成方塊狀，較薄)三. 實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)用紅外光 (IR) 照射測(cè)試樣品時(shí)

2、，樣品結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點(diǎn)會(huì)吸收一部分紅外光的能量，引起質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)能量的躍遷，從而使紅外光透過(guò)物質(zhì)時(shí)被吸收，而產(chǎn)生所謂的紅外吸收光譜；根據(jù)它吸收的紅外光的能量，去推導(dǎo)物質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)情況，從而推導(dǎo)樣品中的分子振動(dòng)情況、分子振動(dòng)能級(jí)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等相關(guān)性質(zhì)；也可簡(jiǎn)單理解為：連續(xù)的紅外光與分子相互作用時(shí)，若樣品中分子的某一振動(dòng)頻率恰與紅外光波段的某一頻率相等就引起該波段的共振吸收，使光的透射強(qiáng)度減弱，這就是紅外光譜產(chǎn)生的原理；紅外光譜是分子振動(dòng)光譜，通過(guò)譜圖解析可以獲取分子結(jié)構(gòu)的信息。任何氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)樣品均可進(jìn)行紅外光譜測(cè)定，這是其它儀器分析方法難以做到的。由于每種化合物均有紅外吸收，尤其是有機(jī)化合物的紅外

3、光譜能提供豐富的結(jié)構(gòu)信息，因此紅外光譜法是物質(zhì)結(jié)構(gòu)解析 (尤其是有機(jī)物結(jié)構(gòu)解析 )的重要手段之一。傅立葉變換紅外光譜儀是 20 世紀(jì) 70 年代發(fā)展起來(lái)的新一代紅外光譜儀，它具有以下特點(diǎn)：一是掃描速度快，可以在 1s 內(nèi)測(cè)得多張紅外譜圖；二是光通量大，可以檢測(cè)透射較低的樣品，可以檢測(cè)氣體、固體、液體、薄膜和金屬鍍層等不樣品；三是分辨率高，便于觀察氣態(tài)分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)；四是測(cè)定光譜范圍寬，只要改變光源、分束器和檢測(cè)器的配置，就可以得到整個(gè)紅外區(qū)的光譜。廣泛應(yīng)用于有機(jī)化學(xué)、高分子化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、化工、催化、石油、材料、生物、醫(yī)藥、環(huán)境等領(lǐng)域。.紅外吸收光譜分析方法主要是依據(jù)分子內(nèi)部原子間的相對(duì)振動(dòng)和

4、分子轉(zhuǎn)動(dòng)等信息進(jìn)行測(cè)定。(1) 雙原子分子的紅外吸收頻率分子振動(dòng)可以近似地看作是分子中原子心平衡點(diǎn)為中心，以很小的振幅做周期性的振動(dòng)。這種振動(dòng)的模型可以用經(jīng)典的方法來(lái)模擬。如圖 1 所示，m1 和 m2 分別代表兩個(gè)小球的質(zhì)量，即兩個(gè)原子的質(zhì)量， 彈簧的長(zhǎng)度就是化學(xué)鍵的長(zhǎng)度。這個(gè)體系的振動(dòng)頻率取決于彈簧的強(qiáng)度，即化學(xué)鍵的強(qiáng)度和小球的質(zhì)量。其振動(dòng)是在連接兩個(gè)小球的鍵軸方向發(fā)生的。圖 1 雙原子分子的振動(dòng)模型用經(jīng)典力學(xué)的方法可以得到如下的計(jì)算公式：1k2或1k2 c可簡(jiǎn)化為：1304k式中，是頻率， Hz；是波數(shù)， cm-1；k 是化學(xué)鍵的力常數(shù)， g/s2；c 是光速 (3 1010cm/s)；

5、是原子的折合質(zhì)量 (=m1m2/(m1+m2) 。一般來(lái)說(shuō)，單鍵的 k=41056105 g/s2；雙鍵的 k=8105 12105 g/s2 ；叁鍵的 k=12105 20105 g/s2。(2) 多原子分子的吸收頻率雙原子分子振動(dòng)只能發(fā)生在聯(lián)接兩個(gè)原子的直線上，并且只有一種振動(dòng)方式，而多原子分子振動(dòng)則有多種振動(dòng)方式。假設(shè)由n 個(gè)原子組成，每一個(gè)原子在空間都有 3 個(gè)自由度，則分子有 3n 個(gè)自由度。非線性分子的轉(zhuǎn)動(dòng)有3 個(gè)自由度，線性分子則只有2 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，因此非線性分子有3n-6 種基本振動(dòng)，而線性分子有3n-5 種基本振動(dòng)。以H2O 分子為例，其各種振動(dòng)如圖所示，水分子由3 個(gè)原子

6、組成并且不在一條直線上，其振動(dòng)方式應(yīng)有33 6 3個(gè)，分別是對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)。O H 鍵長(zhǎng)度改變的振動(dòng)稱(chēng)為伸縮振動(dòng)，鍵.角小于 HOH 改變的振動(dòng)稱(chēng)為彎曲振動(dòng)。通常鍵長(zhǎng)的改變比鍵角的改變需要更大的能量，因此伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)，彎曲振動(dòng)出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)。(3) 紅外光譜及其表示方法紅外光譜所研究的是分子中原子的相對(duì)振動(dòng)，也可歸結(jié)為化學(xué)鍵的振動(dòng)。不同的化學(xué)鍵或官能團(tuán)，其振動(dòng)能級(jí)從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)所需要的能量不同，因此要吸收不同的紅外光。物理吸收不同的紅外光，將在不同波長(zhǎng)上出現(xiàn)吸收峰。紅外光譜就是這樣形成的。紅外光譜的表示方法如下圖所示：典型的紅外光譜。橫坐標(biāo)為波數(shù)(cm-1，最常見(jiàn)

7、 )或波長(zhǎng) (m)，縱坐標(biāo)為透光率或吸光度。紅外波段通常分為近紅外 （ 133004000cm-1 ）、中紅外（ 4000 400cm-1 ）和遠(yuǎn)紅外（40010cm-1）。其中研究最為廣泛的是中紅外區(qū)。(4) 紅外譜帶的強(qiáng)度紅外吸收峰的強(qiáng)度與偶級(jí)矩變化的大小有關(guān)，吸收峰的強(qiáng)弱與分子振動(dòng)時(shí)偶極矩變化的平方成正比，一般，永久偶極矩變化大的，振動(dòng)時(shí)偶極矩變化也較大，如C=O（或 C-O）的強(qiáng)度比 C=C（或 C-C）要大得多，若偶極矩變?yōu)榱?，則無(wú)紅外活性，即無(wú)紅外吸收峰。4、實(shí)驗(yàn)儀器與樣品制備方法介紹本實(shí)驗(yàn)所采用的儀器設(shè)備為FTIR-7600 型傅立葉變換紅外光譜儀 （天津港東），實(shí)驗(yàn)儀器和工作原

8、理圖如圖1 所示。.圖 1. 傅立葉變換紅外光譜儀(FTIR) 的工作原理圖固定平面鏡、分光器和可調(diào)凹面鏡組成傅立葉變換紅外光譜儀的核心部件邁克爾干涉儀。由光源發(fā)出的紅外光經(jīng)過(guò)固定平面鏡反射鏡后，由分光器分為兩束：50的光透射到可調(diào)凹面鏡，另外50的光反射到固定平面鏡?？烧{(diào)凹面鏡移動(dòng)至兩束光光程差為半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)，這兩束光發(fā)生相長(zhǎng)干涉，干涉圖由紅外檢測(cè)器獲得， 經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)傅立葉變換處理后得到紅外光譜圖。如圖 2 所示為 FTIR-7600紅外光譜儀的光路圖。.FTIR-7600.圖 2. FTIR-7600 紅外光譜儀的光路圖上述紅外光譜儀是在海拔從 0 到 2000 米（或 6500 英尺

9、）的室內(nèi)使用的，它們的可靠工作溫度在 16到 25（60到 78）之間。另外， FTIR 紅外光譜儀器需要在干燥的環(huán)境中工作，因?yàn)榉质鳌z測(cè)器 以及其它組成部分可能會(huì)被濕氣所腐蝕。 請(qǐng)維持范圍在 20% 到 60% 的空氣濕度。因此，紅外系列光譜儀都要將其密封和保持室內(nèi)空氣干燥。以下為的相關(guān)技術(shù)參數(shù)：波數(shù)范圍4000cm-1 400cm-1分辨率1.5cm-1透過(guò)率重復(fù)性0.5%信噪比15000：1 （1 分鐘， 2100cm-1 處）100%線4000cm-1 500cm-1 范圍 99% 101%（CO2 除外）光源空冷陶瓷光源分束器多層鍍膜 溴化鉀.監(jiān)測(cè)器高靈敏度 DTGS樣品制備方法

10、： 常見(jiàn)固體樣品包括高聚物，部分有機(jī)化合物，無(wú)機(jī)化合物，礦物等。要想得到高質(zhì)量的紅外光譜圖，應(yīng)根據(jù)樣品的性質(zhì)，選用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行樣品制備及測(cè)試。對(duì)于固體樣品來(lái)說(shuō) (薄膜樣品可直接進(jìn)行測(cè)試)，常用的測(cè)試方法有鹵化物壓片法、調(diào)糊法、溶液鑄膜法、熱壓成膜法、裂解涂膜法、ATR 法等。固體樣品常用壓片法(重點(diǎn)介紹 )，它也是固體樣品紅外測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法。將固體樣品與溴化鉀碎晶放到研缽里一起粉碎，用壓片機(jī)壓成薄片薄片應(yīng)透明均勻。組裝壓模時(shí)，將其中一個(gè)壓舌光潔面朝上放在底座上，并裝上壓片套圈，加入研磨后的樣品，再將另一壓舌光潔面朝下壓在樣品下，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)以保證樣品面平整，最后順序放在壓片套筒、彈簧和壓桿，通過(guò)

11、液壓器加壓力至10t，保持 3min。壓片模具及壓片機(jī)因生產(chǎn)廠家不同而異。采用壓相片法時(shí)的注意事項(xiàng)：樣品及溴化鉀烘干樣品及溴化鉀研磨均勻（操作應(yīng)在紅外燈下進(jìn)行）。壓片成型后減壓要?jiǎng)蛩儆猛昴＞邞?yīng)用干凈的軟紙或軟布擦拭干凈后保存以防生銹。液體樣品，一般直接注入封閉的液體池里，液層厚長(zhǎng)一般為 0.01-1mm，兩端一般為紅外透明的鹽窗片 (KBr 或 KCl 等)，圖 3 所示為液體池結(jié)構(gòu)。對(duì)氣體樣品，常將氣體充于氣體槽中進(jìn)行測(cè)量，氣體槽是一直徑約為 40mm，長(zhǎng)度 100mm 的玻璃筒，兩端也放置紅外透明的鹽窗片 (KBr 或 KCl 等 )，圖 4 所示為氣體池結(jié)構(gòu)。圖 3(左)和圖 4(右)：

12、FTIR 測(cè)試用液體池和氣體池5、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.了解并初步掌握傅立葉變換紅外光譜儀的基本原理與構(gòu)造；學(xué)習(xí)紅外光譜法測(cè)定化合物結(jié)構(gòu)的方法；學(xué)習(xí)并掌握制備 FTIR 樣品的方法，尤其是壓片法；通過(guò)測(cè)定已知和未知樣品的紅外光譜，初步掌握獲得譜圖的一般操作程序與技術(shù)；了解影響分析測(cè)定的重要因素，學(xué)會(huì)優(yōu)化分析條件；學(xué)習(xí)譜圖的解析方法。具體實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：1. 檢查溫濕度計(jì)，觀察環(huán)境是否符合要求：溫度為16C25C，相對(duì)濕度為 20 50。2. 檢查濕度指示卡是否為淡藍(lán)色，否則應(yīng)立即更換干燥劑。 （干燥劑應(yīng)用 110C 烘烤至少 3小時(shí)，冷卻后才可以使用）確認(rèn)儀器的開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉檔，連接好電源線和USB 線。

13、將樣品倉(cāng)內(nèi)的干燥劑和防塵罩取出。3. 開(kāi)機(jī)，預(yù)熱 15 分鐘以上。4. 根據(jù)樣品本身的性質(zhì)選取合適的制樣方法。制備 KBr 薄片樣品，注意制備過(guò)程中的相關(guān)注意事項(xiàng)；將制好的樣品用夾具夾好，放入儀器內(nèi)的固定支架上準(zhǔn)備進(jìn)行測(cè)定。5. 打開(kāi)操作軟件，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。6. 點(diǎn)擊 “采樣品 ”，軟件會(huì)自動(dòng)采集背景，背景采集完后跳出對(duì)話框按提示放入樣品，此時(shí)將樣品放入樣品倉(cāng)點(diǎn)擊“確定 ”，軟件自動(dòng)采集樣品，采集結(jié)束后得到樣品譜圖。7. 對(duì)上述所測(cè)譜圖進(jìn)行所需的數(shù)據(jù)處理、譜圖解析和檢索，記錄下所獲得圖譜的大致圖形，對(duì)其中的每個(gè)振動(dòng)峰進(jìn)行分析解譜，并作好相應(yīng)記錄；保存譜圖，取出樣品。8. 重復(fù)上述步驟測(cè)試其它樣品，如有機(jī)材料 (手機(jī)貼膜、透明塑料方塊 )，聚苯乙烯等；對(duì)各個(gè)測(cè)試所獲得的紅外光譜仍然進(jìn)行分析、解譜并作詳細(xì)記錄，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。9. 測(cè)試完成后清洗各附件 (用無(wú)水乙醇將研缽， 壓片器具洗干凈， 烘干后，存放