色散型紅外光譜儀
一、實驗?zāi)康?/span>
1、學(xué)習(xí)并掌握色散型紅外光譜儀的使用方法和原理；
2、了解紅外光譜的應(yīng)用，以及掌握紅外光區(qū)分析時試樣的制備方法；
3、觀察不同基團(tuán)的特征吸收，并從紅外光譜圖中識別基團(tuán)以及從這些基團(tuán)確定未知化合物的主要結(jié)構(gòu)。
二、實驗原理
1、色散型紅外光譜儀基本工作原理
紅外分光光度計，是一種用棱鏡或光柵進(jìn)行分光的紅外光譜儀。由光源發(fā)出的紅外線分成完全對稱的兩束光：參考光束與樣品光束。它們經(jīng)半圓型調(diào)制鏡調(diào)制，交替地進(jìn)入單色儀的狹縫，通過棱鏡或光柵分光后由熱電偶檢測兩束光的強(qiáng)度差。當(dāng)樣品光束的光路中沒有樣品吸收時，熱電偶不輸出信號。一旦放入測試樣品，樣品吸收紅外光，兩束光有強(qiáng)度差產(chǎn)生，熱電偶便有約10Hz的信號輸出，經(jīng)過放大后輸至電機(jī)，調(diào)節(jié)參考光束光路上的光楔，使兩束光的強(qiáng)度重新達(dá)到平衡，由筆的記錄位置直接指出了某一波長的樣品透射率，波數(shù)的連續(xù)變化就自動記錄了樣品的紅外吸收光譜或透射光譜。
???紅外光譜的測繪原理是，用一定頻率的紅外線聚焦照射被分析的試樣，如果分子中某個基團(tuán)的振動頻率與照射紅外線相同就會產(chǎn)生共振，這個基團(tuán)就吸收一定頻率的紅外線，把分子吸收的紅外線的情況用儀器記錄下來，便能得到全面反映試樣成份特征的光譜，從而推測化合物的類型和結(jié)構(gòu)。IR光譜主要是定性技術(shù)，但是隨著比例記錄電子裝置的出現(xiàn)，也能迅速而準(zhǔn)確地進(jìn)行定量分析。
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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)度連續(xù)紅外輻射。常用的有能斯特?zé)艉凸杼及魞煞N。能斯特?zé)羰怯裳趸啞⒀趸惡脱趸Q燒結(jié)而成，是一直徑為1～3mm，長約20～50mm的中空棒或?qū)嵭陌?，兩端繞有鉑絲作為導(dǎo)線。在室溫下，它是非導(dǎo)體，但加熱至800℃時就成為導(dǎo)體并具有負(fù)的電阻特性，因此，在工作之前，要由一輔助加熱器進(jìn)行預(yù)熱。這種光源的優(yōu)點是發(fā)出的光強(qiáng)度高，使用壽命可達(dá)6個月至一年，但機(jī)械強(qiáng)度差，稍受壓或受阻就會發(fā)生損壞，經(jīng)常開關(guān)也會縮短使用壽命。硅碳棒一般為兩端粗中間細(xì)的實心棒，中間為發(fā)光部分，其直徑約5mm，長約50mm。碳硅棒在室溫下是導(dǎo)體，并有正的電阻溫度系數(shù)，工作前不需預(yù)熱。和能斯特?zé)舯容^，它的優(yōu)點是堅固，壽命長，發(fā)光面積大；缺點是工作時電極接觸部分需用水冷卻。
單色器：與其他波長范圍內(nèi)工作的單色器類似，紅外單色器也是由一個或幾個色散原件（棱鏡或光柵，目前已主要使用光柵），可變的入射和出射狹縫，以及用于聚焦和反射光束的反射鏡組成。在紅外儀器中一般不使用透鏡，以免產(chǎn)生色差。另外，應(yīng)根據(jù)不同的工作波長區(qū)域選用不同的透光材料來制作棱鏡。
檢測器：常用的紅外檢測器有真空熱電偶、熱釋電檢測器和汞鎘碲檢測器。真空熱電偶是色散性紅外光譜儀中最常見的一種檢測器。它利用不同導(dǎo)體構(gòu)成回路時的溫差電現(xiàn)象，將溫差轉(zhuǎn)變?yōu)殡娢徊?。它以一片涂黑的金箔作為紅外輻射的接受面。在金箔的一面焊有兩種不同的金屬、合金或半導(dǎo)體作為熱接點，而在冷接點端（通常為室溫）連有金屬導(dǎo)線。此熱電偶封于真空度約為7×10-7Pa的腔內(nèi)。為了接受各種波長的紅外輻射，在此腔體上對著涂黑的金箔開一小窗，粘以紅外透光材料，如KBr(至25μm)，CsI(至50μm)?，KRS-5(至45μm)等。當(dāng)紅外輻射通過此窗口射到涂黑的金箔上時，熱接點溫度升高，產(chǎn)生溫差電勢，在閉路的情況下，回路即有電流產(chǎn)生。由于它的阻抗很低（一般10Ω左右），在和前置放大器耦合時需要用升壓變壓器。
2、制樣方法
在制備試樣時應(yīng)注意下述各點：（1）試樣的濃度和測試厚度應(yīng)選擇適當(dāng)，濃度太小，厚度太薄，會使一些弱的吸收峰和光譜的細(xì)微部分不能顯示出來；過大，過厚，又會使強(qiáng)的吸收峰超越標(biāo)尺刻度而無法確定它的真實位置。（2）試樣中不應(yīng)含有游離水。水分的存在不僅會侵蝕吸收池的鹽窗，而且水分本身在紅外區(qū)有吸收，將使測得的光譜圖變形。溶劑分子簡單，極性小。（3）試樣應(yīng)該是單一組分的純物質(zhì)。多組分試樣在測定前應(yīng)盡量預(yù)先進(jìn)行組分分離（如采用色譜法、精密蒸餾、重結(jié)晶、區(qū)域熔融法等），否則各組分光譜相互重疊，以致對譜圖無法進(jìn)行正確的解釋。
固體試樣
（1）壓片法??在紅外光譜的測定上被廣泛用于固體試樣調(diào)制劑的有KBr、KCl，它們的共同特點是在中紅外區(qū)（4000～10000px-1）完全透明，沒有吸收峰。被測樣品與它們的配比通常是1：100，即取固體試樣1～3mg，在瑪瑙研缽中研細(xì)，再加入100～300mg磨細(xì)干燥的KBr或KCl粉末，混合研磨均勻，使其粒度在2.5μm（通過250目篩孔）以下，放入錠劑成型器中。加壓（5～10t/cm2）3分鐘左右即可得到一定直徑及厚度的透明片，然后將此薄片放在儀器的樣品窗口上進(jìn)行測定。
（2）熔融法??將熔點低且對熱又穩(wěn)定的試樣，直接放在可拆池的窗片上，用紅外燈烘烤，使之受熱變成流動性的液體，蓋上另一個窗片，按壓使其展成一均勻薄膜，逐漸冷卻固化后測定。
（3）薄膜法??將試樣溶于適當(dāng)?shù)牡头悬c溶劑中，而后取其溶液滴灑在成膜介質(zhì)（水銀、平板玻璃、平面塑料板或金屬板等）上，使其溶劑自然的蒸發(fā)，揭下薄膜進(jìn)行測定。薄膜厚度一般約為0.05～0.1mm。
（4）附著法??有些高分子物質(zhì)，結(jié)晶性物質(zhì)或象細(xì)菌膜那樣的生物體試樣，不能用溶液成膜法得到所需的薄膜，可將其試樣溶液直接滴在鹽片上展開，當(dāng)溶劑蒸發(fā)后，在鹽片的表面上形成薄的附著層即可直接測試。
（5）涂膜法??對于那些熔點低、在熔融時又不分解、升華或發(fā)生其它化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，可將它們直接加熱熔融后涂在鹽片上，上機(jī)測試；另外對于不易揮發(fā)的粘、稠狀樣品，也可直接涂在鹽片上（厚度一般約為0.02mm），上機(jī)測試。
液體試樣
（1）沸點較高試樣，直接滴在兩塊鹽片之間，形成液膜（液膜法），上機(jī)測試。
（2）沸點較低，揮發(fā)性較大的試樣，可注入封閉液體池中，?液層厚度一般約為0.01～1mm。
氣態(tài)試樣??使用氣體吸收池，先將吸收池內(nèi)空氣抽去，然后注入被測試樣。
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科技前沿
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企業(yè)風(fēng)采
