实验一 红外光谱分析实验

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1、实验一红外光谱分析实验一、学时：2学时二、实验类型：演示性实验三、实验目的：1.了解傅立叶变换红外光谱仪的基本构造及工作原理2.学习高分子聚合物红外光谱测定的制样方法3.学会用傅立叶变换红外光谱仪进行样品测试4.掌握几种常用的红外光谱解析方法四、实验原理红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。波长在0.78～300μm。通常又把这个波段分成三个区域，即近红外区：波长在0.78～2.5μm（波数在12820～4000cm-1），又称泛频区；中红外区：波长在2.5～25μm（波数在4000～400cm-1），又称基频区；远红外区：波长在25～300μm（波数在400～33

2、cm-1），又称转动区。其中中红外区是研究、应用最多的区域。红外及拉曼光谱都是分子振动光谱。通过谱图解析可以获取分子结构的信息。作为红外光谱的特点，首先是应用面广，提供信息多且具有特征性，故把红外光谱通称为"分子指纹"。它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。其次，它不受样品相态的限制，无论是固态、液态以及气态都能直接测定，甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体（如橡胶）也可直接获得其光谱。它也不受熔点、沸点和蒸气压的限制，样品用量少且可回收，是属于非破坏分析。

3、而作为红外光谱的测定工具-红外光谱仪，与其他近代分析仪器（如核磁共振波谱仪、质谱仪等）比较，构造简单，操作方便，价格便宜。因此，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。红外光谱仪主要有两种类型：色散型和干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）。色散型红外光谱仪是以棱镜或光栅作为色散元件，这类仪器的能量受到严格限制，扫描时间慢，且灵敏度、分辨率和准确度都较低。随着计算方法和计算技术的发展，20世纪70年代出现新一代的红外光谱测量技术及仪器——傅立叶变换红外光谱仪。它具有以下特点：一是扫描速度快，可以在1s内测得多张红外谱图；二是光通量大，可以检测透射较低的样品，可以检测气体、固

4、体、液体、薄膜和金属镀层等不样品；三是分辨率高，便于观察气态分子的精细结构；四是测定光谱范围宽，只要改变光源、分束器和检测器的配置，就可以得到整个红外区的光谱。一、Fourier变换红外光谱仪（FTIR）Fourier变换红外光谱仪没有色散元件，主要由光源（硅碳棒、高压汞灯）、Michelson干涉仪、检测器、计算机和记录仪组成。核心部分为Michelson干涉仪，它将光源来的信号以干涉图的形式送往计算机进行Fourier变换的数学处理，最后将干涉图还原成光谱图。它与色散型红外光度计的主要区别在于干涉仪和电子计算机两部分。这种新技术具有很高的分辨率、波数精度高、扫描速度极快（1秒

5、内可完成）、光谱范围宽、灵敏度高等优点。Fourier变换红外光谱仪工作原理：工作原理：光源发出的红外辐射，经干涉仪转变成干涉图，通过试样后得到含试样信息的干涉图，由电子计算机采集，并经过快速傅立叶变换，得到吸收强度或透光度随频率或波数变化的红外光谱图。干涉图从数学观点讲，就是傅立叶变换，计算机的任务是进行傅立叶逆变换。Michelson干涉仪工作原理：仪器的核心部分是Michelson干涉仪，如图：M1和M2为两块平面镜，它们直互垂直直放置，固定不动，则可沿图示方向作微小的移动，称为动镜。在和之间放置一呈45度角的半透膜光束分裂器BS（beam-splitters），可使50%

6、的入射光透过，其余部分被反射。当光源发出的入射光进入干涉仪后就被光束分裂器分成两束光——透射光1和反射光2，其中透射光1穿过BS被动镜反射，沿原路回到BS并被反射到达探测器D，反射光2则由固定镜沿原路反射回来通过BS到达D。这样，在探测器D上所得到的1光和2光是相干光。1光和2光的光程差为波长的整数倍时，为相长干涉；分数倍时为相消干涉，动镜连继转动获得干涉图。(1)由于分子吸收了红外线的能量，导致分子内振动能级的跃迁，从而产生相应的吸收信号——红外光谱（InfraredSPectroscoPy，简记IR）。根据红外光谱与分子结构的关系，谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化合物的质

7、点或基团振动的形式。因此，特征吸收谱带的数目、位置、形状及强度取决于分子中各基团（化学键）的振动形式和所处的化学环境。只要掌握了各种基团的振动频率（基团频率）及其位移规律，即可利用基团振动频率与分子结构的关系，来确定吸收谱带的归属，确定分子中所含的基团或键，并进而由其特征振动频率的位移、谱带强度和形状的改变，来推定分子结构。在分子中存在着许多不同类型的振动，其振动自由度与原子数有关。含N个原子的分子有3N个自由度，除去分子的平动和转动自由度以外，振动动自由度应为3N—6(线性分子