拉曼光谱定量检测无机盐溶液浓度.pdf

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1、实验日期：2015年10月14日实验名称：拉曼光谱定量检测无机盐溶液浓度一、实验目的1.熟练掌握显微共焦激光拉曼光谱仪的使用方法。2.能使用Origin等软件对测得的拉曼光谱进行数据处理。3.通过对不同浓度无机盐溶液的定量检测，深刻理解拉曼光谱的基本原理。二、实验原理在无机盐溶液的拉曼光谱中，其水峰及无机盐特征峰的面积比（WSR）正比于溶液中水和溶质的分子数之比，即溶液中水与溶质的浓度比。由于在盐溶液中，水是大量的，水的浓度近似不变。则有WSR=A(水)/A(盐)∝n(H2O)/n(KNO3)=c(H2O)/c(KNO3)≈a/c(KNO3)其中a是常数。三、实验仪器和试剂浓

2、度为0.1、0.25、0.5、0.75、1.0、1.25、1.5mol/L的KNO3溶液和未知浓度的KNO3溶液（均装在2ml的玻璃试剂瓶中，且瓶中没有气泡）+附有Leica显微镜的RenishawInVia型共聚焦拉曼光谱仪，514nmAr激光器-1光谱检测条件：物镜：50X；光谱扫描范围：100~4000cm；激光功率：20mW；激光曝光时间：10s四、实验步骤1.打开主机和计算机电源，同时打开激光源后面的总开关，将仪器预热20分钟左右。2.自检。静态取谱，将硅片放在载物台中央，用50倍物镜，1秒曝光时间，100%激光功率取谱。取谱过程为:先打开白光照明光（上2下1），调

3、节显微镜载物台的高度使得视野中观察到一个大而亮的正多边形，然后保持显微镜的高度不变，将白光光路切换为激光光路（上1下2），进行谱图扫描。扫描得到的谱图中只有一个峰。选中菜单栏里tools中的线性拟合，设置该-1-1峰的最高点为520RamanShiftcm，允许误差为±0.5cm。3.样品拉曼光谱的测定。将准备好的KNO3溶液放在显微镜的载物台上，先在白光照明光下聚焦，使焦点聚焦在溶液中（注意不能聚焦在玻璃瓶瓶壁上）。选择Measurement→New→Spectralacquisition进行实验条件设置（若已设置好不需要再次设置），再将光路切换到激光光路，选择Measur

4、ement→Run运行实验，扫描完成后，保存扫描结果。依次测定所有的KNO3溶液的拉曼光谱，保存数据。五、数据处理1.用Origin软件依次绘制不同浓度的KNO3溶液的拉曼光谱图，在对测得的各浓度KNO3溶液-的拉曼光谱进行基线差减后，对每一组光谱中的水峰以及v1-NO3的面积进行积分，并求出其比值，即对应的WSR值。表1不同浓度KNO3溶液的WSR值浓度0.10.250.50.751.01.251.5未知(mol/L)WSR1.29E4.58E1.88E1.46E+01.02E+07.99E+06.83E+03.48E++03+02+02221102S(NO1924.843

5、27.55543.33512.126700.096548.608390.271493.9-3)2485989640284312120943588921S(H22.49021.98411.0432513339.683885.523442.572636.519957O)5E65E61E662995885932732565669.1951下面是0.1-1.5mol/L不同浓度KNO3溶液的拉曼光谱图（图1-图7）和未知溶液的拉曼光谱图（图8）：2.对表一数据WSR和浓度c进行反比例拟合，获得标准曲线，计算出a常数。再通过计算得到未知KNO3溶液的浓度。图9.反比例拟合图像12得到常

6、数a的值为125.2530，R=0.99252。将未知溶液的WSR数值代入，计算可得到未知溶液的浓度c(未知)=a/WSR(未知)=125.2530/348=0.360mol/L。从图9中看出，第三个点偏离曲线最严重，考虑将其去掉再次进行拟合。得到新的拟合曲线和a值。图10.反比例函数拟合图像22得到常数a’的值为126.2960，R=0.99587，相关系数略有提高。将未知溶液的WSR数值代入，计算可得到未知溶液的浓度c(未知)=a’/WSR(未知)=126.2960/348=0.363mol/L。两次处理得到的浓度结果误差在千分位（允许误差的位数）上，可见拉曼光谱的测量结

7、果是比较准确的。六、思考题：1.比较不同的实验条件下同一浓度的溶液的拉曼光谱有何异同？答：水峰和盐特征峰的峰位置没有变化，但峰强度受不同实验条件的影响有时大有时小；不同的实验条件下，基线会有不同程度的波动，对浓度较稀溶液的盐的特征峰的影响较大，对水峰的影响不大。2.为什么不能采用无机盐溶液的拉曼特征峰强度定量计算溶液浓度？答：○1因为拉曼的水峰有很大的峰宽，如果单用强度定量计算溶液浓度，就忽略了拉曼图像所显示的峰宽的特性；○2一个物质对应峰的信息应当从峰开始到峰结束，对拉曼峰而言，与物质的分子数相对应的