红外光谱分析实验报告

~ 一、红外光谱的基本原理
分子运动包括分子整体的转动、组成原子的振动和分子中电子的运动。分子的每一运动状态都具有一定的能量。在分子中，各原子靠相互的键力作用维持在平衡位置，并在平衡位置附近作微小的振动，构成分子的振动模式。分子的振动在一般的情况下是复杂的，因此在一定条件下可把分子的振动看作是几种相互独立的较简单的振动方式的叠加。这些相互独立的较简单的振动方式转为简正振动模式。每种简正振动模式有其特征频率(v)，各种简正振动频率由分子的几何构型、原子间的键力场及原子的质量等因素决定的。
分子在作频率为v的简正振动时，它的振动能量为：En=(1/2+n)hv
式中，n是振动能级的振动量子数，取整数0，1，2，…，h是普朗克常量。振动基态E0称为零点振动能，即便是在绝对零度时也存在零点振动能。当入射光子的能量hv恰好等于振动的能级差时，分子有可能吸收光子能量而发生振动状态的跃迁。可见，hv光=E1-E0=hv0。当入射光的频率等于分子的一个简正振动频率(v光=v0)时，则分子有可能吸收光的能量，从基态跃迁到第一激发态。按经典理论的说法，就是由于入射光的频率等于振动模式的固有频率，使分子对光能发生共振吸收。
图13-5-1 红外光谱振动基态产生红外吸收的条件
测量和记录红外吸收光谱的仪器称为红外分光光度计。根据分光原理的不同，红外分光光度计可分为两大类型：色散型和干涉型。色散型红外分光光度计依据光的折射和衍射，采用色散元件(棱镜或光栅)进行分光；干涉型红外分光光度计则是基于光相干性原理利用干涉仪达到分光的目的。再根据数学上的傅立叶变换函数的特性对干涉仪进行改进，并利用计算机将其光源的干涉图转换成光源的光谱图，故又称为傅立叶红外分光光度计(fTIR)。由于傅立叶变换红外分光光度计摒弃了狭缝装置，使得它在任何测量时间内都能够获得辐射源的所有频率的全部信息，同时也消除了狭缝对光谱能量的限制，使得光能的利用率大大提高，即所谓能量输出大，因而它在实际使用上有很多优点。提高了灵敏度、分辨率和精度(0.01cm-1)，减少了杂散光。
二、红外光谱的解析
红外区的划分如下：
(1)近红外光区：其吸收带主要是由低能电子跃迁、含氢原子团伸缩振动的倍频吸收等产生的。该区的光谱可用于研究稀土和其他过渡金属离子的化合物，及水、含氢原子团化合物的分析(如胶、蜡和宝玉石中的有机染料)。
(2)中红外光区：该区的吸收带主要为基频吸收带，由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，故此区最宜用于对宝玉石进行红外光谱的定性和定量分析。①在4000～1250cm-1称为特征频率区，此区的吸收峰较疏，主要包括：含有氢原子的单键、各种三键和双键的伸缩振动的基频峰；②1250～400cm-1频区是宝石矿物鉴定的指纹区。所出现的谱带相当于各种单键的伸缩振动，以及多数基团的弯曲振动。③相关频率：特征频率可以证明官能团的存在，但多数情况下，一个官能团有数种振动形式，而每一种红外活性振动都有一个相应的吸收峰，有时还能观察到倍频峰，因而不能由单一特征峰肯定官能团的存在。特征频率是与相关频率相互依存的吸收峰，其数目是由分子结构和光谱图的波长范围决定的。在中红外光谱区，多数基团都有一组相关峰。
(3)远红外光区：该区的吸收带主要与气体分子中的纯转动跃迁、振动-转动跃迁有关，一般不在此区范围内进行宝玉石分析。
三、试样的制备
现代的傅立叶红外光谱仪附有显微透射和反射红外光谱装置，可以不破坏样品直接检测。对不透明的宝石采用反射红外光谱装置检测，对透明的宝石采用透射红外光谱装置检测。对于宝石矿物原料则采用粉末法制备样品。粉末法制备样品制备的方法主要有2种：压片法和糊状法。
(1)压片法：一般将宝玉石样品取下1～3mg，放在玛瑙研钵中制成粉末，加100～300mg KBr混合研磨均匀，再加入到压模内，压制成一定直径或厚度的透明片。然后进行测定。
(2)糊状法：如果是研究宝玉石中的氢的存在形式，则将试样研成粉末后和石蜡油混合研磨制成糊膏，以减少在样品中的散射。一般来说，在制备试样时应注意以下几点：①试样最好是单一组分的物质；②试样的浓度或测试厚度应选择适当，以使光谱中大多数吸收峰的透光度处于15%～70%范围内；③试样中不应含有游离水。
四、红外光谱在宝石学中的应用
红外光谱是振动光谱，它是物质内部的显微结构和键合的灵敏探测器。根据所观测到的吸收峰的位置、对称性和相对强度，可提供非常有用的结构和成分信息。利用特征吸收谱带的频率，推断分子中存在某一基团成键。进而再由特征吸收谱带频率的位移，推断邻接基团的特征，由分子的特征吸收谱带强度的改变，可对其混合物和化合物进行定量分析。红外光谱图的表示：纵坐标表示透过率(或吸收率)，横坐标表示波长(nm)或频率(cm-1)。红外光谱在宝玉石学中有着广泛的应用。
(1)宝玉石物相的鉴定：与钻石相似的无色宝石，如无色的立方氧化锆、钇铝榴石和锡石等和钻石十分相似，但它们的红外光谱图有明显的区别。
(2)钻石类型的判定：如图13-5-2是用FTIR判定钻石类型的一个好方法。
图13-5-2 用红外光谱(FTIR)判定钻石类型
图13-5-3 金刚石的红外光谱图
(3)浸染宝玉石的检测：如翡翠的A、B和C货的检测，镀膜处翡翠的鉴定。
(4)近红外区是宝玉石中碳、氢和氧等元素存在形式研究的特征区。矿物中若有水分子存在，则它的组合频和倍频均在近红外区(如绿柱石和电气石等)。红外光谱图中(图13-5-3)显示IIb型金刚石结构中存在H2分子，其振动谱峰位于4106cm-1。

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大关县19413853092： 红外光谱法的分析 - ？
石婉思泽： 红外光谱具有鲜明的特征性,其谱带的数目、位置、形状和强度都随化合物不同而各不相同.因此,红外光谱法是定性鉴定和结构分析的有力工具 将试样的谱图与标准品测得的谱图相对照,或者与文献上的标准谱图(例如《药品红外光谱图集》...

大关县19413853092： 200分求物理红外光谱实验设计？
石婉思泽： 红外光谱 一、实验目的: 1、学习有机化合物红外光谱测定的制样方法. 2、学习红外光谱仪的操作技术. 二、实验原理 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(Infrared ...

大关县19413853092： 苯乙酮的红外光谱图分析 - ？
石婉思泽：[答案] 特征集团为羰基伸缩振动位于1900~1600cm-1,苯乙酮的羰基伸缩振动位于1700~1680cm-1处(为特征频率),因其存在共轭体系红外吸收峰向低波数移动,770~730、710~690cm-1为苯环单取代

大关县19413853092： 红外光谱分析(苯甲酸红外吸收光谱图的测绘——KBr晶体压片法制样) - ？
石婉思泽： 1.干燥.因为红外测试过程是禁水,待测样品也是不能含水的. 2.如果是新手,就检索谱库.相似度在95%以上就可以断定主要成分是该物资.如果是老手,看特征官能团.如苯甲酸的苯环特征吸收,苯环单取代特征吸收,羧酸的羟基,羰基特征吸收峰. 3.温度常年25最好.湿度要维持在40%以下.一般红外房间为单独的小房间.配空调和抽湿机.如果是南方.一般抽湿机要长期开着. 此外,红外房间不宜人员过多,以免二氧化碳含量过高.影响谱图质量.

大关县19413853092： 红外光谱分析结果 - ？
石婉思泽： 13330~4000 cm^-1 读作 一万三千三百三十 至 四千 波数,英文读法 thirteen thousands three hundred and thirty to four thousands wavenumbers, cm^-1 也可以读作 centimeter to the minus one 或者很多老外会省略读作 c m minus one 这个范围实际上已经超出了中红外的范围,在近红外区域了.近红外区能反映出分子的倍频振动以及和频振动模式,但是这个区域的红外振动强度会比较弱,而且红外振动峰的重叠比较严重,不太好分析,一般会用数学建模的方法做大量的统计分析,然后才能鉴别待测物的种类.

大关县19413853092： 怎样用红外光谱来完成定性分析?(要精辟,不要太长) - ？
石婉思泽：[答案] 制备好样品,扫描样品的红外光谱,将得到的红外光谱与谱图库中的标准谱进行对比,分析出样品光谱中各个谱峰对应的官能团.然后根据样品的分子式和解谱得到的官能团分析样品的具体分子结构.

大关县19413853092： 在用红外光谱测定和分析物质结构时,对谱图解析应遵循哪些规则 - ？
石婉思泽： 飞秒检测在长期实践中发现红外光谱测定中,一定要样品保持干燥,对谱图解析从高波数到低波数,要先看全谱的最强峰,比如羰基峰在1680波数附近,然后看C-H振动,看2930波数附近和1370波数附近,确定脂肪链,再看1100波数附近的C-O等振动,最后看指纹区的细微区别.

大关县19413853092： 红外光谱法的特点 - ？
石婉思泽： 特征性强、测定快速、不破坏试样、试样用量少、操作简便、能分析各种状态的试样、分析灵敏度较高、定量分析误差较大.

大关县19413853092： KBr压片法测定苯甲酸红外光谱图及谱图分析 - ？
石婉思泽： 先取一定量的KBr放入玛瑙研钵研磨,然后加入约0.1mg苯甲酸充分研磨(一般15-20min)放入药片剂压制成透明薄片即可 有些样品也可以直接在压好的KBr薄片上涂抹,个人倾向于上一种 朋友可以到行业内专业的网站进行交流学习!分析测试百科网这块做得不错,气相、液相、质谱、光谱、这方面的专家比较多,基本上问题都能得到解答,有问题可去那提问,网址百度搜下就有.

大关县19413853092： 怎么用红外光谱仪进行定量分析? - ？
石婉思泽： 红外光谱用于定量分析远远不如紫外-可见光谱法.其原因是: 1、红外谱图复杂,相邻峰重叠多,难以找到合适的检测峰. 2、红外谱图峰形窄,光源强度低,检测器灵敏度低,因而必须使用较宽的狭缝.这些因素导致对比尔定律的偏离. 3、红外测定时吸收池厚度不易确定,参比池难以消除吸收池、溶剂的影响.定量分析依据是比尔定律:ecl=logI0/I或A=ecl.如果有标准样品,并且标准样品的吸收峰与其它成分的吸收峰重叠少时,可以采用作出标准曲线的方法进行分析,即配制一系列不同含量的标准样品,测定数据点,作出曲线.相关步骤可参考紫外-可见光谱的定量分析方法.