红外光谱法分析塑料组成

例：未知物分子式为C 8 H 16， 其红外图谱如下 图所示，试推其结构 。
解：由其分子式可计算出该化合物不饱和 度为1，即该化 合物具有一个烯基或一个环。 3079cm -1 处有吸收峰，说明存在与不饱 和碳相连的氢， 因此该化合物肯定为烯， 在1642cm -1 处还有C=C伸缩振 动吸收， 更进一步证实了烯基的存在。 910、993cm -1 处的C-H弯曲振动吸收说明该化合物有端 乙烯基，1823cm -1 的吸收是910吸收的倍 频。 从2928、1462cm -1 的较强吸收及 2951、1379cm -1 的较弱 吸收知未知物CH 2 多，CH 3 少。 综上可知，未知物（主体） 为正构端取代乙烯，即1-辛 稀
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱 辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构
电子能级
振动能级
转动能级
分子能级示意图
红外光区分成三个区:近红外区、中红外区、远红外区。 其中中红外区是研究和应用最多的区域，一般说的红外光谱 就是指中红外区的红外光谱.
■红外光区的划分如下表：
数据分析
（1）定性分析 ①基团定性 根据被测化合物的红外特性吸收谱带的出现来确定该基团 的存在。 ②化合物定性： 从待测化合物的红外光谱特征吸收频率（波数），初步判 断属何类化合物，然后查找该类化合物的标准红外谱图， 待测化合物的红外光谱与标准化合物的红外光谱一致，即 两者光谱吸收峰位置和相对强度基本一致时，则可判定待 测化合物是该化合物或近似的同系物。 同时测定在相同制样条件下的已知组成的纯化合物，待测 化合物的红外光谱与该纯化合物的红外光谱相对照，两者 光谱完全一致，则待测化合物是该已知化合物。
（一）鉴定已知化合物：
1.观察特征频率区：判断官能团，以确定所 属 化合物的类型。 2.观察指纹区：进一步确定基团的结合方式。 3.对照标准谱图验证。
（二）测定未知化合物：
1.准备性工作： 了解试样的来源、纯度、熔点、 沸点等； 2.经元素分析确定实验式； 3.有条件时可有MS谱测定相对分子量， 确定分子 式 4.根据分子式计算不饱和度; （2 + 2n4 + n3 – n1 ） /2 n4 ， n3 ， n1 分别为分子中四价，三价，一价 元素 数目。 5.按鉴定已知化合物的程序解析谱图。
3.峰形
不同基团的某一种振动形式可能会在同一频率范围内都有红外吸收， 如-OH、-NH的伸缩振动峰都在34003200 cm-1但二者峰形状有显著不同。 此时峰形的不同有助于官能团的鉴别。
谱图解析的一般程序
一种是按光谱图中吸收峰强度顺序解析，即首先 识别特征区的最强峰，然 后是次强峰或较弱峰， 它们分别属于何种基团，同时查对指纹区的相关 峰 加以验证，以初步推断试样物质的类别，最后 详细地查对有关光谱资料来 确定其结构； 另一种是按基团顺序解析，即首先按C=O、O-H、 C-O、C=C（包括芳 环）、C≡N和—NO 2 等几 个主要基团的顺序，采用肯定与否定的方法，判 断试样光谱中这些主要基团的特征吸收峰存在与 否，以获得分子结构的概貌 ，然后查对其细节， 确定其结构。 注意：在解析过程中，要把注意力 集中到主要基团的相关峰上，避免孤立 解析。
溶液法：把样品溶解在适当的溶液中，注 入液体池内测试。所选择的溶剂应不腐蚀 池窗，在分析波数范围内没有吸收，并对 溶质不产生溶剂效应。一般使用0.1mm的 液体池，溶液浓度在10%左右为宜。
a：镜片； b：液体池部件（不含镜 片）； c: 装配图； d：使用方法
a
b
c
d
2、液体样品
（1）液膜法：油状或粘稠液体，直接涂于KBr晶片上测试。 流动性大，沸点低（≤100℃）的液体 ，可夹在两块KBr晶 片之间或直接注入厚度适当的液体池内测试（液体池的安 装见说明书）。对极性样品的清洗剂一般用CHCl3，非极 性样品清洗剂一般用CCl4。 （2）水溶液样品：可用有机溶剂萃取水中的有机物，然 后将溶剂挥发干，所留下的液体涂于KBr晶片上测试。 应特别注意含水的样品坚决不能直接接触KBr或NaCl窗片 液体池内测试
红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩 的 变化，而偶极矩与分子结构的对称性有关。振动 的对称性越高，振动中分子偶极矩变化越小，谱 带 强度也就越弱。一般地，极性较强的基团（如 C=0， C-X等）振动，吸收强度较大；极性较弱 的基团 （如C=C、C-C、N=N等）振动，吸收较 弱。红外 光谱的吸收强度一般定性地用很强 （vs）、强（s）、 中（m）、弱（w）和很弱 （vw）等表示。按摩尔 吸光系数的大小划分吸 收峰的强弱等级，具体如下：
设定结束，点击确定，开始测定。 ①点击 采集样品，弹出对话框。输入图谱的标 题，点击确定。准备好样品后，在弹出的对话框 中点击确定，开始扫描。
②扫描结束后，弹出对话框提示准备背景采集，。 采集后，点击“是”，自动扣除背景。
③也可以设定先扫描背景，按 后扫描样品。
采集背景光谱。
（3）可对采集的光谱进行处理，以下按钮分别为：选择 谱图、区间处理、读坐标（按住shift直接读峰值）、读峰 高（按住shift自动标峰，调整校正基线）、读峰面积、标 信息（可拖拽）、缩放或者移动。 （4）采集结束后，保存数据，存成SPA格式（omnic软件 识别格式）和CSV格式（Excel可以打开）。 （5）用ATR测定时，无论先测背景还是后测背景，只要 点击 ，按照提示进行测定。测定结束后，需清理试验台， 用无水乙醇清洗探头和检测窗口，晾干后测定下一个样品。
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（1）开机前的准备：开机前检查实验室 电源、温度和湿度等环境条件，当电压稳 定，室温和湿度达到仪器要求才能开机。 （电源电压-稳定，室温：15-25摄氏度， 湿度 小于或等于65%）
（2）开机：开机时，首先打开仪器电源， 稳定到仪器规定时间，使得能量达到最佳状 态。开启电脑，并打开仪器操作平台软件 OMNIC ，设置好扫描分辨率，波速和测 试次数等参数。
谱图解析示例：
烷烃

1. 2853～2962cm -1 C—H 伸缩振动； 2. 1460cm -1 、1380cm -1 C—H （—CH 3 、—CH 2 ）面内弯曲振动 3. 723cm -1 C—H[—(CH 2 ) n —, n ≥ 4]平面摇摆振动；若n＜4 吸 收峰将出现在734～743cm -1 处。
样品池
BaF2镜片
KBr镜片（杜绝含水样品）
3、塑料、高聚物样品
（1）溶液涂膜：把样品溶于适当的溶剂中，然后 把溶液一滴一滴的滴加在KBr晶片上，待溶剂挥 发后把留在晶片上的液膜进行测试。 （2）溶液制膜：把样品溶于适当的溶剂中，制成 稀溶液，然后倒在玻璃片上待溶剂挥发后，形成 一薄膜（厚度最好在0.01～0.05mm），用刀片剥 离。薄膜不易剥离时，可连同玻璃片一起浸在蒸 馏水中，待水把薄膜湿润后便可剥离。这种方法 溶剂不易除去，可把制好的薄膜放置1～2天后再 进行测试。或用低沸点的溶剂萃取掉残留的溶剂， 这种溶剂不能溶解高聚物，但能和原溶剂混溶
特点
(1) 扫描速度极快(1s)；适合仪器联用； (2)不需要分光，信号强，灵敏度很高； (3)仪器小巧。
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光源发出的光被分束器（类似半透半反镜） 分为两束，一束经透射到达动镜，另一束 经反射到达定镜 。两束光分别经定镜和动 镜反射再回到分束器，经分束器分束后的 两束光形成光程差，产生干涉。干涉 光在 分束器会合后通过样品池，通过样品后含 有样品信息的干涉光到达检测器，然后通 过傅里叶变换对 信号进行处理，最终得到 透过率或吸光度随波数或波长的红外吸收 光谱图。
分子转动
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1.峰位
分子内各种官能团的特征吸收峰只出现在红外光波谱的一定范围，
如：C=O的伸缩振动一般在1700 cm-1左右。 以下列化合物为例加以说明：
υ C=O 1715 cm-1
υ
-1 υ C=O 1780 cm
C=O
1650 cm-1
2.峰强
红外吸收峰的强度取决于分子振动时偶极矩的变化，振动时分子偶极矩的变化 越小，谱带强度也就越弱。 一般说来，极性较强的基团(如C=O,C-X)振动，吸收强度较大；极性较弱的 基团(如C=C,N-C等)振动，吸收强度较弱；红外吸收强度分别用很强(vs)、强(s)、 中(m)、弱(w)表示.
（3）制样：根据样品特性以及状态，制定相应 的制样方法并制样。
（一）试样制备方法
1、固体样品 （1）压片法：取1～2mg的样品在玛瑙研 钵中研磨成细粉末与干燥的溴化钾（A. R. 级）粉末（约100mg，粒度200目）混合均 匀，装入模具内，在压片机上压制成片测 试。
（2）糊状法：在玛瑙研钵中，将干燥的样 品研磨成细粉末。然后滴入1～2滴液体石 蜡混研成糊状，涂于KBr或BaF2晶片上测 试。
（5）关机。关机时，先关闭操作平台软件， 再关闭仪器电源，盖上仪器防护罩。
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红外光谱产生的条件 ：
(1) 辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所 需的能量； (2) 辐射与物质间有相互偶合作用。 说明： 对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共 振， 无红外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。 非对称分子：有偶极矩，红外活性。
第三
1.采用外观及简单的物理，化学分析方法： 燃烧鉴别，溶解 性鉴别，密度鉴别等 2.采用仪器分析法：如红外光谱仪分析法， 热分析法
一.傅里叶红外光谱仪的工作原理 二. 傅里叶红外光谱仪的结构 三. 实验操作步骤 四. 分析红外光谱图 五. 红外光谱谱图质量影响因素分析 六.使用操作事项
e>100 20< e<100 10< e<20 1< e<10
非常强峰（vs） 强峰（s） 中强峰（m） 弱峰（w）
实验表明，组成分子的各种基团，如O-H、 N- H、C-H、C=C、C=O和CC等，都有 自己的特定的 红外吸收区域，分子的其它 部分对其吸收位置影响 较小。通常把这种 能代表基团存在、并有较高强度 的吸收谱 带称为基团频率，其所在的位置一般又称 为特征吸收峰。
4、磁性膜材料 ： 直接固定在磁性膜材料的样品架上测定。 5、其它样品：对于一些特殊样品，如：金属表面镀膜， 无机涂料板的漫反射率和反射率的测试等，则要采用特殊 附件，如：ATR，DR，SR等附件。
磁性样品架
（4）扫描和输出红外光谱图。 在测试红外光谱图时，先扫描空 光路背景信号，再扫描样品文件 信号，经傅里叶变换到红外光谱 图。再根据需要，打印或保存红 外光谱图。
红外光谱的八个峰区
4000-1500cm -1 区域又叫官能团区. 该区 域出现的吸 收峰，较为稀疏，容易辨认. 1500-400cm -1 区域又叫指纹区. 这一区域 主要是： C－C、C－N、C－O 等单键和各 种弯曲振动的 吸收峰，其特点是谱带密集、 难以辨认。
③未知化合物的结构鉴定 未知化合物必须是单一的纯化合物。测定其红外 光谱后，进行定性分析，然后与质谱，核磁共振 及紫外吸收光谱等共同分析确定该化合物的结构。 （2）定量分析 一般情况下很少采用红外光谱作定量分析，因分 析组份有限，误差大，灵敏度较低，但仍可采用 红外定量分析的方法或仪器附带的软件包进行。
光源现在红外光谱仪的光源各种各样，种 类比较多，主要有以下几种：
1 碳化硅光源：优点是光的能量比较强，功率大， 热辐射强，但需要冷却。 2 EVER-GLO光源：改进型的碳化硅光源，发光 面积小，红外辐射强，热辐射很弱，不 需要冷却， 寿命长，能在十年以上。 3 陶瓷光源：水冷却光源和空气冷却光源。这种 现在红外光谱仪用的比较多 4 能斯特灯光源：光的能量比较强，但是需要一 个预热的过程 5 白炽线圈光源：光的能量较弱
区域名称
近红外区 中红外区 泛频区 基本振动区 分子转动区
10 4 (cm ) ( m )
1
波长(µ m) 波数(cm-1)
0.75-2.5 2.5-25 13158-4000 4000-400
能级跃迁类型
OH、NH、CH键的倍 频吸收
分子振动/伴随转动
远红外区
25-300
400-10