实验九苯甲酸红外吸收光谱图的测绘解读

实验九苯甲酸红外吸收光谱图的测绘解读
KBr晶体压片法制样
目的要求
(1学习用红外吸收光谱进行化合物的定性分析;
(2掌握用压片法制作固体试样晶片的方法;
(3熟悉红外分光光度计的工作原理及其使用方法。

基本原理
红外吸收光谱法(Infrared Absorption Spectrometry, IR是以一定波长的红外光照射物质时,若该红外光的频率,能满足物质分子中某些基团振动能级跃迁频率条件,则该分子就吸收这一波长红外光的辐射能量,引起偶极矩的变化,而由基态振动能级跃迁到较高能量的激发态振动能级。

检测物质分子对不同波长红外光的吸收强度,就可以得到该物质的红外吸收光谱。

各种化合物分子结构不同,分子振动能级吸收的频率不同,其红外吸收光谱也不同,利用这一特性,可进行有机化合物的结构剖析、定性鉴定和定量分析。

在化合物分子中,具有相同化学键的原子基团,其基本振动频率吸收峰(简称基频峰基本上出现在同一频率区域内,但由于同一类型原子基团在不同化合物分子中所处的化学环境有所不同,使基频峰频率发生一定移动。

因此,掌握各种原子基团基频峰的频率及其位移规律,就可应用红外吸收光谱来确定有机化合物分子中存在的原子基团及其在分子结构中的相对位置。

由苯甲酸分子结构可知,分子中各原子基团的基频峰的频率在4000~650 cm-1范围内有:
原子基团的基本振动形式
基频峰的频率cm-1
v=C-H Ar上
3077, 3012
vC=C Ar上
1600, 1582, 1495, 1450
δ=C-H Ar上邻接五氢
715, 690
vO-H 形成氢键二聚体
3000~2500 多重峰
δO-H
935
vc=o
1400
δC-O-H 面内弯曲振动
1250
本实验用溴化钾晶体稀释苯甲酸标样和试样,研磨均匀后,分别压制成晶片作参比,在相同的实验条件下,分别测绘标样和试样的红外吸收光谱,然后从获得的两张图谱中,对照上述的原子基团基频峰的频率及其吸收强度,若两张图谱一致,则可认为该试样是苯甲酸。

一、仪器
1.WQF-310型傅立叶变换红外光谱仪(北京第二光学仪器厂
2.压片机
3.玛瑙研?
4.红外干燥灯
二、试剂
1.苯甲酸、溴化钾均为优级纯
2.苯甲酸试样经提纯
三、实验条件
1.压片压力1.2×105 kPa 约120 kg?cm-2
2.测定波长范围2.5~15 μm (波数4000~650 cm-1
3.参比物空气
4.扫描速度 3档(全程4 min
5.室内温度18~20℃
6.室内相对湿度 65%
四、实验步骤
1.开启空调机,使室内温度控制在18~20℃,相对湿度≤65%。

2.苯甲酸标样、试样和纯溴化钾晶片的制作取预先在110℃下烘干48 h以上,并保存在干燥器内的溴化钾150 mg左右,置于洁净的玛瑙研?中,研磨成均匀、细小的颗粒,然后转移到压片模具上,依次放好各部件后,把压模置于压片上,旋转压力丝杆手轮压紧模具,顺时针旋转放油阀至底部,然后一边抽气,一边缓慢上下移动压把,开始加压至1×105~1.2×105 kPa(约100~120 kg?cm-2时,停止加压,维持3~5 min,反时针旋转
放油阀,解除加压,压力表指针指“0”,旋松压力丝杆手轮取出压模,即可得直径为1~2 mm,厚1~2 mm透明的溴化钾晶片,小心从压模中取出晶片,并保存于干燥器内。

另取一份150 mg左右溴化钾置于洁净的玛瑙研?中,加入2~3 mg 优级纯苯甲酸,同上操作研磨均匀、压片并保存在干燥器中。

再取一份150 mg左右溴化钾置于洁净的玛瑙研?中,加入2~3 mg 苯甲酸试样,同上操作制成晶片,并保存在干燥器中。

注意事项
制得的晶片,必须无裂缝,局部无发白现象,如同玻璃般完全透明,否则应重新制作。

晶片局部发白,表示压制的晶片厚薄不匀;晶片模糊,表示晶体吸潮。

水在光谱图3450 cm-1和1640 cm-1处出现吸收峰。

3.将溴化钾参比晶片和苯甲酸标样晶片分别置于主机的参比窗口和试样窗口上。

4.根据实验条件,按仪器操作步骤进行调节,测绘红外吸收光谱。

WQF-310型傅立叶变换红外光谱仪操作步骤:
A.开机、测试、预热:
1 接通220V电源,打开WQF型系列主机及计算机。

2 计算机进入选择项(A、B、C、D,选择D进入FTIR软件操作系统,并在C:下键入FTIR。

3 AQPARM检查仪器运行参数是否正常,(改动后S键存盘退出。

4 TSTB检查仪器本底谱图是否正常,如正常,须等仪器预热15分钟
后即可进行制样、采集、打印。

B.被测样品的制样、压片:
1 透明固体样品(如塑料、玻璃等可直接放入样品架上进行光谱采集。

2 透明液体样品(如酒精、药品等可直接放入液体池中在KBr片上采集。

3 不透明固体样品(如药品、水泥等须与KBr分析纯研磨、压片、制样。

C.采集样品谱图:
1 AQBK 3
2 采集仪器本底(即大气谱图或KBr分析纯片子谱图。

2 将被测样品或制成的片子放在样品架上,放入样品室内。

3 AQSP 文件名采集被测样品的“透过率谱图”。

AQSA文件名采集被测样品的“吸收率谱图”。

D.样品谱图的打印输出:
1 键11 进入中文提示下的打印程序。

2 或HPPLOT 进入英文提示下的打印程序。

E.样品吸收率谱图的谱库检索:
SEARCH2 进入谱库检索命令。

按F键、L键、S键查找。

5.在相同的实验条件下,测绘苯甲酸试样的红外吸收光谱。

五、数据及处理
1.记录实验条件。

2.在苯甲酸标样和试样红外光谱图上,标出各特征吸收峰的波数,并确定其归属。

3.将苯甲酸试样光谱图与其标样光谱图进行对比,如果两张图谱上的各特征吸收峰强度一致,则可认为该试样是苯甲酸。

思考题
1.红外吸收光谱分析,对固体试样的制片有何要求?
2.如何着手进行红外吸收光谱的定性分析?
3.红外光谱实验室为什么对温度和相对湿度要维持一定的指标?
傅立叶变换红外光谱仪简介
红外光谱仪是一种测量物质对红外辐射的吸收率(或透过率的分析仪器,每种物质都有其特征吸收谱─―即只吸收某些红外波长而不吸收其它的波长,且吸收总量与物质总量成正比关系,因此可以利用这种红外特征吸收谱来进行物质的定性、定量分析。

付立叶变换红外光谱仪是继棱镜、光栅等色散型红外光谱仪之后出现的新一代红外光谱仪。

本仪器是二○○一年七月从北京第二光学仪器厂购进的价值十八万余元,该仪器由红外光源、干涉仪、样品室、红外探测器、电路系统和数据系统组成,该仪器具有安全可靠、操作简便、功能强大、附件齐全等特点,可广泛地应用于石油、化工、医药、环境、农业、公安、国防和教学科研等各领域。