苯甲酸的红外光谱分析

一、实验目的
1、掌握溴化钾压片法制备固体样品的方法;
2、学习并掌握PE spectrum one 型红外光谱仪的使用方法;
3、掌握固体及液体薄膜样品的制样方法;
4、初步学习红外谱图的解析。

二、实验原理
物质分子中的各种不同基团,在有选择地吸收不同频率的红外辐射后,发生振动能级之间的跃迁,形成各自独特的红外吸收光谱。

据此可对物质进行定性、定量分析。

特别就是对化合物结构的鉴定,应用更为广泛。

基团的振动频率与吸收强度与组成基团的原子质量、化学键类型及分子的几何构型等有关。

因此根据红外吸收光谱的峰位置、峰强度、峰形状与峰的数目,可以判断物质中可能存在的某些官能团,进而推断未知物的结构。

如果分子比较复杂,还需结合紫外光谱、核磁共振谱以及质谱等手段作综合判断。

最后可通过与未知样品相同测定条件下得到的标准样品的谱图或已发表的标准谱图(如Sadtler红外光谱图等)进行比较分析,做出进一步的证实。

如找不到标准样品或标准谱图,则可根据所推测的某些官能团,用制备模型化合物的方法来核实。

三、仪器与药品
仪器:傅立叶变换红外光谱仪(日本岛津公司);压片机;玛瑙研钵;快速红外干燥箱。

试剂:苯甲酸:于80℃下干燥24h,存于保干器中;溴化钾:于130℃下干燥24h,存于保干器中;无水乙醇。

四、实验内容
1、测绘苯甲酸的红外吸收光谱——溴化钾压片法;取1-2mg苯甲酸,加入100-200mg溴化钾粉末,在玛瑙研钵中充分磨细(颗粒约2μm),使之混合均匀,并将其在红外灯下烘10min左右。

取出约80mg混合物均匀铺洒在干净的压模内,于压片机上在29、4Mpa压力下,压1min,制成直径为13mm、厚度为1mm的透明薄片。

将此片装于固体样品架上,样品架插入型红外光谱仪的样品池处,从4000-400cm-1进行波数扫描,得到吸收光谱。

2、测绘聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的红外吸收光谱——溶液涂膜发;将PMMA 丙酮溶液均匀涂抹于碘化砣盐片上,用风筒吹干,将两盐片重叠(图样品处朝内)并于固体样品架上,样品架插入型红外光谱仪的样品池处,从4000-400cm-1进行波数扫描,得到吸收光谱。

3、测绘聚乙烯薄膜的红外吸收光谱,将薄膜直接夹持在样品架上进行测试,从4000-400cm-1进行波数扫描,得到吸收光谱。

五、实验结果与分析
(1)苯甲酸的红外吸收光谱及图谱分析如下:
4000
3500
3000
2500
2000
15001000
500
030
60
%T
1/cm
1681.93
1600.92
1583.56
1496.76
1454.33
1292,31
715.59
3005.10
图谱分析:3400—3200cm -1 O —H 伸缩振动峰
3100—3010cm -1 芳烃的C —H 的伸缩振动峰 1681、93 cm -1 C=O 伸缩振动峰
1600、92、1583、56、1496、76与1454、33 cm -1 苯环骨架振动
1292、31 cm -1 C-O 伸缩振动峰
715、59 cm -1 单取代苯C —H 变形振动的特征吸收峰 由图谱分析可推测该物质就是苯甲酸,与测试物质一致。

PMMA 的红外吸收光谱及图谱分析如下:
4000
35003000
2500
2000
1500
1000
500
40
80120
T
1/cm
2995.45
2951.09
1740.28
1361.74
1149.57
图谱分析:2995、45 cm -1 甲基C —H 的伸缩振动峰
2951、09 cm -1 ((—C —(CH 2)n —C —)n ≥4 )亚甲基C —H 的伸缩振动峰 1740、28 cm -1 C=O 伸缩振动峰
1100到1300 cm -1 C-O-C 的伸缩振动峰
由图谱分析可推测该物质就是聚甲基丙烯酸甲酯,与测试物质一致。

PE 的红外吸收光谱及图谱分析如下:
4000
3500
3000
250020001500
1000
500
030
60
90
%T
%T
1/cm
2920.23
2850.79
2360.87
2343.51
1463.97
719.45
图谱分析:2920、23 cm -1 ((—C —(CH 2)n —C —)n ≥4 )亚甲基C —H 的伸缩振动峰 2850、79 cm -1 ((—C —(CH 2)n —C —)n ≤3 )亚甲基C —H 的伸缩振动峰 1463、97 cm -1 亚甲基C —H 面内弯曲振动峰
719、45 cm -1 ((—C —(CH 2)n —C —)n ≥4 )亚甲基C —H 的面外弯曲振动峰 由图谱分析可推测该物质就是聚乙烯,与测试物质一致。

六、思考题
1、红外分光光度计与紫外－可见分光光度计在光路设计上有何不同？为什么？
答:紫外的单色器在样品前面就是为了使样品只受到相对功率较低的单色作用光的照射,以免发生光化学反应。

而红外的单色器在样品后面,只就是因为任何物体只要不在绝对零度都会产生红外辐射,若被检测器检测,就成为分析的背景信号。

因此,若红外按紫外般排列,则样品本身的红外辐射就直接被检测,造成强的分析背景影响测定。

2、试样含有水份及其它杂质时,对红外吸收光谱分析有何影响？如何消除？ 答:水分的存在不仅会侵蚀吸收池的盐窗,而且水分本身在红外区有吸收,将使测得的光谱图变形。

消除方法如下:(1)样品必须预先纯化,以保证有足够的纯度;(2)样品须预先除水干燥,避免损坏仪器,同时避免水峰对样品谱图的干扰;(3)易潮解的样品,需在干燥器其操作,防止潮解。

3、压片法对KBr 有哪些要求？为什么研磨后的粉末颗粒直径不能大于2µm ？ 答:压片法要求试样调制剂KBr 在中红外区(4000～400cm -1)完全透明,没有吸收峰。

被测样品与它们的配比通常就是1:100,试样的浓度与测试厚度应选择适当,浓度太小,厚度太薄,会使一些弱的吸收峰与光谱的细微部分不能显示出来;过大,过厚,又会使强的吸收峰超越标尺刻度而无法确定它的真实位置。

研磨后的,因为光谱波长在2µm 以上,如果粉末颗粒直径大于2µm,粉末对光产生散射作用,影响实验效果。