红外光谱法对果糖和葡萄糖的定性分析报告

红外光谱法对果糖和葡萄糖的定性分析

施胜

1 实验目的

1.1 熟练掌握红外光谱仪的使用方法，知道怎么保护红外光谱仪。

1.2熟练掌握压片的技巧。

1.3学会用红外光谱仪判定未知物及其质组成与结构的方法。

2实验原理

2.1 实验原理及应用围

红外光谱对样品的适用性相当广泛，固态、液态或气态样品都能用该方法进行分析，无机、有机、高分子化合物也都可检测。

红外光谱分析可用于研究分子的结构和化学键，也可以作为表征和鉴别化学物种的方法。红外光谱具有高度特征性，可以采用与标准化合物的红外光谱对比的方法来做分析鉴定。利用化学键的特征波数来鉴别化合物的类型，并可用于定量测定。由于分子中邻近基团的相互作用，使同一基团在不同分子中的特征波数有一定变化围。此外，在高聚物的构型、构象、力学性质的研究，以及物理、天文、气象、遥感、生物、医学等领域，也广泛应用红外光谱。

红外吸收峰的位置与强度反映了分子结构上的特点，可以用来鉴别未知物的结构组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与化学基团的含量有关，可用于进行定量分析和纯度鉴定。另外，在化学反应的机理研究上，红外光谱也发挥了一定的作用。但其应用最广的还是未知化合物的结构鉴定。

红外光谱不但可以用来研究分子的结构和化学键，如力常数的测定和分子对称性的判据，而且还可以作为表征和鉴别化学物种的方法。

2.1. 1定性分析

红外光谱是物质定性的重要的方法之一。它的解析能够提供许多关于官能团的信息，可以帮助确定部分乃至全部分子类型及结构。其定性分析有特征性高、分析时间短、需要的试样量少、不破坏试样、测定方便、分析成本低等优点。

传统的利用红外光谱法鉴定物质通常采用比较法，即与标准物质对照和查阅标准谱图的方法，但是该方法对于样品的要求较高并且依赖于谱图库的大小。如果在谱图库中无法检索到一致的谱图，则可以用人工解谱的方法进行分析，这就需要有大量的红外知识及经验积累。大多数化合物的红外谱图是复杂

的，即便是有经验的专家，也不能保证从一孤立的红外谱图上得到全部分子结构信息，如果需要确定分子结构信息，就要借助其他的分析测试手段，如核磁、质谱、紫外光谱等。尽管如此，红外谱图仍是提供官能团信息最方便快捷的方法。

2.1.2定量分析

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，可以采用标准曲线法以及解联立方程的办法进行单组分、多组分定量。对于两组分体系，可采用比例法。

2.2 实验方法

红外光的波长较大，能量较紫外光和可见光较小，当红外光照射到物质表面时，会引起分子的振动能级和转动能级的跃迁。红外光谱所研究的是分子振动中伴有偶极距变化的化合物，当这些化合物吸收红外光后，分子将产生不同方式的振动，消耗光能。

红外可分近红外、中红外和远红外：

近红外12820－4000 cm-1

中红外4000－200 cm-1

远红外200－33 cm-1

为了研究某种物质的结构特征，采用红外光照射该物质，并测定该物质的吸光度，以透光度为纵坐标，波数为横坐标作图。根据波谷对应的波数，查阅标准物质红外光图谱，确定待测物质的组成或者所包含的官能团及不饱和度等信息，从而确定待测物质的结构。本实验中，当果糖和葡萄糖收到红外光谱照射，分子吸收某些频率的辐射，其分子振动和转动能及发生从基态到激发态的跃迁，使相应的透射光强度减弱。以红外光的透射比对波数或波长作图，就可以得到果糖和葡萄糖的红外光谱图。葡萄糖和果糖的炭式结构如图1所示，费歇尔式结构如图2所示：

图1

图2

2.3 仪器原理

2.3. 1 傅立叶红外光谱仪

傅立叶红外光谱仪的基本结构如图3所示。

图3傅立叶红外光谱仪工作原理示意图

傅里叶红外光谱仪的工作原理如下：

光源发出的红外光由迈克尔逊干涉仪分成两束相干光，相干光照射到样品上，含有样品信息的相干光到达检测器，由检测器将光信号转化为电信号，并将此电信号传递到指示系统——计算机中。计算机将时间域信息通过傅立叶变换转化为频率域信息，最终得到透过率随波数变化的红外吸收光谱图。

(一)光源

光源要求能发射出稳定、高强度连续波长的红外光，能斯特灯、碳化硅或涂有稀土化合物的镍铬旋状灯丝这些是我们通常使用光源材料。

(二)干涉仪

我们所用的干涉仪是迈克尔逊干涉仪，迈克尔逊干涉仪的作用是将复色光变为干涉光。中红外干涉仪中的分束器主要由溴化钾材料制成；近红外干涉仪中的

为材料；远红外干涉仪中的分束器一般由Mylar膜和网分束器一般以石英和CaF

2

格固体材料制成。

迈克尔逊干涉仪工作原理图如图4所示。

图4迈克尔逊干涉仪光路图

迈克尔逊干涉仪是由固定不动的反射镜M

1（定镜），可移动的反射镜M

2

（动

镜）以及广分束器G

1和G

2

组成。M

1

和M

2

是互相垂直的平面反射镜，G

1

和G

2

以45°

角置于M

1和M

2

之间。光线由光源S发出之后，入射在半透半反镜G

1

上，部分光

线反射到平面镜M

1，再经M

1

反射和G

1

透射，最后到达检测器，同时，另一部分

光线经G

1透射后，穿过G

2

到达M

2

，再经M

2

反射沿原路返回，最后被G

1

反射至检

测器。由于动镜的移动，使两束光产生了光程差。当光程差为半波长的偶数倍时，发生相长干涉，产生明线；当光程差为半波长的奇数倍时，发生相消干涉，产生暗线。当动镜连续移动，在检测器上记录的信号将连续变化。

(三)检测器

红外光区的检测器一般有两种类型：热检测器和光导电检测器。红外光谱仪中常用的热检测器有：热电偶；辐射热测量计，以及热电检测器等。热电偶和辐射热测量计主要用于色散型分光光度计中，而热电检测器主要用于中红外傅立叶变换光谱仪中

2.4 分析过程

2.4. 1 样品处理技术

针对液体样品、固体样品分别有液膜法、溶液法和压片法、薄膜法。针对气体样品也有专门的处理方法。

2.4. 2 液体样品

（1）液膜法

液体样品常用液膜法。该法适用于不易挥发(沸点高于80℃)的液体或粘稠溶液。使用两块KBr或NaCl盐片。将液体滴1-2滴到盐片上，用另一块盐片将其夹住，用螺丝固定后放入样品室测量。若测定碳氢类吸收较低的化合物时，可在中间放入夹片(spacer，约0.05-0.1mm厚)，增加膜厚。测定时需注意不要让气泡混入，螺丝不应拧得过紧以免窗板破裂。使用以后要立即拆除，用脱脂棉沾氯仿、丙酮擦净。

（2）溶液法

溶液法适用于挥发性液体样品的测定。使用固定液池，将样品溶于适当溶剂中配成一定浓度的溶液(一般以10%w/w左右为宜)，用注射器注入液池中进行测定。所用溶剂应易于溶解样品，是非极性，不与样品形成氢键，溶剂的吸收不与样品吸收重合。常用溶剂为CS2、CCl4、CHCl3等。

2.4. 3 固体样品

（1）压片法