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1、红外光谱法分析塑料组成,lingchuanlin,目录,一. 傅里叶红外光谱仪的结构 二. 傅里叶红外光谱仪的工作原理 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,塑料鉴别的方法,塑料鉴别的方法一般分为两大类： 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 .,傅里叶红外光谱仪的结构,主要由红外光源、光圈、干涉仪（分束器、动镜、定镜）、样品室、检测器以及各种红外反射镜、激光器、控制电路板和电源组成,傅里叶红外光谱仪的工作原理,红外光谱仪基本工作原理概述,傅立叶红外光谱仪被称为第三
2、代红外光谱仪，利用麦克尔逊干涉仪将两束光程差按一定速度变化的复色红外光相互干涉，形成干涉光，再与样品作用。探测器将得到的干涉信号送入到计算机进行傅立叶变化的数学处理，把干涉图还原成光谱图。 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。,9,7,5,3,1,-1,-3,-5,Wavenumbers,X射线,紫外,可见,近红外,中红外,远红外,微波,无线电波,核转变,电子跃迁,分子振动,10 10 10 10 10 10 10 10,跃迁,-5,-3,-1,1,3,5,7,9,转动,电磁光谱,红外光区,红外光谱概述,红外光区的划分
3、红外光谱波长范围约为 0.75 1000m，一般换算为波数。根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光区分为三个区： 近红外光区（0.75 2.5m ） 13158-4000 cm-1 分子化学健振动的倍频和组合频。 中红外光区（2.5 25m ） 4000 400 cm-1 化学健振动的基频 远红外光区（25 1000 m ） 400-10 cm-1 骨架振动，转动,红外光谱谱图认识,红外光谱图：纵坐标为透过率，横坐标为波长 （ m ）或波数（cm-1）例1：Octane（辛烷）红外光谱图,红外光谱仪基本工作原理,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
4、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。,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
5、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,检测器,具体分析,定镜,l 0 -l,干涉仪,动镜,IR 光源,迈克尔逊干涉仪,Detector,定镜,干涉仪,动镜,l 0 -l,IR Source,分束器,BF,检测器,经干涉仪调制后得到一束干涉光。,干涉光通过样品,因样品吸收了某些光的能量 变成获得含有光谱信息的干涉信号，到达探 测器后，通过探测器把干涉信号绘出的干涉图,干涉图,单一波长,多波长,0,20,40,60,80,100,120,140,-1.0,-0.5,0.0,0.5,1.0,0,1000,2000,3000,4000,5000,-3,-2,-1,0,1
6、,2,3,4,Data Points,Data Points,Volts,Volts,当光程差为半波长的偶数倍时，发生相长干涉，产生明线；为半波长的奇数倍时，发生相消干涉，产生暗线。 若光程差既不是半波长的偶数倍，也不是奇数倍时，则相干光强度介于前两种情况之间.,波的相互作用(干涉),同相 相长干涉 异相 相消干涉,0,1000,2000,3000,4000,5000,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,Data Points,V,o,l,t,s,这种干涉图经过数模转换器送入计算机，由计算机进行傅里叶变换的快速计算，即获得以波数为横坐标的红外光谱图。,红外光谱产生的条件,H2O分子,先看看H
7、2O和CO2分子的谱图产生情况：,CO2分子的振动,红外光谱产生的条件,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。,1、开机前准备（电源电压-稳定，室温：15-25摄氏度，湿度小于或等于65%） 2、开机 （1） 打开电脑及红外光谱仪主机电源，预热半小时 （OMNIIC操作平台、运行DIAGNOSTIC菜单） （2） 检查仪器工作状态并设置实验参数；,五、实验步骤,样品测定,模式选择,转换函数,分辨率,扫描次数,
8、扫描范围,在“Measure”状态下，根据需要逐项设置参数。,放入空白KBr片或以空气为背景，点击“BKG”，做背景扫描。,样品扫描结束后，得到红外谱图，点击主菜单，选择“Save as”按钮进行保存。,谱库搜索：点功能菜单的“Search”，可以选择“Spectrum Search”方式进行搜索。,谱图处理,搜索结果分三部分，最上面显示样品图谱，最下面是结果报告的详细信息，中间显示选中结果的标准图谱。,回到“View”状态下，点右下的“Calculate”，可以进行峰值表操作。,制样,对于固体样品，常用的方法有：压片法，石蜡糊法和薄膜法 一般使用压片法 （1）根据样品的特点，在样品中加入一定
9、比例的KBr并在玛瑙研钵中研磨均匀；,（2）将研磨好的样品装入模具中，然后用压片机压片,制样,（3）将试片在红外灯下 干燥片刻后置于红外光谱仪 主机的样品架上,4、扫描和输出红外光谱 5、关机 6、清洗压片模具和玛瑙研钵,制备操作要点,1.红外压片时，所有模具应该用酒精棉洗干净。 2.取用KBr时，不能将KBr污染，避免影响其他学生做实验。 3.红外压片时，样品量不能加得太多，样品量和KBr的比例大约在1：100。 4.用压片机压片时，应该严格按操作规定操作，使用时压力不能过大，以免损坏模具。 5.压出来的片应该较为透明。 6.实验室应该保持干燥，大门不能长期敞开。,红外吸收光谱的解谱及应用,
10、认识红外光谱图，分析特点,横坐标波数，纵坐标百分透过率 ，谷底表示吸收峰。,吸收谱带的强度 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：, 100 非常强峰（vs） 20 100 强峰（s） 10 20 中强峰（m） 1 10 弱峰
11、（w）,各类有机化合物的红外特征吸收,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。,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： CC、CN、CO 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。,（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
12、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。,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;,谱图解析示例：,5.按鉴定已知化合物的程序解析谱图。,（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；,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。例： C9H8O2 = （2 +29 8 ）/ 2 = 6,1.烷烃：,1. 28532962cm-1 CH 伸缩振动； 2. 1460cm-1、1380cm
13、-1 CH（CH3、CH2）面内弯曲振动 3. 723cm-1 CH(CH2)n, n 4平面摇摆振动；若n4 吸 收峰将出现在734743cm-1处。,2.烯烃,1. 3030cm-1 =CH伸缩振动； 2. CH 伸缩振动； 3. 1625cm-1 CC伸缩振动； 4. CH（CH3、 CH2）面内弯曲振动；,例一：未知物分子式为C8H16，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
14、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CH2多，CH3少。 综上可知，未知物（主体）为正构端取代乙烯，即1-辛稀。,例二：未知物分子式为C3H6O，其红外图如下图所示，试推其结构。,1.由其分子式可计算出该化合物不饱和度为1。 2.以3084、3014、1647、993、919cm-1等处的吸收峰，可判断出该化合物具有端取代乙烯。 3.因分子式含氧，在3338cm-1处又有吸收强、峰形圆而钝的谱带。因此该未知化合物必为醇类化
15、合物。再结合1028cm-1的吸收，知其为伯醇。 综合上述信息，未知物结构为：CH2=CH-CH2-OH。,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）、CN和NO2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。,各种官能团的吸收频率范围,从第一区域到第四区域，4000cm-1到400cm-1各种官能团的特征吸收频率范围。,各种官能团的吸收频率范围,各种官能团的吸收频率范围,根据特征吸收的位置，判断可能存在的特征官能团,图谱解析训练1,图谱解析训练2,学生进行图谱解析训练3,图谱解析训练4,图谱解析训练5,红外光谱谱图质量影响因素分析,
