浙江大学苯甲酸、正丁醇满分实验报告

指导老师：蒋艳老师

实验一 红外光谱分析实验

一、实验目的：

1.了解傅立叶变换红外光谱仪的基本构造及工作原理 2.学习红外光谱测定的制样方法

3.学会用傅立叶变换红外光谱仪进行样品测试

二、实验原理

红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。波长在0.78～300μm。通常又把这个波段分成三个区域，即近红外区：波长在0.78～2.5μm（波数在12820～4000cm-1），又称泛频区；中红外区：波长在2.5～25μm（波数在4000～400cm-1），又称基频区；远红外区：波长在25～300μm（波数在400～33cm-1），又称转动区。其中中红外区是研究、应用最多的区域。

红外及拉曼光谱都是分子振动光谱。通过谱图解析可以获取分子结构的信息。作为红外光谱的特点，首先是应用面广，提供信息多且具有特征性，故把红外光谱通称为\分子指纹\。它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。其次，它不受样品相态的限制，无论是固态、液态以及气态都能直接测定，甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体（如橡胶）也可直接获得其光谱。它也不受熔点、沸点和蒸气压的限制，样品用量少且可回收，是属于非破坏分析。而作为红外光谱的测定工具-红外光谱仪，与其他近代分析仪器（如核磁共振波谱仪、质谱仪等）比较，构造简单，操作方便，价格便宜。因此，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。

一、Fourier变换红外光谱仪（FTIR）

Fourier变换红外光谱仪没有色散元件，主要由光源（硅碳棒、高压汞灯）、Michelson干涉仪、检测器、计算机和记录仪组成。核心部分为Michelson干涉仪，它将光源来的信号以干涉图的形式送往计算机进行Fourier变换的数学处

理，最后将干涉图还原成光谱图。它与色散型红外光度计的主要区别在于干涉仪和电子计算机两部分。这种新技术具有很高的分辨率、波数精度高、扫描速度极快（1秒内可完成）、光谱范围宽、灵敏度高等优点。

Fourier变换红外光谱仪工作原理：

工作原理：光源发出的红外辐射，经干涉仪转变成干涉图，通过试样后得到含试样信息的干涉图，由电子计算机采集，并经过快速傅立叶变换，得到吸收强度或透光度随频率或波数变化的红外光谱图。

干涉图从数学观点讲，就是傅立叶变换，计算机的任务是进行傅立叶逆变换。

Michelson干涉仪工作原理：

仪器的核心部分是Michelson干涉仪，如图：M1和M2为两块平面镜，它们直互垂直直放置，固定不动，则可沿图示方向作微小的移动，称为动镜。在和之间放置一呈45度角的半透膜光束分裂器BS（beam-splitters），可使50%的入射光透过，其余部分被反射。当光源发出的入射光进入干涉仪后就被光束分裂器分成两束光——透射光1和反射光2，其中透射光1穿过BS被动镜反射，沿原路回到BS并被反射到达探测器D，反射光2则由固定镜沿原路反射回来通过BS到达D。这样，在探测器D上所得到的1光和2光是相干光。1光和2光的光程差为波长的整数倍时，为相长干涉；分数倍时为相消干涉，动镜连继转动获得干涉图。

(1) 由于分子吸收了红外线的能量，导致分子内振动能级的跃迁，从而产生相应

的吸收信号——红外光谱（Infrared SPectroscoPy，简记IR）。根据红外光谱与分子结构的关系，谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化合物的质点或基团振动的形式。因此，特征吸收谱带的数目、位置、形状及强度取决于分子中各基团（化学键）的振动形式和所处的化学环境。只要掌握了各种基团的振动频率（基团频率）及其位移规律，即可利用基团振动频率与分子结构的关系，来确定吸收谱带的归属，确定分子中所含的基团或键，并进而由其特征振动频率的位移、谱带强度和形状的改变，来推定分子结构。

三、实验装置及实验材料：

试剂：正丁醇、溴化钾、苯甲酸、乙醇(Nicolet IS10傅立叶红外光谱仪 1台

压片机等实验工具。

四、实验步骤及注意事项 1.、制样的方法 1.液膜法

样品的沸点高于100℃可采用液膜法测定。这种方法较简单，只要在两个盐片之间滴加1～2滴正丁醇，使之形成一层薄的液膜。样品制好后，用夹具轻轻夹住进行测定。沸点较高的试样，直接滴在两片盐片之间，形成液膜。 2.压片法

将少许试样与适量纯KBr研细均匀，置于研钵中，在压片机上压成透明薄片，即可用于测定。试样和KBr都应经干燥处理，研磨到粒度小于2微米，以免散射光影响。此法非常简便，样品片也可长期保存。 2.样品测试

a) 将制好的样品用夹具夹好，放入仪器内的固定支架上进行测定，样品测定前要先行测定本底；

b) 测试操作和谱图处理按工作站操作说明书进行，主要包括输入样品编号、测量、基线校正、谱峰标定、谱图打印等几个命令。

c) 测量结束后，用无水乙醇将研钵，压片器具洗干净，烘干后，存放于干燥器中。 3. 谱图解析

（l）待测样品及盐片均需充分干燥处理。。 （2）为了防潮，宜在红外干燥灯下操作。

（3）测试完毕，应及时用丙酮擦洗样。干燥后，置入干燥器中备用。

注意事项:

(1)在实验研磨过程中,速度要快,防止样品吸收空气中的水分

(2) 在红外灯下操作时，用乙醇清洗盐片，不要离灯太近，否则，移开红外灯时温差太大，盐片会碎裂；

(3)在做液膜法时,不能加太多正丁醇,否则会造成液膜过厚,检测时出现圆头峰;

(4)在将盐片放在样品架上时,不能用力拧螺丝,否则会造成盐片破裂; (3) 谱图处理时，平滑参数不要选择太高，否则会影响谱图的分辨率。 五、数据处理 (谱图见附表)

从图1上可以看出：在1683.06 cm-1左右有一强(s)吸收峰，可以判断羰基（伸缩）；在1583 cm-1m左右较强吸收，1602 cm-1左右的稍强，且在1454 cm-1和1424cm-1左右有两峰，可以判断，是苯环；在与取代苯在2000~1650cm-1区的吸收面貌，可以判断出是单取代；最后，由标准图与实验图在3200~3400 cm-1的吸收（上方为标准红外吸收线）可以判断是有机酸。 与标准苯甲酸图谱对比，确认是苯甲酸，各峰归属正确。

在图谱2中，可以看到在3333.19（3200~340 cm-1区域有强吸收，—OH的伸缩振动（正丁醇的-OH为比较宽的峰）；在2870~2970 cm-1区有s吸收，可以判断可能有—CH3，—CH2 ，同时在1380~1370 cm-1区可以清楚的看到s吸收，这是—CH3 的特征吸收；在1450 cm-1左右有m吸收，在大部分有机物中都会存在的。与标准正丁醇图谱对比，确认是正丁醇，各峰归属正确。 六．思考题或作业

(1) 用压片法制样时，为什么要求研磨到颗粒度在2μm左右？大于或小于2um有无影响？为什么？

因为颗粒度不高的话，压出来的片透光性差。对于KBr，如果研磨不细致，打空白样的时候容易出问题。如果是KBr和样品混合，研磨不细致的话，KBr和被测物混合时混合不均匀，所以检测的时候容易产生偏差。小于2um无影响，大于会有比较大的偏差。

（2）根据朗伯-比尔定律，液膜厚度影响样品的光谱吸收强度，如何调节液膜厚度，以使红外光谱不失真？

1.将两边的螺丝调平衡，以免造成液膜厚度不均匀的情况。

2.在滴液体时，不能太多，防止液体量太多，液膜过厚，出现圆头或平头峰，在此试验中去20uL就已足够。

（3）傅立叶变化红外光谱仪和普通色散型红外分光光度计的主要区别是什么？前者具有哪些优点？

傅里叶红外光谱仪一般来说构造比较复杂，价格也稍微昂贵一些。傅里叶近红外光谱仪的单色器结构主要是迈克尔逊干涉仪，这类型的单色器结构比较复杂，精度也比较高，同时在进行光谱数据处理的时候也充分运用傅里叶变换和反傅里叶变换。因此，这类型的仪器相对于分光光度计类的近红外精度高。

普通的色散型红外分光光度计的单色器一般都是用光栅进行扫描分光，这部分的结构就比迈克尔逊干涉仪简单一些了，因此单色器结构也简单一些。在光谱数据处理方面主要运用求导、平滑、中心化、小波变换、最小二乘法、偏最小二乘法等方法进行处理。

傅里叶红外光谱仪的优点有：

1、扫描速度更快，色散型红外一般需要20分钟左右，而傅里叶几十秒就可以了。

2、傅里叶红外较色散红外，信噪比和分辨率都高，傅里叶红外能达到15000以上的信噪比和0.5波数的分辨率。而色散红外就差很多了。

3、另外，傅里叶红外能扩展更多的附件，而色散红外的局限性就较大。

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