傅里葉變換紅外光譜(Fourier Transform infrared spectroscopy)簡寫為FTIR。傅里葉紅外光譜法是通過測量干涉圖和對干涉圖進行傅里葉變化的方法來測定紅外光譜。紅外光譜的強度h(δ)與形成該光的兩束相干光的光程差δ之間有傅里葉變換的函數(shù)關(guān)系。傅立葉變換測定紅外光譜用于控制兩相干光光程差的干涉儀測量得到下式表示的光強隨光程差變化的干涉圖其中v為波數(shù),將包含各種光譜信息的干涉圖進行傅立葉變換得實際的吸收光,傅立葉變換紅光譜具有高檢測靈敏度、高測量精度、高分辨率、測量速度快、散光低以及波段寬等特點。隨著計算機技術(shù)的不斷進步,F(xiàn)TIR也在不斷發(fā)展。該方法現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于有機化學(xué)、金屬有機,無機化學(xué)、催化、石油化工、材料科學(xué)、生物、醫(yī)藥和環(huán)境等領(lǐng)域。
1. 壓片法 KBr 的處理和保存
壓片使用的KBr不一定要光譜純的,國外也常常使用分析純的,但是,必須注意以下幾點:
?、龠x擇正規(guī)的產(chǎn)品,有水份是沒有關(guān)系的,關(guān)鍵是沒有無雜質(zhì),尤其是有機物峰,還有SO42-,NO3-等,可以先做個紅外看看純度。
②如果符合要求的話,可以處理一大批KBr。首先,用干凈的瑪瑙研缽仔細(xì)研磨細(xì),然后在120℃烘干24h,或馬弗爐中400℃燒30分鐘,置于專用的干燥器中冷卻。
③再做個KBr紅外,看看吸收。如果沒有特殊吸收,就放干燥器中,可以統(tǒng)一保存。
?、芰硗馐褂脗€小稱量瓶和專用藥勺,取出一小部分KBr供平常使用,與統(tǒng)一保存的KBr要分開。保存的KBr要盡量減少開啟次數(shù)。
?、葑黾t外的KBr一定要專用,不要和其它實驗合成的混用。藥品遵循只許出,不許進的原則。處理過的KBr也是這樣,以免污染。
?、奘褂霉庾V純的也可,但也要進行上述處理。
?、叽蚱频?,做液體的溴化鉀單晶片純度很高,不要扔掉破碎的溴化鉀片,可以用來壓片。
2. 液膜 KBr 晶片的處理
溴化鉀單晶片鹽片用時間久了,不太透明或不平整,有幾個辦法可以徹底處理 :
?、倏梢杂酶綆У膾伖飧郊伖?。
②可以先用細(xì)的金相(顏色淡的那種,物理系常常有)砂紙拋光,然后再用平絨布面上蹭。
③國外有用一份蒸餾水+5份異丙醇混和,先滴加在絨布面拋光,然后迅速轉(zhuǎn)移在干燥的絨布面上蹭。效果也很好。處理時一定要帶好手套,避免手上濕氣的侵蝕。
3. 操作注意事項
a.理論上,研磨的粒度要小于其紅外光的波長,這樣才能避免產(chǎn)生色散譜,注意 : 研磨過程盡量不要吸收水分,不要對著樣品呼氣。
b.做紅外放樣品時候,注意輕開輕關(guān)樣品室,同時,不要面對樣品室呼氣,可以使背景的吸收扣的很好。
c.擦洗鹽片要由里向外,有機溶劑,比如,丙酮不要沾的很多。
d.液體樣品要控制好厚度。
e.手洗干凈和干燥是很重要的。
4. 一些特殊樣品的處理方法
a.有些在溶液中生成的樣品,如,配合物一類等,不易提取出來??梢园讶芤旱渭釉诘腒Br中干燥,研磨。如果樣品不怕加溫,可以加溫干燥后測試。如果樣品不能加溫,可以待溶劑揮發(fā)后,再放入干燥器中自然干燥后再測紅外。
b.有些含水的樣品,如果,沒有氟化鈣的鹽片,可以用KBr粉末壓片,把樣品滴加在上面,測完后拋棄。
c.平時用壞了的KBr片,比如,摔裂的半個片都行,專門用來測含水樣品。如果光面不好了,可以用異丙醇5份加水1份,滴加在絨布上拋光后使用。
d.根據(jù)樣品的特點來處理樣品。
舉個例子,輪胎橡膠制品無法研磨,一般壓片法很難制樣:
?、倨胀ㄖ茦臃椒ǖ玫降淖V圖透過率差,看不到特征吸收;
?、谑褂萌瓷浞椒y全反射紅外譜,不僅需要附件,而且由于橡膠制品是黑色的,得到的譜圖效果也差,即使,放大以后的譜圖,吸收峰透過率仍然在98%~100%,而且樣品的平坦度不夠,不成形,不平整就無法做;
?、鄄捎闷胀ǖ膲浩椒?,利用溶劑溶解加研磨混合制樣的方法,對比了不同幾種溶劑,達到了較為滿意的效果。
5. 一些異常譜帶的介紹
波數(shù) 化合物或結(jié)構(gòu) 來源
668 CO2 大氣中CO2 吸收,正或負(fù)
697 聚苯乙烯 磨損的聚苯乙烯瓶子或其他機械處理樣品過程中
719 聚乙烯 實驗室中常使用聚乙烯產(chǎn)品,有時候作為污染物出現(xiàn)
730 聚乙烯 同上
787 CCl4 使用CCl4后沒有處理干凈
794 CCl4 CCl4氣體,同上
823 KNO3 無機硝酸鹽與溴化鉀反應(yīng)物
837 NaNO3 氧化氮與窗片上的水汽生成,光源點燃有時候出現(xiàn)
980 K2SO4 無機硫酸鹽與溴化鉀離子交換的反應(yīng)物
1110-1053 Si-O 使用玻璃研缽,由玻璃粉末引起的譜帶,寬峰
1110 Me-O 研缽或其它物品的灰塵造成的污染,寬
1265 Si-CH3 使用硅樹脂有此污染
1365 NaNO3 同837
1380,1450
2800~2900 (CH2)n 烴類物質(zhì)
1378 NO3- 溴化鉀的雜質(zhì),與CH3位置相近
1428 CO32- 溴化鉀的碳酸鹽,及其它雜質(zhì)
1613-1515 ﹥COO- 堿金屬鹵代鹽,溴化鉀與羧酸反應(yīng)生成的羧酸陰離子引起,壓片時能產(chǎn)生
1639 H2O 少量夾帶水的吸收
1764-1696 >C=O 藥品的瓶蓋,涂層,增塑劑等等的污染
1810 COCl2 lv仿暴露在空氣中或日光氧化生成少量光氣的譜帶
1996 BO3- 堿金屬鹵代鹽,NaCl中的偏硼酸離子引起
2326 CO2 CO2吸收
2347 CO2 正或負(fù)的大氣中CO2吸收
3450 H2O 壓片中KBr含的微量水的譜帶,寬,常見
3650 H2O 石英管出現(xiàn)附著水引起的銳譜帶
3704 H2O 近紅外區(qū)厚吸收池使用四氯化碳或烴類溶劑中非締合水的-OH吸收,譜帶銳
6. 一些紅外透光材料介紹
選擇紅外透光材料要根據(jù)測定波長,機械強度,穩(wěn)定性和經(jīng)濟性來考慮,文獻報導(dǎo)的透光材料很多,但是實際應(yīng)用的并不太多 :
(1)溴化鉀 KBr : 易潮解,透過波長7800~400cm-1,(25μm以下)透過率大于92%,不易低溫;
?。?)氯化鈉 NaCl : 易潮解,透過波長500~625cm-1,(2~16μm) 不易低溫;
?。?)氟化鈣 CaF 2 : 不易潮解,透過波長7800~1100cm-1 (1~9μm),透過率大于90%,不耐機械沖擊;
?。?)氟化鎂 MgF 2 : 不易潮解,透過波長0.11~8.5μm,透過率大于90%;
?。?)氟化鋇 BaF 2 :不易潮解,透過波長7800~800cm(1~12μm)透過率大于90%;
?。?)金剛石 : 碳的一種,有Ⅰ型和Ⅱ型兩種,透光波長10cm-1,(1000μm)。它們在4~6μm(2300~1660cm-1)有吸收,Ⅰ型還在19~22μm和7~11μm有兩個吸收帶,據(jù)此可以鑒別金剛石的類型;
(7)鍺 Ge : 純度越高透光越好,透光性受純度和厚度的影響,23μm和40μm以外可以使用,在120℃時不透明;
?。?)硅 Si : 耐機械和熱沖擊,可達15μm,但是,在9μm(1110cm-1)時有一吸收帶;
?。?)熱壓塊 : 用紅外晶體的粉末加壓成型,有MgF2,ZnS,CaF2,ZnSe,MgO等,混合熱壓塊的機械性能超過晶體;
(10)塑料 : 高密度聚乙烯在20~1000μm的遠(yuǎn)紅外區(qū)可以使用,還有聚乙烯,聚四氟乙烯等薄片也可以使用;
?。?1)氯化銀 AgCl : 軟,不易破裂,435cm-1(23μm以下),易變黑,貴;
?。?2)溴化銀 AgBr : 軟,不易破裂,285cm-1(35μm以下),作為全反射材料;
(13)硫化鋅 ZnS : 不易潮解,透過波長7800~700cm-1,(1~14μm)透過率大于85%;
?。?4)溴(碘)化鉈 KRS -5 : TiI 58%和TiBr 42%混晶,不易裂,透過波長7800~200cm-1,(1~50μm),透
過率大于92%,折射率高,全反射材料,貴,有毒;
?。?5)硒化鋅 ZnSe : 不易潮解,透過波長7800~440cm-1,(1~23μm),透過率大于68%;
?。?6)石英 SiO 2 : 不易潮解,透過波長190nm~4.5μm,透過率大于92%;
?。?7)氟化鋰 LiF : 120~7000cm-1,易潮解變形;
?。?8)砷化鎵 GaAs : 2~14μm,耐擦拭,可代替硒化鋅。
紅外光譜又叫做紅外吸收光譜,它是紅外光子與分子振動、轉(zhuǎn)動的量子化能級共振產(chǎn)生吸收而產(chǎn)生的特征吸收光譜曲線。要產(chǎn)生這一種效應(yīng),需要分子內(nèi)部有一定的極性,也就是說存在分子內(nèi)的電偶極矩。在光子與分子相互作用時,通過電偶極矩躍遷發(fā)生了相互作用。因此,那些沒有極性的分子或者對稱性的分子,因為不存在電偶極矩,基本上是沒有紅外吸收光譜效應(yīng)的。 拉曼光譜一般也是發(fā)生在紅外區(qū),它不是吸收光譜,而是在入射光子與分子振動、轉(zhuǎn)動量子化能級共振后以另外一個頻率出射光子。入射和出射光子的能量差等于參與相互作用的分子振動、轉(zhuǎn)動躍遷能級。與紅外吸收光譜不同,拉曼光譜是一種階數(shù)更高的光子——分子相互作用,要比紅外吸收光譜的強度弱很多。但是由于它產(chǎn)生的機理是電四極矩或者磁偶極矩躍遷,并不需要分子本身帶有極性,因此特別適合那些沒有極性的對稱分子的檢測?! ∫?、相同點在于: 對于一個給定的化學(xué)鍵,其紅外吸收頻率與拉曼位移相等,均代表第一振動能級的能量。因此,對某一給定的化合物,某些峰的紅外吸收波數(shù)和拉曼位移完全相同,紅外吸收波數(shù)與拉曼位移均在紅外光區(qū),兩者都反映分子的結(jié)構(gòu)信息。拉曼光譜和紅外光譜一樣,也是用來檢測物質(zhì)分子的振動和轉(zhuǎn)動能級?! 《⒉煌c在于: 兩者產(chǎn)生的機理不同;紅外光譜的入射光及檢測光均為紅外光,而拉曼光譜的入射光大多數(shù)是可見光,散射光也是可見光;紅外光譜測定的是光的吸收,而拉曼測定的是光的散射;紅外光譜對于水溶液、單晶和聚合物的檢測比較困難,但拉曼光譜幾乎可以不必特別制樣處理就可以進行分析,比較方便;紅外光譜不可以用水做溶劑,但是拉曼可以,水似拉曼光譜的一種優(yōu)良溶劑;拉曼光譜的是利用可見光獲得的,所以拉曼光譜可用普通的玻璃毛細(xì)管做樣品池,拉曼散射光能全部透過玻璃,而紅外光譜的樣品池需要特殊材料做成的?! ”举|(zhì)區(qū)別:紅外是吸收光譜,拉曼是散射光譜;拉曼光譜光譜與紅外光譜兩種技術(shù)包含的信息通常是互補的。 主要區(qū)別: 1、光譜的選擇性法則是不一樣的,紅外光譜是要求分子的偶極矩發(fā)生變化才能測到,而拉曼是分子的極化性發(fā)生變化才能測到; 2、紅外很容易測量,而且信號很好,而拉曼的信號很弱; 3、使用的波長范圍不一樣,紅外光譜使用的是紅外光,尤其是中紅外,而拉曼可選擇的波長很多,從可見光到NIR,都可以使用; 4、拉曼和紅外大多數(shù)時候都是互相補充的,就是說,紅外強,拉曼弱,反之也是如此; 5、在鑒定有機化合物方面,紅外光譜具有較大的優(yōu)勢,無機化合物的拉曼光譜信息量比紅外光譜的大。 6、理論基礎(chǔ)和檢測方法存在明顯的不同。我們說物質(zhì)分子總在不停地振動,這種振動是由各種簡正振動疊加而成的。當(dāng)簡正振動能產(chǎn)生偶極矩的變化時,它能吸收相應(yīng)的紅外光,即這種簡正振動具有紅外活性;具有拉曼活性的簡正振動,在振動時能產(chǎn)生極化度的變化,它能與入射光子產(chǎn)生能量交換,使散射光子的能量與入射光子的能量產(chǎn)生差別,這種能量的差別稱為拉曼位移,它與分子振動的能級有關(guān),拉曼位移的能量水平也處于紅外光譜區(qū)?! 〖t外光譜法的檢測直接用紅外光檢測處于紅外區(qū)的分子的振動和轉(zhuǎn)動能量;而拉曼光譜法的檢測是用可見激光來檢測處于紅外區(qū)的分子的振動和轉(zhuǎn)動能量,它是一種間接的檢測方法。
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