红外光谱法鉴定聚合物

一实验目的

（1）       了解红外光谱法分析的原理。

（2）       初步掌握简易红外光谱仪的原理。

（3）       初步学会查阅红外谱图。

二实验原理

因为红外光量子的能量较小，所以当物质吸收后，只能引起原子的振动、分子的转动、键的振动。按照振动时键长与键角的改变，相应的振动形式有伸缩振动和弯曲振动，而对于具体的基团与分子振动，其形式名称则多种多样。每种振动形式通常相应于一种振动频率，其大小用波长或“波数”来表示。对于复杂分子，则有很多“振动频率组”，而每种基团和化学键都有其特征的吸收频率组。

红外线按其波长的长短，可以分为近红外区（0.78-2.54微米）、中红外区（2.5-50微米）、远红外区（50-300微米）。红外分光光度计的波长一般在中红外区。由于红外发射光谱很弱，所以通常测量的是红外吸收光谱。

目前常使用的红外光谱仪有两类：色散型和非色散型。早期使用的是色散型仪器，20世纪70年代，非色散型的傅立叶变换红外光谱仪被成功开发。两类光谱仪的简图如下：

            扫描马达→光谱图←记录马达

                ↓               ↑

（a）光源→样品→单色器→检测器→电子系统

（b）光源→干涉仪→样品→检测器→干涉图→计算机→光谱图

可以看出，色散型红外光谱仪的待测样品直接置于光源后，易产生热效应，而干涉红外光谱仪的检测器得到的不是吸收光谱，而是干涉图，必须用计算机进行傅立叶变换中的数据处理后才能获得光谱。这种仪器没有分光系统，一次就能取得全波段的光谱信息，具有高光通量的、低噪声、测量速度快等特点。

傅立叶红外光谱仪的干涉图一般由迈克耳逊干涉仪产生，光束到分束器后，50％透过，到达定镜，再反射回至分束器，然后一部分透过分束器回到光源，另一部分反射到样品，经样品分子吸收后到检测器，这是第一束光I。而第二束光II是光源的光到达分束器后，另外50％反射到动镜的光，它经动镜反射回分束器后，同第I束光一样，一部分反射回光源，另一部分透过分束器经样品到达检测器。若动镜与定镜的距离相等，则两束光到达检测器的光程一样，相位相同，因而产生相长干涉，亮度最强。当动镜移动时，若移动1/4λ（λ为光波的波长），则光束I和II到达检测器时具有λ/2的光程差，从而产生相消干涉，亮度最小。若动镜移入λ/2，则光束I和II相差一个λ，再产生相长干涉，亮度再加强，这样在动镜的连续移动中就产生了干涉图。若动镜的移动速度为υ，则干涉图变化的频率f＝υ/（λ/2）＝2υ/λ＝2υν（ν为波数）。上式表明，干涉仪把高频红外光（光速/波长约10¹⁴Hz）通过动镜调制成2υν约10²Hz的音频，检测器上感受到的是音频信号，这也是傅立叶红外光谱仪抗杂质光干扰的基础。

三实验仪器

仪器：傅立叶变换红外光谱仪（Fouier Transform Infra-Red Spectromter）

生产厂家：PERKIN-ELMER            型号：Spectum One

技术规格：检测器：MIR TGS           红外光源：MIR

分辨率：0.5～4cm^-1                              扫描范围：4000～450cm^-1

性能：气体池，液体池，水平衰减全反射附件，漫反射附件，镜面反射附件，红外偏振附件，升温附件。

应用领域或范围：无机物、有机物以及高分子材料的定性定量分析。

四实验步骤

（1）       打开软件，扫描背景，调节波数范围。Start：4000.00cm^-1   End：450.00 cm^－1

（2）       设置其他相关参数。Instrument/Resolution:4.00cm^-1 

                         Sample/name:b-05-01-07→OK，得背景图谱。

（3）       测试聚合物红外吸收。

五.实验结果及数据处理

   3081cm^-处有Ar-H峰,3025 cm^-处有CH₂ 峰,2849 cm^-处有C=C峰,1492 cm^-处有苯环的峰,

757 cm^-和701 cm^- 为苯环的单取代峰,以此可知该聚合物为聚苯乙烯.

第二篇：红外吸收光谱分析实验

红外吸收光谱分析实验

概述

红外吸收光谱法是以一定波长的红外光照射物质时，若该红外光的频率，能满足物质分子中某些基团振动能级的跃迁频率条件，则该分子就吸收这一波长红外光的辐射能量，引起偶极距变化，而由基态振动能级跃迁到较高能级的激发态振动能级。检测物质分子对不同波长红外光的吸收强度，就可以得到该物质的红外吸收光谱。

各种化合物分子结构不同，分子振动能级吸收的频率不同，其红外吸收光谱也不同，利用这一特性，可进行有机化合物的结构剖析、定性鉴定和定量分析。

绝大多数有机化合物的基团振动频率分布在中红外区（波长400-4000cm^-1）,研究和应用最多的也是中红外区的红外吸收光谱法，该法具有灵敏度高、分析速度快、试样用量少，而且分析不受试样物态限制，可用于物质的气态、液态和固态的分析，所以应用范围非常广泛。红外吸收光谱法是现代结构化学、有机化学和分析化学等领域中最强有力的测试手段之一。

实验部分 聚乙烯和聚苯乙烯膜的红外吸收光谱的测绘—薄膜法制样

目的要求

（1）       学习聚乙烯和聚苯乙烯膜的红外吸收光谱的测绘方法；

（2）       学习对该图谱的解释，掌握红外吸收光谱分析基本原理；

（3）       学习红外分光光度计的工作原理及其使用方法。

基本原理

在由乙烯聚合成聚乙烯的过程中，乙烯的双键被打开，聚合生成—（CH₂-CH₂）_n长链，因而聚乙烯分子中原子基团是饱和的亚甲基（CH₂-CH₂），其红外吸收光谱如图所示。由图可知聚乙烯的基本振动形式有：

A.     ν_C-H(-CH₂-)2926cm^-1、2853cm^-1;

B.      δ_C-H(-CH₂-)1468cm^-1

C.      δ_C-H(-CH₂-)_n,n>4时720cm^-1,

由于δ_C-H1306cm^-1和δ_C-H1250cm^-1为弱吸收峰，在红外吸收光谱上未出现，因此只能观察到四个吸收峰。

在聚苯乙烯的结构中，除了亚甲基(-CH₂-)和次甲基外，还有苯环上不饱和碳氢基团（=CH-）和碳碳骨架（-C=C-）,它们构成了聚苯乙烯分子中基团的基本振动形式。图2为聚苯乙烯的红外吸收光谱，由图可知，聚苯乙烯的基本振动形式有：

A.     ν_=C-H(Ar上)3010cm^-1;3030cm^-1;3060cm^-1;3080 cm^-1

B.      ν_C-H(-CH₂-)2926cm^-1;2853cm^-1;和　ν_C-H(    )2955cm^-1

C.      δ_C-H1468 cm^-1;1360 cm^-1;1306 cm^-1；

D.     ν_C=C(Ar上)1605cm^-1;1550cm^-1;1450cm^-1;

E.      δ_C-H(Ar上单取代倍频峰)1944cm^-1;1871cm^-1;1800cm^-1;

F.      δ_C-H(Ar上邻接五氢)770~730cm^-1和710~690cm^-1.

可见聚苯乙烯的红外吸收光谱比聚乙烯的复杂得多。由于聚乙烯和聚苯乙烯是两种不同的有机化合物，因此，可通过红外吸收光谱加以区别，进行定性鉴定和结构剖析。

一、仪器 美国nicoletavatar 360FT-IR红外分光光度计

二、试样 聚乙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜

三、实验条件

1.       测定波长范围1.5~15μm(波数4000~400cm^-1)

2.       参比物  空气

3.       扫描速度   3档（全程4min）

4.       室内温度  18~20℃

5.       室内相对湿度  <65%

四、 实验步骤

1.       将聚乙烯膜试样卡片置于试样窗口前。

2.       根据实验条件，将红外分光光度计按仪器操作步骤进行调节，然后测绘聚乙烯膜的红外吸收光谱。

3.       在同样的实验条件下，测绘聚苯乙烯膜的红外吸收光谱。

五、数据及处理

1.       记录实验条件

2.       在获得的红外吸收光谱图上，从高波数到低波数，标出各特征吸收峰的频率，并指出各特征吸收峰属于何种基团的什么形式的振动。

注意事项

   在解释红外吸收光谱时，一般从高波数到低波数，但不必对光谱图的每一个吸收峰都进行解释，只需指出各基团的特征吸收峰即可。

思考题

1.       化合物的红外吸收光谱是怎样产生的？

2.       化合物的红外吸收光谱能提供哪些信息？

3.       如何进行红外吸收光谱图的图谱解释？

4.       单靠红外吸收光谱，能否判断未知物是何种物质，为什么？

实验2苯甲酸红外吸收光谱的测绘—KBr晶体压片法制样

目的要求

（1）       学习用红外吸收光谱进行化合物的定性分析；

（2）       掌握用压片法制作固体试样晶片的方法；

（3）       熟悉红外分光光度计的工作原理及其使用方法。

基本原理

在化合物分子中，具有相同化学键的原子基团，其基本振动频率吸收峰（简称基频峰）基本上出现在同一频率区域内，例如，,,等分子中都有—CH₃,—CH₂—集团，它们的伸缩振动基频峰与CH₃(CH₂)₆CH₃分子的红外吸收光谱中—CH₃,—CH₂—集团，它们的伸缩振动基频峰都出现在同一频率区域内，即在<3000cm^-1波数附近，但又有所不同，这是因为同一类型原子基团，在不同化合物分子中所处的化学环境有所不同，使基频峰频率发生一定移动，例如基团的伸缩振动基频峰频率一般出现在1650~1860cm^-1范围内，当它位于酸酐中时，ν_C=O为1820~1750cm^-1、在酯类中时，ν_C=O为1750~1720cm^-1;在与苯环共轭时，如乙酰苯中ν_C=O为1695~1680cm^-1,在酰胺中时，ν_C=O为1650cm^-1等。因此掌握各种原子基团基频峰的频率及其位移规律，就可应用红外吸收光谱来确定有机化合物分子中存在的原子基团及其在分子结构中的相对位置。

由苯甲酸分子结构可知，分子中个原子基团的基频峰的频率在4000~650cm^-1范围内有：

本实验用溴化钾晶体稀释苯甲酸标样和试样，研磨均匀后，分别压制成晶片，以纯溴化钾晶片作参比，在相同的实验条件下，分别测绘标样和试样的红外吸收光谱，然后从获得的两张图谱中，对照上述得个原子基团基频峰的频率及其吸收强度，若两张图谱一致，则可认为该试样是苯甲酸。

一、仪器

1.       AVATAE 360 FT-IR红外分光光度计

2.       压片机

3.       玛瑙研钵

4.       红外干燥灯

二、试剂

1.       苯甲酸、溴化钾 均为优级纯

2.       苯甲酸试样

三、实验压力

四、实验步骤

1.       开启空调机，使室内温度控制在18~20℃，相对湿度≤65% 。

2.       苯甲酸标样、试样和纯溴化钾晶片的制作  取预先在110℃下烘干48h以上，并保存在干燥器内的溴化钾150mg左右，置于洁净的玛瑙研钵中，研磨成均匀、细小的颗粒，然后转移到压片模具上，取出晶片，并保存在干燥器内。

另取一份150mg左右溴化钾置于洁净的玛瑙研钵中，加入2-3mg苯甲酸试样，同上操作制成晶片，并保存在干燥器内。

必须注意

制得的晶片，必须无裂痕，局部无发白现象，如同玻璃般完全透明，否则应重新制作。晶片局部发白，表示压制的晶片厚薄不匀，晶片模糊，表示晶体吸潮，水在光谱图3450cm^-1和1640cm^-1处出现吸收峰。

3.       将溴化钾参比晶片和苯甲酸标样晶片分别测样

4.       在相同实验条件下，测绘红外吸收光谱。

五、数据及处理

1.  记录实验条件

2.       在苯甲酸标样和试样红外吸收光谱图上，标出各特征吸收峰的波数，并确定其归属

3.       将苯甲酸试样光谱图与其标样光谱图进行对比，如果两张图谱上的各特征吸收峰及其吸收强度一致，则可认为该试样是苯甲酸。

思考题

1.       如何着手进行红外吸收光谱的定性分析？

2.       红外光谱实验室为什么对温度和相对湿度要维持一定的指标？