波谱分析 第三章 02红外光谱仪

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章,红外吸收,光谱法,一、仪器类型与结构,二、制样方法,三、特殊光谱技术,四、联用技术,第二节 红外光谱仪,一、仪器类型与结构,色散型,干预型付立叶变换红外光谱仪,1.红外光谱仪,色散型：,与双光束,UV-Vis,仪器类似，但部件材料和顺序不同。,调节,T%,或称基线调平器,置于吸收池之后可,避免杂散光的干扰,色散型双光束红外光谱仪方框图,光源:,常用的红外光源有,Nernst,灯和硅碳棒。,红外光谱仪的主要部件,吸收池:红外吸收池使用可透过红外的材料制成窗片；不同的样品状态固、液、气态使用不同的样品池，固态样品可与晶体混合压片制成。,单色器:,由色散元件、准直镜和狭缝构成。其中可用几个光栅来增加波数范围，狭缝宽度应可调。,狭缝越窄，分辨率越高，但光源到达检测器的能量输出减少。为减少长波局部能量损失，改善检测器响应，通常采取程序增减狭缝宽度的方法，即随辐射能量降低，狭缝宽度自动增加，保持到达检测器的辐射能量的恒定。,检测器及记录仪:,红外光能量低，因此常用热电偶、测热辐射计、热释电检测器和碲镉汞检测器等。,以光栅为分光元件的红外光谱仪缺乏之处：,1需采用狭缝，光能量受到限制；,2扫描速度慢，不适于动态分析及和其它仪器联用；,3不适于过强或过弱的吸收信号的分析。,傅里叶变换红外光谱仪工作原理图,迈克尔干预仪工作原理图,41,FTIR,特点：,FTIR不用狭缝机构，消除了狭缝对光谱能量的限制光通量大，使光能的利用率大大提高。能同时测量记录全波段光谱信息，得到光强度随时间变化的谱图。,1分辨率高，可达0.1 cm-1,波数准确度高达0.01 cm-1。,2扫描速度快，在几十分之一秒内可扫描一次，1s以内可得到一张高分辨率、低噪音的红外光谱图。,3灵敏度高。短时间内进行屡次扫描，提高S/N。可用于痕量分析，样品量可少到10-910-10g。,4测定范围宽。可以研究1000010cm-1范围的红外光谱,5适合与各种仪器联机，与色谱 FTIR-GC，与超临界色谱 FTIR-SFC，与热重 FTIR-TGA。,二、,试样制备,1、对试样的要求,1试样应为“纯物质98%，通常在分析前，样品需要纯化；,2试样不含有水水可产生红外吸收且可侵蚀盐窗；,3试样浓度或厚度应适当，以使T在适宜范围。,2、制样方法,1气体气体池,2液体：,液膜法难挥发液体bp80C,溶液法液体池,溶剂：,CCl,4，,CS,2,常用。,3)固体:,研糊法液体石腊法,KBr压片法,薄膜法,43,三、特殊光谱技术,1.红外显微镜,对微量试样可借助红外显微镜进行分析。,通过聚光系统将光束收敛聚焦在光路正中的一点上，照射到微小试样上，再将透过光以大致相同的倍数放大射入入口狭缝。,可测到10,-5,10,-6,g,样品直径仅0.5,mm。,M=,物镜的孔径,分光器的孔径,=8 10,M,决定了测定时的最小试样。,2.多重衰减全反射ATR),对一些不溶、不熔且难粉碎的试样及不透明外表的涂层可采用ATR测定。,一束红外光射入具有高折射指数的晶体后如果在晶体与样品的界面处，光的入射角大于临界角，那么光线几乎完全由此界面上发生全反射。,但光线要稍许穿反射外表之下才反射回来。,N,=cos,L,d,入射光,出射光,样品,样品,d,p,n,1,n,2,d,p,=,1,2 sin,2,-(,),2,1/2,n,2,n,1,ATR法应用很广，其最大特点是不需进行复杂的别离，不破坏试样就可进行分析。,主要应用：1 薄膜分析,2 纸与纸上涂层,3 粉末药剂,4 纤维与织物,5 泡沫材料,6 环境研究,使用时注意：,1必须使固体样品具有光滑的平面。,2样品不能和反射晶体发生化学反响。,常用反射晶体：,Ge AgCl KRS-5 Si,n 4 2 2.4 3,使用波长,/211.5 0.423 0.535 26.2,3漫反射技术(,DR),漫反射多用来鉴定粉末状试样，固体的粗糙外表层以及溴化钾或氯化钾粉末收集的高效液相色谱馏分，甚至能直接分析从薄层色谱上取下的别离斑点。是用红外光谱漫反射附件装置来分析鉴定某些难以用常规方法进行分析的一种先进技术。,当粉末状试样受红外光辐射后，除了有反射和透射外，还有大量的向各个方向的散射光，应用特殊设计的凹面镜，把这些散射光全部收集起来，使之进入红外光谱仪，最终得到试样的漫反射光谱图。,用漫反射装置分析鉴定试样时，无需KBr压片，直接把试样粉末放入该装置的试样池中测定。,1050,1000,950,900,850,0.30%,1050,1000,950,900,850,0.11%,1050,1000,950,900,850,0.25%,四氟乙稀用少量六氟丙稀改性，可以明显的降低四氟乙稀的烧结温度，给加工工艺带来方便。,试样厚度加厚到1,mm,以上时980 935,cm,-1,呈现一个弱吸收峰六氟丙稀特征峰。,此半定量方法得到的数据对加工工艺很有实用价值。,四氟乙稀中少量六氟丙稀的定量分析：,四氟乙稀共聚物粉末的漫反射光谱图,4FTIR光声光谱 FTIR-PAS,把光声检测用于FTIR 的一种先进技术。,红外光輻射到试样，试样吸收光而发热，热量将使试样外表层的气体压力有所增加，通过一个话筒把压力的改变记录下来。一般由光声试样池和微音器两局部组成，使用时把光声试样池放入FTIR 试样室；同时不再使用 FTIR 的检测器，而要连接上微音器检测光声信号。,光声池,窗口,话筒,82,FTIR光声光谱突出成效,光声检测最适于分析研究强散射或光学不透明的试样，而这恰恰是常规红外吸收光谱的缺乏。例如：,1强吸收，高分散样品。深色催化剂，煤等，由于其不透明强散射，常规法难测量。,2常规难制样的试样。如橡胶和一些高聚物，不易粉碎不能压片，又不易溶解，不能作溶液或制膜，但可切碎于光声池中测定。,3生物和医疗中试样。生化试样常含蛋白质和各种胶体物质，用一般分光光度法难分析。,4不允许加工处理的样品如古物表层,5与 ATR 一样可测外表结构和不同深层剖面的光谱信息。,6薄层高效别离，层析板硅胶直接鉴定。,5.G,C-FTIR,联用技术,GC法具有选择性好，别离能力强，灵敏度高，简单快速等特点。但在缺乏标准样品的情况下定性比较困难。而IR法能够提供丰富的分子结构信息，但缺乏别离能力。,LC/FTIR液相色谱红外光谱联用,PAS/FTIR光声红外光谱,MIC/FTIR显微红外光谱微量及微区分析,