红外光谱定性、定量分析
仪器网 · 2012-07-15 09:00 · 52972 次点击
根据前面所述,利用红外光谱的特征吸收峰可进行官能团定性,进而对分子进行定性,利用相关峰的分析,结合其他实验资料(如相对分子质量、物理常数、紫外光谱、核磁共振波谱、质谱等)可进行结构分析,即红外光谱的定性分析,这是红外光谱分析的主要用途。另外根据某一化合物、某一官能团特征吸收峰峰面积(峰型好时可利用峰高)与样品中含有该官能团的分子的浓度关系,可像分光光度法一样,对某一分子进行定量分析。
现简要叙述应用红外光谱进行定性分析的过程。
(一)样品的提纯(samplepurification)
对大部分用于红外光谱分析的样品而言,纯度要在98%以上,且不含水,因为化学键普遍有红外活性,对不纯物进行红外光谱分析毫无意义。含水则会溶损仪器的池体。
(二)掌握试样的其他相关信息(relevantinformationofsample)
例如样品的元素分析结果、相对分子质最、熔沸点、溶解度、其他波谱信息等,这对图谱的解析有很大的帮助。
(三)制样(samplepreparation)
1.气体样品
有专用的气体吸收池。使用前先将气体吸收池排空,再充人样品气体,密闭后上机测试。
2.液体样品
如果其沸点较高,可用液膜法滴于两盐片之间进行测定,一般取液体样品I一10mg滴于两盐晶薄片之间,当薄片在固定架上夹紧时,样品形成一均匀薄膜;如果其沸点较低,可用封闭池进行测定;有些液体样品需配制成溶液在液体吸收池中测试,此时需要注惫溶剂的吸收干扰。
3.固体样品
用溶液((1%一5%)法得到的图谱分辨较好,此法是将样品用溶剂溶解,于液体池中测试;糊状法是将固体样品和某种介质(如石蜡油、全氟丁二烯)在研钵中研磨均匀后,夹在两片盐晶之间,使其成均匀的薄层后测试,此时要注念介质的干扰吸收带,如石蜡有C-H吸收,只能用于饱和C-H以外其他官能团的分析;压片法将是将固体样品1一2mg与金属卤化物(大多采用KBr)粉末100一200mg,在研钵中一起研磨均匀,!于压模具内,压成透明的薄片,再置于样品架上测试;薄膜法适用于一些聚合物的测试,此法是使样品成膜(如加热熔融后涂制或压制成膜),也可间接成膜,即将样品溶解在易挥发的溶剂中,待溶剂挥发后成膜测定。
(四)样品池选择(selectionofsamplecell)
红外光谱测试所需的样品池窗片一定要红外透明,一般是NaC1,KBr等盐晶制成,不能用玻璃或石英;含水分较多的样品或样品的水溶液,需用耐腐蚀的CaF2,AgCI窗片;有些负载于某种基体界面的样品薄膜,需要专用的反射、掠角测试装置。
(五)红外分光光度计的波数校正(wavenumbercalibrationofinfraredspectrophotometer)
对于精密型红外分光光度计的波数校正多采用测试已知气体的掩转峰位置,与文献值作比较。如HCI气体的振一转吸收校正3100一2700cm-,范围,用NH,气体校正1200一800cm’范围。采用聚苯乙烯薄膜进行校正可获得满意的结果。此法操作简便,且膜便于储存,故可广泛使用。
(六)计算不饱和度(calculationofdegreeofunsaturation)
根据试样的元素分析值及相对分子质盘得出的分子式,可以计算不饱和度(degreeofunsaturation),从而可估计分子结构式中是否有双键、叁键及芳香环等。不饱和度是表示有机分子中碳原子的饱和程度.其来源有机化合物的饱和条件为:
[attach]51216[/attach]
。规定每缺两个一价元素时,不饱和度为一个单位,所以一个双键为一个不饱和单位,一个脂环(如环己烷)为一个不饱和单位,叁键为两个不饱和单位,在计算时,如有一个不饱和单位存在,必须从分子中减去两个H原子数。不饱和度U的计算公式为(分子只为C和H构成的烃类化合物):
[attach]51217[/attach]
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式中,n4为四价原子数.如C;n3为三价原子数.如N;n1为一价原子数,如H、x;二价原子.如O's不参与计算。
一般规律:①一个苯环.U二4(可理解为.个环和3个双性);②一个脂环,U个叁健,U二2;④链状饱和,U二O;⑤C=N、C—C的U为1;⑥C-N,C-C二卜③一的U为2,
例试由下面的红外光谱图(如图8-49所示)推侧出C4H8O2的结构:
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解:首先计算不饱和度U二(2+2x4-8)/2=1.证明可能有一个双桩。然后进行特征峰归属:3000一2800cm-1的蜂是饱和C-H间的特征吸收;1740cm-1,的强峰证明有C-O葵;1460c。一,的峰证明有亚甲若的剪式振动吸收;1380cm-1,的峰证明有甲基的对称面外夸曲极动吸收;1239cm-1,的峰.证明有C-O被的振动吸收。由此推断.可能的结构式有:
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可见单由红外吸收光谱还不能确定最终的分子结构式.还需要其他波谱效据的支持。
(七)和标准语田进行比校(comparisonwithstandardspectrum)
利用纯物质的进图来作对照时.要注愈创样方法一致、仪器尽可能一致。最好润整样品
浓度和池体厚度使大部分吸收峰在20%一60%之间,还要特别注意对照指纹区的谱带和吸收曲线的走向。标准谱图的取得一是可用纯物质在相同的制样方法和实脸条件下自己侧定.二是查阅标准淆图集.常用的标准谱图集是萨特勒(Sadtler)红外谱用集。它是由萨特勒实验室自1947年开始出版.目前为止已出版了两代的光谱图,第一代为俊镜光谱.第二代为光姗光谱。其中也包含了许多用傅里叶变换红外光谱仪得到的红外光进.它有各种索引,使用比较方便。一些近代仪器则配备有谱库及其检索系统。对于大量长期使用红外光谱的分析工作者.可按自己的工作范围.建立小公的自用谱库。
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