1、尽管如此，红外谱图仍是提供官能团信息最方便快捷的方法。2.1.2定量分析定量分析依据是比尔定律：ecl=loglO/l或A=ecl。如果有标准样品，并且标 准样品的吸收峰与其它成分的吸收峰重叠少时， 可以采用标准曲线法以及解联立 方程的办法进行单组分、多组分定量。对于两组分体系，可采用比例法。2.2实验方法红外光的波长较大，能量较紫外光和可见光较小，当红外光照射到物质表面 时，会引起分子的振动能级和转动能级的跃迁。 红外光谱所研究的是分子振动中 伴有偶极距变化的化合物，当这些化合物吸收红外光后，分子将产生不同方式的 振动，消耗光能。红外可分近红外、中红外和远红外：近红外 12820-4000
2、cm-1中红外 4000-200 cm-1远红外 200- 33 cm-1为了研究某种物质的结构特征，采用红外光照射该物质，并测定该物质的吸 光度，以透光度为纵坐标，波数为横坐标作图。根据波谷对应的波数，查阅标准 物质红外光图谱，确定待测物质的组成或者所包含的官能团及不饱和度等信息， 从而确定待测物质的结构。本实验中，当果糖和葡萄糖收到红外光谱照射，分子 吸收某些频率的辐射，其分子振动和转动能及发生从基态到激发态的跃迁，使相 应的透射光强度减弱。以红外光的透射比对波数或波长作图， 就可以得到果糖和 葡萄糖的红外光谱图。葡萄糖和果糖的炭式结构如图1所示，费歇尔式结构如图 2所示：HenoOHI
3、CH4=cHCC H Fl1 io-1C Ht iroh乙OHH-C 1 d： on1 1 I 12OH7HaOHraw1宋郴！图1图22.3仪器原理2.3.1傅立叶红外光谱仪傅立叶红外光谱仪的基本结构如图 3所示。图3傅立叶红外光谱仪工作原理示意图傅里叶红外光谱仪的工作原理如下:光源发出的红外光由迈克尔逊干涉仪分成两束相干光，相干光照射到样品 上，含有样品信息的相干光到达检测器， 由检测器将光信号转化为电信号， 并将 此电信号传递到指示系统一一计算机中。计算机将时间域信息通过傅立叶变换转 化为频率域信息，最终得到透过率随波数变化的红外吸收光谱图。（一）光源光源要求能发射出稳定、高强度连续波长
4、的红外光，能斯特灯、碳化硅或涂 有稀土化合物的镍铬旋状灯丝这些是我们通常使用光源材料。（二）干涉仪我们所用的干涉仪是迈克尔逊干涉仪， 迈克尔逊干涉仪的作用是将复色光变 为干涉光。中红外干涉仪中的分束器主要由溴化钾材料制成； 近红外干涉仪中的分束器一般以石英和 CaF2为材料；远红外干涉仪中的分束器一般由 Mylar膜和网格固体材料制成。迈克尔逊干涉仪工作原理图如图 4所示。图4迈克尔逊干涉仪光路图迈克尔逊干涉仪是由固定不动的反射镜 Mi （定镜），可移动的反射镜M2（动 镜）以及广分束器 Gi和G2组成。Mi和M2是互相垂直的平面反射镜，Gi和G2 以45角置于Mi和M2之间。光线由光源S发出
5、之后，入射在半透半反镜Gi上, 部分光线反射到平面镜 Mi,再经Mi反射和Gi透射，最后到达检测器，同时， 另一部分光线经Gi透射后，穿过G2到达M2,再经M2反射沿原路返回，最后被 Gi反射至检测器。由于动镜的移动，使两束光产生了光程差。当光程差为半波 长的偶数倍时，发生相长干涉，产生明线；当光程差为半波长的奇数倍时，发生 相消干涉，产生暗线。当动镜连续移动，在检测器上记录的信号将连续变化。（三）检测器红外光区的检测器一般有两种类型： 热检测器和光导电检测器。红外光谱仪 中常用的热检测器有：热电偶；辐射热测量计，以及热电检测器等。热电偶和辐 射热测量计主要用于色散型分光光度计中，而热电检测器
6、主要用于中红外傅立叶 变换光谱仪中2.4分析过程24 i样品处理技术针对液体样品、固体样品分别有液膜法、溶液法和压片法、薄膜法。针对气体样品也有专门的处理方法。2.4.2液体样品（1） 液膜法液体样品常用液膜法。该法适用于不易挥发（沸点高于80C）的液体或粘稠溶 液。使用两块KBr或NaCI盐片。将液体滴i-2滴到盐片上，用另一块盐片将其 夹住，用螺丝固定后放入样品室测量。 若测定碳氢类吸收较低的化合物时， 可在 中间放入夹片（spacer,约0.05-0.imm厚），增加膜厚。测定时需注意不要让气泡 混入，螺丝不应拧得过紧以免窗板破裂。使用以后要立即拆除，用脱脂棉沾氯仿、 丙酮擦净。（2）
7、溶液法溶液法适用于挥发性液体样品的测定。 使用固定液池，将样品溶于适当溶剂 中配成一定浓度的溶液（一般以10%w/w左右为宜），用注射器注入液池中进行测 定。所用溶剂应易于溶解样品，是非极性，不与样品形成氢键，溶剂的吸收不与 样品吸收重合。常用溶剂为 CS2、CCl4、CHCl3等。2.4.3固体样品（1）压片法固体样品常用压片法，它也是固体样品红外测定的标准方法。将固体样品0.5mg1.0mg与150mg左右的KBr 一起粉碎，用压片机压成薄片。薄片应透明 均匀。（2）薄膜法该法适用于高分子化合物的测定。将样品溶于挥发性溶剂后倒在洁净的玻璃 板上，在减压干燥器中使溶剂挥发后形成薄膜，固定后进
8、行测定。常见盐片的红 外透明范围为：KBr（400 cm-1 ），NaCI（650 cm-1 ），Csl（150 cm-1 ）等。244气体样品气体样品的测定可使用窗板间隔为 2.5cm10cm的大容量气体池，如图 5所示。抽真空后，向池内导入待测气体。测定气体中的少量组分时使用池中的反 射镜，其作用是将光路长增加到数十米。气体池还可用于挥发性很强的液体样品 的测定。图5气体池2.5谱图分析2.5.1红外光谱的三个重要特征（1）谱带位置谱带的位置是指示一定基团存在的最有用的特征，由于若干不同的集团可能 在相同的频率区出现，做出判断时要特别慎重。（2）形状有时候从谱带的形状也可能得到相关基团的有
9、关信息， 这些对于坚定特殊基团的存在很有用。（3）相对强度由于分子中极性较强的集团产生强的吸收带， 有时我们可以根据相对强度进 行分析。2.5.2同一基团振动峰任一官能团由于存在伸缩振动（某些官能团同时存在对称和反对称伸缩振 动）和多种弯曲振动，会在红外谱图的不同区域显示出几个相关吸收峰。所以， 只有当几处应该出现吸收峰的地方都显示吸收峰时， 就可以得出该官能团存在的 结论。以甲基为例，在2960、2870、1460、1380 cm-1处都应有C-H的吸收峰出 现。以长链 CH2为例，2920、2850、1470、720 cm-1处都应出现吸收峰。2.5.3谱图解析顺序根据质谱、元素分析结果得
10、到分子式。由分子式计算不饱和度 U o U=四价元素数-（一价元素数/2） + （三价元素数/2） +1。然后先观察官能团区，找出 存在的官能团，再看指纹区。如果是芳香族化合物，应定出苯环取代位置。根据 官能团及化学合理性，拼凑可能的结构。最后是进一步的确认需与标样、 标准谱图对照及结合其它仪器分析手段得出的结论。3仪器与试剂3. 1试剂与药品：3.1.1溴化钾（分析纯）3.1.2果糖（分析纯）、葡萄糖（分析纯）3.1.3未知样品A、B、C （样品是葡萄糖或果糖或者是两者的混和物）3.1.4无水乙醇3.2仪器：3.2.1玛瑙研钵、药匙、镊子、纸巾3.2.2WS701型红外线快速干燥器（上海市吴
11、淞五金厂）3.2.3NEXUS 470-FTIR 傅立叶红外光谱仪（Thermo公司）3.2.4AB135-S 电子天平（METTLER TOLEDO 公司）3.2.5手压机（岛津公司）4实验步骤4.1实验前准备实验前首先开启烘干机，保持实验室内干燥，后则影响仪器的性能并且使样 品沾有水分影响分析图谱。在实验前将所需的药品：溴化钾、样品 A、B、C，用研钵初步磨细、磨匀，然后放入烘箱，将模具、镊子、药匙和研钵等用沾有无 水乙醇的纸巾擦拭干净（3.2.1） o4.2 压片的制备以及图谱绘制4.2.1 KBr空白压片的制备用电子天平（3.2.4）称取200 mg左右初步磨好的溴化钾粉末，放入研钵中
12、 用力再次磨细、磨匀。然后用药匙小心地将磨好的 KBr粉末移入模具中，转移过程中应小心谨慎，防止粉末溅洒到模具周围， 引起粉末的损失，导致压片不均匀。将模具盖装好，旋转几圈，使 KBr粉末在模具中均匀分布。随后将模具放入手压机（3.2.5），用约600 kgf/cm2压力在液压机上压制2 min左右。取出模具， 用镊子小心地将压好的KBr薄片放在磁板上。4.2.2样品压片用电子天平称取约1 mg样品（A、B、C中任选一种），我们在实验中选择的 是A样品。再取约200 mg溴化钾粉末，将两者混合，用研钵研磨，其余操作步 骤同上。以上步骤每用完一次药品要及时放回干燥器内，保持药品的绝对干燥。4.2
13、.3绘制红外图谱首先将装有KBr薄片的磁板放入样品槽中，开启红外光谱仪，在计算机中 设定好参数，仪器开始运行，最后在计算机中会显示出红外光谱图，作为空白。将待测样品放入样品槽，重复以上步骤，计算机将自动扣除空白后的光谱图 显示出来。随后表示出每个明显吸收峰对应的波数， 保存文件，完成图谱的绘制。5 实验数据与结果我们实验中所得出的样品 A的光谱图以及葡萄糖（分析纯）和果糖（分析 纯）的标准红外图谱分别如图6、图7和图8所示：1Mbet Tz图6样品A的红外光谱图7葡萄糖的标准图谱Wave nu mbers （cm-1）0030n42000Wavenumbers （cm-1）图8果糖的标准图谱看
14、图3对比图4和图5可以知道，样品A的图谱即不能和果糖的标准图谱很好的吻合，也不能和葡萄糖的标准图谱很好的温和，所以我判定样品 A为果糖和葡萄糖的混合物。由上面三个图找出样品 A与葡萄糖和果糖的相似峰值，并歹y下表（表1）。具体解析见表1。 样品A 果糖 葡萄糖 对比最大差值3404.543412.32 7.782945.302945.30 02910.273.892883.032361.512914.162357.62 7.782334.27 2883.032342.05 7.781633.731458.591641.517.781458.59 01415.781411.891337.9513
15、41.841221.191225.081147.241143.351104.431112.221053.841061.621046.051022.70913.73921.57917.62859.24863.14839.78812.54820.32773.62777.51707.46695.78617.95551.78559.57表1葡萄糖标准图谱与样品C的红外图谱分析表格分析：由表格可知样品A明显吸收峰分别与葡萄糖和果糖的部分峰值 较好的吻合，最大的差值也不超过 &有些吸收峰有一定的差异可能是因为在压 片和进样的过程中，固体压片吸附了空气中的水汽或二氧化碳等物质。6实验讨论6.1为什么用KBr
16、作为空白及样品的稀释剂？答：因为KBr在4000400 cm-1区域内无吸收；并且，它的折射率与大多数有 机化合物的折射率很接近，因此可以减少因光散射而造成的能量损失， 我们在实验中将固体颗粒研磨到其粒径比辐射波长还小也是为了减少散射率； 否则，将有很大部分的辐射能量因散射而损失。因此，应将样品研磨到其粒径为 2 ym以下1O6.2水对测定过程有哪些影响？水分在近红外谱区内有较强的吸收峰（约在 1450 nm处），这是近红外定量分析的主要干扰因素。KBr有很强的吸水性，因此使用前必须对其进行干燥处 理，并且在实验过程中应尽量缩短 KBr暴露在空气中的时间。6.3二氧化碳对实验是否有影响？为什么
17、？有影响。 因为CO2虽然是对称分子，但是它还存在非对称伸缩振动，会有红外吸收，所以游离的CO2应该就有吸收，面内变形伸缩振动在 617 cm-1附近； 面外伸缩在2369 cm-1附近。6.4为什么葡萄糖的标准谱图中没有羰基吸收峰？葡萄糖标准谱图和样品谱图中均没有出现明显的羰基吸收峰。这是因为， 实际上葡萄糖并不是以开链结构的形式存在的， 而是以氧环结构的形式存在的。葡 萄糖3碳上的羟基与醛基反应形成半缩醛，因而失去了羰基的结构特征。7参考文献 石杰仪器分析郑州，郑州大学出版社，2003, 9596 严衍禄，赵龙莲，韩东海，杨曙明近红外光谱分析基础与应用北京：中国 轻工业出版社，2005，130136
