FT-IR红外光谱在复杂样品中的应用(周佳璐)

FT--IR红外光谱在复杂样品分析中的应用目录1.摘要2.复杂体系的综合分析概述3.红外光谱概述4.现代FT-IR仪器5.现代FT-IR仪器的各种附件6.应用摘要红外光谱在有机物分析中占有首要的地位,广泛应用与定性分析,鉴定化合物的化学结构和定量分析混合物中各组分的含量,本文介绍了现代傅立叶变换红外光谱的各种相关的附件及其应用并介绍了相关的应用事例关键词：红外光谱，有机物分析，附件，应用复杂体系的综合分析概述面对复杂的样品，需要借助高超得分离技术，借助多种仪器分析手段，对研究对象进行解剖，然后对解剖所获得的信息进行综合分析，得出可靠的结论。人们把这些综合分析的过程称为“剖析”，这是一个复杂的过程。剖析是集分离.纯化.结构鉴定.成分分析以及合成.加工等于一体的综合分析的过程，是多种现代分析仪器.多种分析方法以及跨学科多种知识的综合运用过程。剖析的步骤剖析包括三个程序：1.选择合适得分离方法，或将几种分离方法巧妙组合，达到分离，浓集，提纯的目的，并对制备的纯品的纯度进行鉴定2.利用波谱分析等手段对各组分的结构作出合理的推测3.对所推测的结构作出合成验证。分析工作者必须弄清样品的来源性质生产过程即可能得到的样品的各种信息，充分熟悉各种仪器的分析方法原理特点使用范围，及时获取分析化学领域中的有关方法和技术的最新发展的信息，选择最佳分析方案。红外光谱的概述我们在此所讲的红外光谱主要是中红外光谱（波数在4000-400cm-1）的定性分析红外光谱是分子振动光谱，通过谱图解析可以获取分子结构的信息，任何气态，固态，液态样品都可进行红外光谱测定，由于每种化合物均有红外吸收，尤其是有机化合物的红外光谱能提供丰富的结构信息，是有机化合物结构解析的重要手段之一。其适用的样品范围广，所需样品量少，给出的分子结构信息丰富，因此是不可缺少的工具。从红外光谱图可为剖析提供以下重要信息：1.从原始样品的谱图可大致判断可能的存在的官能团，因为它是多种纯组分谱图的叠加；2.从在分离和纯化过程中得到的光谱图中，可以分析有关组分的去向，监视某些组分的丢失。3.从分离出的纯组分谱图中，检查是否有异常峰存在4.从纯组分的谱图中可推测出存在的特征官能团，分子骨架等主要信息。5从模拟结构合成的纯样的谱图可验证此结构是否正确无疑现代傅立叶变换红外光谱仪器（FT—IR）原理主要部件：光源，样品室,干涉仪，检测器，计算机工作站。主要生产厂家有：USNICOLET；BLUCKER；日本岛津等FT-IR的原理FT-IR光谱仪是根据光的相干性原理设计的，因此是一种干涉型光谱仪，大多数此种光谱仪使用了迈克逊干涉仪。因此实验测量的原始光谱图是光源的干涉图，然后通过计算机对干涉图进行快速傅立叶变换计算，从而得到以波长和波数为函数的光谱图。因此，谱图称为傅立叶变换红外光谱，仪器称为傅立叶变换红外光谱仪。其核心部件是干涉仪。傅立叶变换红外光谱法的主要特点（1）多路优点。狭缝的废除大大提高了光能利用率，样品置于全部辐射波长下，因此全波长范围下的吸收必然改进信噪比，使测量灵敏度和准确度大大提高。（2）分率提高。分辩率决定于动镜的线性移动距离，距离增加，分辨率提高。一般可达0.5CM-1，高的可达10-2CM-1（3）波数准确度高。由于引入激光参比干涉仪，用激光干涉条纹准确测定光程（4）测定的光谱范围宽，可达10—104CM-1（5）扫描速度极快，在不到1S时间里可获得图谱，比色散型仪器高几百倍红外附件及特殊测试技术红外显微镜漫反射衰减全反射光声光谱附件变温光谱件样品震荡器联机操作应用差谱技术红外显微镜种类：Nic-plan;Research,AdvancedAnalytical,Analytical,,Lab,EZ--scpoe性能：1，能分析微量样品，微克级只要肉眼能看的见，能分析肉眼看不见的包裹体。2，不加任何稀释剂，反映样品的本质光谱。3，不要制样，如纤维。4，能测定透射光谱，也能测试反射光谱。结构：具有双光栏，有效的消除衍射光的干扰，测定最小面积问题样品制备：粉末样品夹在金刚石池之间，或夹在Nacl;KBr;BaF2;CaF2光谱数据特点：样品不能太厚，否则谱带变形；反射光谱峰朝下漫反射性能:适合测定粉末状样品的红外光谱，特别适合测定那些载体中待测组分含量很低的样品，如煤炭中的有机物，分子筛中吸附的物质样品制备：把样品研磨成粉末状，可以测定纯样品的光谱，也可以稀释后测定，粉末装满样品帽后刮平，不要压实光谱数据特点衰减全反射性能：适合与快速测定性和定量分析；测定样品的表面性质，如聚合物；测定液体样品胶状样品柔软样品不需样品制备全反射光束穿透样品层的厚度与入射光波数,入射角,晶体折射率,样品折射率有关样品折射率越高，穿透深度越深，入射角越大，穿透深度越浅；光谱波数越高，穿透深度越浅；晶体折射率越大，穿透深度越浅有机物折射率一般小于1.5,所以测得的深度为1-2微米光声光谱附件样品装在充有某中气体的密闭样品池中，把光信号转变成声信号，用微麦克检测信号，通过样品室中的插口把信号送入计算机无损测定，以石墨纤维为背景适用于不透光，高度吸收，填充碳的固体样品利用步进扫描技术，可以测定不同深度样品的组分或浓度有梯度变化得样品，如多层高分子薄膜光谱要以光声光谱表示变温光谱件种类：可拆的加热池，有加热板，热电偶，温度控制器；液氮温度：-250；室温---400适用于液体，压片，糊状物，薄膜样品光谱与温度有关联机应用高效液相色谱（HPLC），超临界流体色谱（SFC），薄层色谱（TLC）都可与FT-IR联机应用。HPLC—FTIR；SFC—FTIR；TLC—FTIR红外光谱仪与色谱的联机操作是自动化的，是利用一个特殊接口---光管，将两台仪器连接起来差谱技术应用把测量的两种样品的谱图上的各个波长和光谱吸收比的数据经模数转换后，储存在机中，然后把二波用特定的比例（扣除因子）进行光谱吸收比相减，再经模数转换后，绘出差谱，可以不经分离直接鉴定出未知混合物的各组分，甚至是微量组分，吸收峰往往被主组分的红外吸收峰所掩盖，在一般谱图上很难看到在一定程度上解决了理化分离不能解决的问题，称为光谱分离技术样品震荡器样品和滚珠装在密闭的不锈钢罐中，前后振动；代替传统的玛瑙研钵研磨固体样品红外光谱的应用复杂样品的分析不仅是化工与石油领域的工作实际上对天然产物的分离纯化，对中药复方的研究，对复杂样品的分析与剖析需要分析人员具有有机分析和相关领域综合的知识和能力，传统的化学分与现代仪器分析技术在此领域共存各有其用，简单是优点。红外光谱法在生物化学，药物化学，食品化学和环境化学等传统领域的应用实例已不胜枚举，并正以原位，在线，实时检测等新形式出现在表面化学和催化化学领域。下面是一些应用例子。红外光谱鉴定钻石真伪气红连用法：鉴别高沸点UV固化涂料活性稀释剂中添加剂的应用原位红外光谱法研究高分子树脂的热稳定性漫反射红外光谱法在毒品检验中的应用傅立叶变换红外谱红外显镜在交通事故物证检验上的应用红外光谱鉴定钻石真伪因为钻石珍贵，所以历来有各种假冒钻石不断问世，并充于世界各国宝石市场。它们早期主要是称水钻的人造铅玻璃和天然的无色透明的中低档宝石和矿石，如无色的兰宝石，尖晶石，锆石，黄玉，水晶。闪锌矿，白钨矿…，后期主要是各种人工合成宝石和晶体，如除合成无色的兰宝石，尖晶石，水晶外还有天然不常见的或没有的金红石，钛酸锶，铌酸锂，称美国钻的钇铝榴石（YGA）与钇镓榴石（GGG）和称俄罗斯钻的立方氧化锆（CZ），以及最近二年又推出的最酷似钻石的莫桑石也称为合成碳硅石（SiC），它们都各自有酷似钻石般的光泽外观和具有接近钻石般的某些主要物理性质，（见表一所示），所以如有检测不慎，就容易误判。表1钻石与各种假冒钻石的主要物理性质比较分类名称硬度比重折射率色散热导仪检测钻石103.47-3.552.4170.044指示钻石最新假冒钻石碳硅石SIC9.53.222.65-2.690.104指示钻石常见人工合成钻石CZ立方氧化锆8.55.6-6.02.15-2..180.065指示非钻石YGA钇铝榴石8.04.751.8330.028GGG钇镓榴石6.57.052.0300.038水钻铅玻璃53.741.62-1.680.031不常见人工合成钻石金红石6.54.252.616-2.9030.330指示非钻石钛酸锶5-65.132.4090.200铌酸锂5.64.642.21-2.300.130天然与人工都有的假钻石无色透明兰宝石93.99-4.701.760-1.7680.018指示非钻石无色透明尖晶石7.5-83.58-3.611.7190.020水晶52.651.544-1.5530.013天然的假冒钻石锆石7-7.53.90-4.001.92-1.980.039指示非钻石黄玉83.561.619-1.6270.014闪锌矿3.5-44.08-4.102.370.156白钨矿55.1-6.11.92-1.9340.026检测钻石的各种方法的比较：根据钻石的物理化学性质，自古以来检测钻石的方法也在不断地改进提高，从早期的凭感觉判断，发展到后来中期用一些简单的工具检测，再到现在应用现代的科学仪器分析鉴定。大体可分三个阶段，现将这些方法列于表2比较如下：表二检测钻石的各种方法的比较阶段检测内容检测内容适用性判断正确性操作缺点早期感官判断观察法金刚光泽,火彩,全反射棱角锐利亲油脂适用不可靠简便凭经验,易误判凉却感（舌尖）凉感强适用不可靠简便凭经验,易误判中期简单工具检测比重法比重适用不能方便相近比重的物质不能判断硬度法;硬度不宜用能正确判断较方便容易损伤钻石折光仪法折光率适用不能不很方便对相近折光率的物质不能判断偏光镜法偏光性适用不能方便对相同偏光性的物质不能判断后期仪器分析鉴定宝石显微镜观察包体适用可能有误判有时不能判断较方便无包体的不能判断要有丰富的观包体的经验热导仪法热导适用有时会误判方便对SIC和拼合石不适用X射线法物相分析不太适用能正确判断不方便对样品会造成不同程度的损伤,严重可改变颜色红外光谱法物质的红外光谱适用能正确判断方便.快捷还无各种宝石的红外标准光谱图结论从以上的红外谱图可以到,所有的假冒钻石与钻石的红外光谱是完全不相同的,这是因为红外光谱是根据组成物质分子中各种键和基团的振动决定的,原先它们的分子结构不同,各种键和基团也不同,自然它们的红外光谱就不同,所以用红外光谱测试是完全能够正确快速无损伤地鉴别钻石与各种假冒钻石.由表2可以看出，虽然检测钻石的方法较多，但真正能鉴定钻石真假的不多，到目前为止，除了红外光谱外，其它方法均有不同程度的欠缺。现在市场上出现的SIC都是属六方晶系的，4H和6H型两种构成的a-SIC，所以在偏光镜下，它呈明显的几明几暗的非均质体性质，掌握这一特性加上热导仪就能将它和钻石区分，若以后合成出属立方晶系的3C型ß-SIC（已有，但还比较少），就无法用这类方法来鉴别它了。目前为止，已有人用红外光谱来研究充填钻，辐照钻，合成钻。可见红外光谱对钻石的分析研究及鉴定越来越深入，但它无法按国际的4C标准来评定钻石的等级好坏。目前为止，已有人用红外光谱来研究充填钻，辐照钻，合成钻。可见红外光谱对钻石的分析研究及鉴定越来越深入，但它无法按国际的标准来评定钻石的等级参考文献[1]方慧群，于俊生，史坚.仪器分析.北京:科学出版社,2002[2]洪少良.有机物的剖析技术基础.化学工业出版社[3]刘密新.仪器分析.清华大学[4],[5]有机结构波谱分析，李润卿，天津大学[6]1993年以来红外光谱法的新进展，王绪明，《国外分析仪器--技术与应用》1995，（1），1—13[7]FT-IR红外光谱应用与技术报告会2000论文集[8]周全德.红外光谱鉴定钻石真伪，周全德，《红外光谱应用与技术报告会》2000[9]杜灿屏，刘生，张恒.21ST有机化学发展战略.化学