液膜法红外光谱测定液体污染物

一、实验目的

掌握红外光谱分析法的基本原理；熟悉傅里叶变换红外光谱仪的基本结构；掌握用液膜法制备液体样品进行红外光谱测定的技术和方法；了解不同性质液体样品的制样技术及其在红外光谱测定中的应用；通过谱图解析或标准谱图检索，了解用红外光谱图鉴定未知物质的一般过程。

二、实验原理与仪器结构

1.实验原理

当红外辐射作用于液体物质分子时，如果分子中某个基团的振动频率和红外辐射频率一致，则二者就会产生共振，此时，光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子，这个基团就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁，从而产生红外吸收光谱。如果红外光的辐射频率和分子中各基团的振动频率不一致，则红外光与基团不会产生共振，该部分红外光就不会被吸收。因此，用频率连续改变的红外光照射待测试样，并用仪器记录样品分子吸收红外光的情况，就得到试样的红外吸收光谱图。通常，分子发生振动能级的跃迁时总是伴随有转动能级的跃迁，因此所得的红外光谱不是简单的吸收线，而是一个个吸收带。利用液体物质选择性吸收红外辐射后能产生特征的红外光谱这一特性可以对液体物质进行结构鉴定和组分的定性和定量。

对于液体样品，完成红外光谱测试有三种方法：

（1）液体池法：沸点较低，挥发性较大的试样，可注入封闭液体池中，液层厚度一般为0.01～1mm。液体池有固定厚度液体池和可拆卸液体池两种。

（2）液膜法：沸点较高的试样，直接滴在两片盐片之间，形成液膜，然后放入仪器光路中进行检测。

（3）溶液法：对于一些吸收很强的液体，当用调整液膜厚度的方法仍然得不到满意的谱图时，可用适当的溶剂配成稀溶液后按液体池法或液膜法进行测定。常用的红外光谱溶剂应在所测光谱区内自身没有强烈的吸收，不侵蚀盐窗，对试样没有强烈的溶剂化效应等。CCl4和CS2是基本能满足要求的常用红外光谱溶剂。一些固体也可以通过溶解成为溶液进行测定。

本实验采用液膜法完成液体样品的测试。常见的红外窗片（盐片）性能见表6-2，测试时可根据样品的性质进行选择。

表6-2　红外窗片及其性能

2.仪器结构

实现液体样品红外光谱测定的仪器是傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），主要由红外光源，迈克尔逊（Michelson）干涉仪，检测器，计算机及红外软件等系统组成（见实验6.1）。工作原理：光源发出的红外辐射，经干涉仪转变成干涉图，通过试样后得到含试样信息的干涉图，由检测器和电子计算机采集，并经过快速傅里叶变换，得到吸收强度或透光度随频率或波数变化的红外光谱图。

用于样品测试的液体池结构如图6-7所示。液体池是由后框架，垫片，后窗片，间隔片，前窗片和前框架7个部分组成。后框架和前框架由金属材料制成；前窗片和后窗片为溴化钾晶体薄片；间隔片由聚四氟乙烯材料制成，起着固定液体样品的用途，厚度为0.025 mm，0.05mm，0.1mm，0.5mm，1.0mm 5种，可依据样品性质进行选择，吸收强的样品选择厚度小的间隔片。

图6-7　HF-8可拆液体池及其结构

三、仪器与试剂

1.仪器设备

Nicolet5700智能傅里叶红外光谱仪（Thermo Fisher Scientific，美国热电公司），25mm锁式液体样品架，KBr盐片，KRS-5盐片（有毒，需要佩戴手套），ZnSe盐片，封闭液体池。

2.试剂和样品

无水丙酮，二氯甲烷，无水乙醇，四氯化碳，苯或甲苯（AR），水，丙三醇、乙酸等，它们既是试剂也可作为待测样品；其他高沸点待测液体样品。

3.测试参数

设定测量波数400～4 000cm-1，DTGS检测器，分辨率为4cm-1，扫描次数32次，实时背景校正模式进行测定。(www.xing528.com)

四、实验步骤

1.液体样品的制备和测定

取一对KBr或KRS-5窗片，放入锁式液体样品架上固定，在选定的程序下测定空白窗片的红外光谱图，得到背景谱图。取出窗片，用滴管取少量待测液体样品滴在一块窗片上，将另一块窗片覆盖在上面，轻轻转动以赶走气泡，使样品在两盐窗间形成一层没有气泡的透明液膜，放入锁式液体样品架中固定，并置于红外光谱仪的样品室中，在选定的程序下测定样品红外光谱图。通常，FTIR 会在测试过程中自动扣除空白吸收，得到样品的谱图。

2.仪器测试程序

进入测试对话框→设置仪器参数→背景测试→样品测试→谱图处理→保存并打印谱图→取出样品室中样品。

3.关机和清洗

测试完成后退出软件，关闭仪器和电脑。用蘸有乙醇或丙酮的脱脂棉轻轻擦洗窗片，不易擦洗干净的窗片可再用正己烷或乙酸乙酯等溶剂擦洗，擦洗时要佩戴手套和口罩，必要时需用滑石粉抛光处理，使窗片表面干净平滑，低温红外灯下干燥，置于干燥器内保存。对窗片有污染，不易用常见溶剂擦洗干净的液体样品不能用液膜法进行测定。

五、数据处理与谱图解析

判断谱图质量，必要时可以重新测定。用软件对所测谱图进行平滑和基线校正，扣除CO2干扰峰，复杂样品还可以根据需要进行求导处理，以增加谱图分辨率，标注主要吸收峰，储存数据，打印谱图。

利用已掌握的红外光谱分析基本知识解析谱图，其中特征吸收峰的位置、形状和强弱是判断官能团并确定物质结构的主要依据。判别出各主要吸收峰的归属后，即可推断出待测污染物可能的结构式及其种类。对于纯净单一组分的污染物，可用仪器自带的谱库如萨特勒标准谱图库（Sadtler）进行检索，直至查到与所测样品红外光谱图完全一致的谱图才能确定化合物结构，必要时再用标准品进行对比。用分子式索引查阅萨特勒标准谱图集的方法：化合物分子式→化合物英文名称→谱图号→谱图。

六、问题与讨论

1.简述液膜法制样方法的适用范围和操作要点。

2.下面3句话包含哪些基本知识？

（1）可拆式液体池的盐片应保持干燥透明，切不可用手触摸盐片表面。

（2）每次测定前后均应在红外灯下反复用无水乙醇及滑石粉抛光，用镜头纸擦拭干净，在红外灯下烘干后置于干燥器中备用。

（3）溴化钾盐片不能用水冲洗。

3.挥发性大的液体样品如何实现红外光谱测定？简述其测定过程。

七、注意事项

1.用液膜法进行易挥发液体样品测试时，动作要快，否则样品迅速挥发，得不到理想的谱图。

2.对于不易用溶剂清洗的液体样品，可以不用商品盐片，用压片机压制一个空白KBr盐片，将样品均匀地涂抹在其上进行测试。

3.含水的液体样品要选择耐水的盐片，如CaF2、BaF2、ZnSe等，并注意H2O 峰的干扰。

4.KRS-5盐片很贵，使用时要小心。铊盐对人体有害，使用时需佩戴手套和口罩。