红外光谱法测定苯甲酸的结构

红外光谱法测定苯甲酸的结构

一、目的

1．掌握红外光谱分析固体样品的制备技术。

2．了解如何根据红外光谱识别官能团，了解苯甲酸的红外光谱图。

3．掌握红外光谱定性分析法的基本原理。

二、原理

利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸收的特性来进行结构分析、定性和定量的分析方法，又称红外吸收光谱法。红外光谱具有鲜明的特征性，其谱带的数目、位置、形状和强度都随化合物不同而各不相同。红外光谱可以研究气体、液体及固体样品。对于气体和液体样品，均将样品注入各种规格的气体或液体池（槽），然后测谱。因此，红外光谱法是定性鉴定和结构分析的有力工具。对样品的要求：①试样纯度应大于98％，或者符合商业规格；②试样不应含水（结晶水或游离水），水有红外吸收，与羟基峰干扰，而且会侵蚀吸收池的盐窗，所用试样应当经过干燥处理；③试样浓度和厚度要适当，使最强吸收透光度在5～20%之间。

对于固体样品，常用的制样方法有：压片法、糊状法、薄膜法和切片法等。 将固体样品与卤化碱（通常是KBr）混合研细，并压成透明片状，然后放到红外光谱仪上进行分析，这种方法就是压片法。压片法所用的碱金属的卤化物应尽可能的纯净和干燥，试剂纯度一般应达到分析纯，可以用的卤化物有NaCl、KCl、KBr、KI等。由于NaCl的晶格能较大，不易压成透明薄片，而KI又不易精制，因此大多采用KBr或者KCl做样品载体。实验室中常采用，由于KBr背景吸收很小，且无选择性；样片可以方便地保存，可用于重复研究；很容易将此技术用于微量研究而不过分增加样品处理的难度，价格便宜，因此，一般均采用KBr；但KBr易吸潮，很难消除吸附水（H2O）的影响；300cm-1以后产生强烈的吸收。当测试远红外时，一般选择CsI等其它盐。

由于氢键的作用，苯甲酸通常以二分子缔合体的形式存在。只有在测定气态样品或非极性溶剂的稀溶液时，才能看到游离态苯甲酸的特征吸收。用固体压片法得到的红外光谱中显示的是苯甲酸二分子缔合体的特征，在2400~ 3000cm－1处是O-H伸展振动峰，峰宽且散，由于受氢键和芳环共轭两方面的影响，苯甲酸缔合体的C=O伸缩振动吸收位移到1700~1800cm－1区（而游离C=O伸展振动

－吸收是在1710~1730cm1区，苯环上的C=C仲展振动吸收出现在1480~1500 cm

－1 和1590~1610 cm－1），这两个峰是鉴别有无芳环存在的标志之一，一般后者峰较弱，前者峰较强。

FT-IR主要由两大部分组成：光学检测系统和计算机系统。光学检测主要元件是Michelson干涉仪，主要包括红外光源、光阑、干涉仪、激光器、检测器和几个红外反射镜。工作原理如下：

红外光源的辐射光经M1反射为平行光束，投射到45º放置的分束器P（KBr）上，分束器将光等分为两部分：一部分反射到固定镜再反射回来，复透过P，经M3聚焦射向样品池和检测器（DTGS- KBr）；另一部分透过P，经动镜反射也射

向样品池和检测器。动镜以速度v作均匀往复移动，经M4和M3的两光束有可变的光程差，当光程差等于入射半波长的整数倍时，两束光相互干涉而增强，检测器输出的信号增大；光程差等于入射半波长的奇数倍时，两束光因干涉相抵消，输出的信号减小，这样由干涉仪输出的为干涉图。当将有红外吸收的样品放在干涉的光路中，由于样品吸收掉某些频率范围的能量，所得干涉图的强度曲线即表现相应的变化，这种变化了的干涉图包含了整个波长范围内样品吸收的全部信息。计算机的作用是将接受由Michelson干涉仪输出的经过红外吸收的干涉图，进行FT数学处理，将干涉图还原为我们熟悉的光谱图。

阑

三、主要仪器及试剂

1．仪器

Nicolet傅里叶变换红外光谱仪、KBr压片模具、玛瑙研钵、烘箱、压片机

2．试剂

苯甲酸（分析纯）、KBr（分析纯）、无水乙醇等。

四、实验步骤

1．取1~2 mg的干燥苯甲酸和100~200mg的干燥KBr，一并倒入玛瑙研钵中混合均匀并进行研磨直至2μ细粉。

2．取少许上述混合物粉末倒入压片模中压制成透明薄片，然后放到红外光谱仪上进行测试。

五、实验结果处理

解析苯甲酸红外谱图中的各官能团的特征吸收峰，并作出标记。

六、思考题

1．测定苯甲酸的红外光谱，还可以用哪些制样方法？

2．影响样品红外光谱图质量的因素是什么？

附

一、KBr压片法的操作步骤

1.将样品粉末（约1mg）在玛瑙研钵中磨细，直到无颗粒感为止。

2.取200mg左右的KBr，放入研钵中与样品一起混合研磨，至无颗粒感为止。

3.将磨好的样品装入压模中。

4.将装好样品的压模置于压片机上，加8T左右的压力，保持30s左右，减压，取出压模。

5.将压好的KBr样片放入样品支架里备用。

二、未知物的鉴定步骤

未知物如果不是新化合物，标准光谱己有收载的，可有两种方法来查对标准光谱：

A.利用标准光谱的谱带索引，寻找标准光谱中与试样光谱吸收带相同的谱图

B.进行光谱解析，判断试样可能的结构。然后由化学分类索引查找标准光谱对照核实 解析光谱之前的准备：

1.了解试样的来源以估计其可能的范围

2.测定试样的物理常数如熔沸点、溶解度、折光率、旋光率等作为定性的旁证

3.根据元素分析及分子量的测定，求出分子式

4.计算化合物的不饱和度Ω，用以估计结构并验证光谱解析结果的合理性解析光谱的程序一般为：

A.从特征区的最强谱带入手，推测未知物可能含有的基团，判断不可能含有的基团

B.用指纹区的谱带验证，找出可能含有基团的相关峰，用一组相关峰来确认一个基团的存在

C.对于简单化合物，确认几个基团之后，便可初步确定分子结构

D.查对标准光谱核实

（蒋琪英）