激光光譜儀是利用物質(zhì)對(duì)不同波長的紅外輻射的吸收特性,進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成分析的儀器。紅外光譜儀通常由光源,單色器,探測器和計(jì)算機(jī)處理信息系統(tǒng)組成。根據(jù)分光裝置的不同,分為色散型和干涉型。由于色散型很少使用,目前廣泛使用的是干涉型的傅里葉變換紅外光譜儀,本文以干涉型的介紹為主。
激光光譜儀原理及特點(diǎn)
激光光譜儀被稱為第三代紅外光譜儀,利用麥克爾遜干涉儀將兩束光程差按一定速度變化的復(fù)色紅外光相互干涉,形成干涉光,再與樣品作用。探測器將得到的干涉信號(hào)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行傅立葉變換的數(shù)學(xué)處理,把干涉圖還原成光譜圖。
激光光譜儀的優(yōu)勢:
1、多通道測量,使信噪比提高。
2、光通量高,提高了儀器的靈敏度。
3、波數(shù)值度可達(dá)0.01cm-1。
4、增加動(dòng)鏡的移動(dòng)距離,可使分辨本領(lǐng)提高。
5、工作波段可從可見光區(qū)延伸到毫米區(qū),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)紅外光譜的測定。
6、掃描速率快,分辨率高,穩(wěn)定的可重復(fù)性。
材料分析表征中的應(yīng)用
激光光譜儀可用于研究分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵,也可以作為表征和鑒別化學(xué)物種的方法。紅外光譜具有高度特征性,可以采用與標(biāo)準(zhǔn)化合物的紅外光譜對(duì)比的方法來做分析鑒定。[ZC4] 之所以能測試樣品的這些性能,是因?yàn)榧t外光譜分析法是根據(jù)不同物質(zhì)會(huì)選擇性吸收紅外光區(qū)的電磁輻射來進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、對(duì)各種吸收紅外光的化合物進(jìn)行定量和定性分析的一種方法。
激光光譜儀測試原理的相關(guān)公式如下:
1、滿足紅外吸收的能量關(guān)系
λ:紅外光波長
h:普朗克常數(shù)
c:光速
?E:分子的振動(dòng)能級(jí)差
2、振動(dòng)頻率與質(zhì)量和鍵能的關(guān)系
以雙原子分子作簡諧振動(dòng)為假設(shè)模型,得到
ν:波數(shù)
c:光速
k:鍵的力常數(shù)
μ:折合質(zhì)量(或叫約化質(zhì)量)
應(yīng)用舉例:
1、分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵,如力常數(shù)(可推知化學(xué)鍵的強(qiáng)弱)的測定和分子對(duì)稱性等,利用紅外光譜方法可測定分子的鍵長和鍵角,并由此推測分子的立體構(gòu)型。
2、許多有機(jī)官能團(tuán)例如甲基、亞甲基、羰基,氰基,羥基,胺基等等在紅外光譜中都有特征吸收,通過紅外光譜測定,人們就可以判定未知樣品中存在哪些有機(jī)官能團(tuán),這為終確定未知物的化學(xué)結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。
3、分子在低波數(shù)區(qū)的許多簡正振動(dòng)往往涉及分子中全部原子,不同的分子的振動(dòng)方式彼此不同,這使得紅外光譜具有像指紋一樣高度的特征性,稱為指紋區(qū)。利用這一特點(diǎn),人們采集了成千上萬種已知化合物的紅外光譜,并把它們存入計(jì)算機(jī)中,編成紅外光譜標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫。人們只需把測得未知物的紅外光譜與標(biāo)準(zhǔn)庫中的光譜進(jìn)行比對(duì),就可以迅速判定未知化合物的成份。
激光光譜儀樣品要求
激光光譜儀測試可以采用氣體、液體或固體樣品。如果樣品的紅外活性鍵少、純度高,得到的光譜會(huì)相當(dāng)清晰,效果好。而更加復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)或外部環(huán)境的影響會(huì)導(dǎo)致更多的鍵吸收和譜帶的位移,影響圖譜的質(zhì)量。
所以為了得到清晰、質(zhì)量高的圖譜,同時(shí)也為了便于分析,對(duì)于測試樣品有以下幾點(diǎn)基本要求。
1、樣品必須預(yù)先純化,以保證有足夠的純度;
2、樣品須預(yù)先除水干燥,避免損壞儀器,同時(shí)避免水峰對(duì)樣品譜圖的干擾;
3、易潮解的樣品,應(yīng)放置在干燥器內(nèi);
4、對(duì)易揮發(fā)、升華、對(duì)熱不穩(wěn)定的樣品,請(qǐng)用帶密封蓋或塞子的容器盛裝并蓋緊,同時(shí)必須注明;
5、對(duì)于有毒性和腐蝕性的樣品,用戶必須用密封容器裝好。送樣時(shí)必須分別在樣品瓶標(biāo)簽的明顯位置上注明。