如何用紅外光譜快速準(zhǔn)確測定液體折射率
液體折射率是重要的光學(xué)參數(shù),在物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域?qū)ζ溥M(jìn)行精確地測量有著十分重要的意義。對折射率測量方法的研究一直受到科學(xué)工作者的關(guān)注。目前,測量液體折射率的方法主要有幾何光學(xué)法和光學(xué)干涉法兩種。幾何光學(xué)法有掠入射法和全反射法,光學(xué)干涉法有牛頓環(huán)法、邁克爾遜干涉法等。幾何光學(xué)法主要用于學(xué)生實(shí)驗(yàn),其測量精度不高。光學(xué)干涉法的測量精度雖然比幾何光學(xué)法高,但是,其測量結(jié)果很容易受外界干擾,其測量的精度(準(zhǔn)確性)一定程度上要依靠光學(xué)平臺的穩(wěn)定性。
紅外光譜在檢測中具有快速、簡單、無損、環(huán)保等特點(diǎn),它不僅可以用來鑒定物質(zhì)成分,而且可以測量物質(zhì)的含量。紅外光譜在測定物質(zhì)含量時(shí),其峰位、峰面積、半高寬等會(huì)隨物質(zhì)含量的不同而改變,而對于液體,其折射率與濃度之間有線性關(guān)系,如果能找到紅外光譜與折射率之間的關(guān)系就可以用紅外的方法測量液體折射率。通過紅外光譜儀獲得所測液體的紅外光譜,然后分析光譜與液體折射率的定量關(guān)系,從而得到折射率的計(jì)算關(guān)系式。
實(shí)驗(yàn)過程
實(shí)驗(yàn)樣品為實(shí)驗(yàn)室配置的12份純蔗糖溶液,濃度從10%到65%,濃度間隔為5%。紅外光譜測量利用bruker的70v型紅外光譜儀。首先測量去離子水紅外光譜,保存所測數(shù)據(jù)作為背底;再用紅外光譜儀對不同濃度的蔗糖溶液進(jìn)行測量,在每次測量時(shí),儀器會(huì)自動(dòng)扣除水背底,獲得樣品的紅外光譜;接著重復(fù)以上步驟,得到所有樣品的紅外光譜,后用阿貝折射儀分別對不同濃度的蔗糖溶液進(jìn)行折射率測量,每個(gè)樣品重復(fù)測量三次,取平均值。
結(jié)果討論
蔗糖溶液紅外光譜與濃度的關(guān)系
對樣品進(jìn)行測量后,通過處理數(shù)據(jù)獲得不同濃度蔗糖溶液的紅外光譜圖。光譜中2941cm-1處吸收峰為蔗糖分子ch2不對稱伸縮振動(dòng)模式特征峰,1125cm-1～1037cm-1頻率范圍內(nèi)為蔗糖分子c-o伸縮振動(dòng)模式,908cm-1頻率處的吸收峰為糖類ⅰ型吸收帶,849cm-1頻率處為糖類ⅱ型吸收帶,732cm-1頻率附近為糖類ⅲ型吸收帶。從圖1可以看出,這些吸收峰隨濃度的增加,峰位向低波數(shù)移動(dòng)。這說明紅外光譜可以反映蔗糖濃度的變化。為了分析紅外光譜與濃度的關(guān)系,對峰位進(jìn)行擬合后選取蔗糖的1051cm-1特征峰為研究對象。
紅外光譜的強(qiáng)度、頻移、線寬、峰面積等與分子的振動(dòng)能態(tài)、轉(zhuǎn)動(dòng)能態(tài)等特性有密切的聯(lián)系。對樣品紅外光譜的1051cm-1特征峰進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合,得到吸收峰的峰值、半高寬和峰面積隨著樣品中蔗糖含量變化的數(shù)據(jù),具體擬合數(shù)據(jù)結(jié)果。
分別作出峰位、半高寬和峰面積隨濃度變化的散點(diǎn)圖,并進(jìn)行擬合。對比分析發(fā)現(xiàn),峰面積隨濃度變化的線性關(guān)系相對好,線性擬合獲得其線性相關(guān)系數(shù)為0.9919。
蔗糖溶液折射率與濃度的關(guān)系
用阿貝折射儀對不同濃度的蔗糖溶液的折射率進(jìn)行測量,每個(gè)樣品測量三次,取平均值。為了分析蔗糖溶液濃度與折射率的關(guān)系,做出折射率與蔗糖濃度變化的關(guān)系圖,并對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。由圖3可知,蔗糖溶液的折射率隨濃度線性變化。對蔗糖溶液折射率與蔗糖溶液濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合,得到其線性相關(guān)系數(shù)為0.9958。
蔗糖溶液折射率測量方法
蔗糖溶液折射率隨其濃度變化呈線性關(guān)系,蔗糖溶液紅外峰面積與其濃度也有很好的線性關(guān)系。為分析糖溶液折射率與其紅外光譜之間的關(guān)系,選取濃度為10%到55%的第十個(gè)蔗糖溶液樣品的紅外光譜峰面積和折射率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。分析圖4并對其進(jìn)行線性擬合,可得蔗糖溶液的折射率與其紅外光譜的峰面積具有線性關(guān)系,其線性相關(guān)系數(shù)為0.9958,建立數(shù)學(xué)方程y=0.0095x+1.3386,其中,y代表折射率,x代表峰面積。
由此,線性關(guān)系可以設(shè)計(jì)一個(gè)測量蔗糖溶液濃度的方法:通過紅外光譜儀測量未知溶液折射率的紅外光譜,在獲得其特征峰的峰面積數(shù)值后,就可以通過公式計(jì)算出該溶液的折射率。為驗(yàn)證該線性方程的準(zhǔn)確性及該方法的可行性,將剩余濃度為60%和65%的兩個(gè)蔗糖溶液樣品的紅外特征峰峰面積值代入方程中,求得樣品的折射率,對計(jì)算值和測量值進(jìn)行誤差分析。通過分析可知,兩個(gè)濃度的樣品通過該模型方法的計(jì)算值和阿貝折射儀測量值百分偏差均為0.4%。
結(jié)論
利用紅外光譜儀對樣品進(jìn)行測量,獲得12種不同濃度的蔗糖溶液的紅外光譜數(shù)據(jù),然后用阿貝折射儀對該12種溶液的折射率進(jìn)行測量,通過數(shù)據(jù)處理發(fā)現(xiàn),溶液折射率與紅外光譜特征峰峰面積具有線性關(guān)系,其相關(guān)系數(shù)為0.9958。對蔗糖濃度為10%到55%的第十組數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到溶液折射率與特征峰峰面積的線性方程,最后用剩余的兩組數(shù)據(jù)對線性方程進(jìn)行驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)兩種濃度溶液的折射率計(jì)算值和測量值百分偏差為0。4%,這說明該線性方程可以用作測量折射率的理論依據(jù)。
初次使用龍門式金屬帶鋸床需知
金相顯微鏡的透鏡起霧開膠的原因和解決方法
寶瑪開展安全生產(chǎn)事故應(yīng)急預(yù)案救援演練
“NUOJI”制冷問題大搜集
微波生產(chǎn)優(yōu)勢明顯 食品工業(yè)內(nèi)應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)擴(kuò)展
如何用紅外光譜快速準(zhǔn)確測定液體折射率
氣彈簧標(biāo)注含義和其支撐桿可用材質(zhì)
祝賀冠宇儀器“熒光免疫層定量分析儀”榮獲軟件著作權(quán)證書
上海激光刻字的一些常見問題處理
磁力泵安裝及注意事項(xiàng)
深圳東日瀛能：制藥與化工等行業(yè)離心機(jī)氧含量在線監(jiān)測方案
ZC7122型交、直流耐壓絕緣測試儀技術(shù)參數(shù)
使用FY-5L玻璃分液器時(shí)需要注意哪幾點(diǎn)
品牌光柵尺，中國傲立12年，大型企業(yè)承包安裝數(shù)顯不斷
上海祁立：攪拌器的密封方法
肉中組胺檢測儀重要嗎
如何延長力士樂濾芯R928005837的使用壽命
唐納森錐形除塵濾筒，除塵燃汽輪機(jī)組濾筒
實(shí)驗(yàn)室氮吹儀的工作原理及分類特點(diǎn)
細(xì)胞培養(yǎng)中，需要警惕的關(guān)鍵點(diǎn)
紅外光譜在檢測中具有快速、簡單、無損、環(huán)保等特點(diǎn),它不僅可以用來鑒定物質(zhì)成分,而且可以測量物質(zhì)的含量。紅外光譜在測定物質(zhì)含量時(shí),其峰位、峰面積、半高寬等會(huì)隨物質(zhì)含量的不同而改變,而對于液體,其折射率與濃度之間有線性關(guān)系,如果能找到紅外光譜與折射率之間的關(guān)系就可以用紅外的方法測量液體折射率。通過紅外光譜儀獲得所測液體的紅外光譜,然后分析光譜與液體折射率的定量關(guān)系,從而得到折射率的計(jì)算關(guān)系式。
實(shí)驗(yàn)過程
實(shí)驗(yàn)樣品為實(shí)驗(yàn)室配置的12份純蔗糖溶液,濃度從10%到65%,濃度間隔為5%。紅外光譜測量利用bruker的70v型紅外光譜儀。首先測量去離子水紅外光譜,保存所測數(shù)據(jù)作為背底;再用紅外光譜儀對不同濃度的蔗糖溶液進(jìn)行測量,在每次測量時(shí),儀器會(huì)自動(dòng)扣除水背底,獲得樣品的紅外光譜;接著重復(fù)以上步驟,得到所有樣品的紅外光譜,后用阿貝折射儀分別對不同濃度的蔗糖溶液進(jìn)行折射率測量,每個(gè)樣品重復(fù)測量三次,取平均值。
結(jié)果討論
蔗糖溶液紅外光譜與濃度的關(guān)系
對樣品進(jìn)行測量后,通過處理數(shù)據(jù)獲得不同濃度蔗糖溶液的紅外光譜圖。光譜中2941cm-1處吸收峰為蔗糖分子ch2不對稱伸縮振動(dòng)模式特征峰,1125cm-1～1037cm-1頻率范圍內(nèi)為蔗糖分子c-o伸縮振動(dòng)模式,908cm-1頻率處的吸收峰為糖類ⅰ型吸收帶,849cm-1頻率處為糖類ⅱ型吸收帶,732cm-1頻率附近為糖類ⅲ型吸收帶。從圖1可以看出,這些吸收峰隨濃度的增加,峰位向低波數(shù)移動(dòng)。這說明紅外光譜可以反映蔗糖濃度的變化。為了分析紅外光譜與濃度的關(guān)系,對峰位進(jìn)行擬合后選取蔗糖的1051cm-1特征峰為研究對象。
紅外光譜的強(qiáng)度、頻移、線寬、峰面積等與分子的振動(dòng)能態(tài)、轉(zhuǎn)動(dòng)能態(tài)等特性有密切的聯(lián)系。對樣品紅外光譜的1051cm-1特征峰進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合,得到吸收峰的峰值、半高寬和峰面積隨著樣品中蔗糖含量變化的數(shù)據(jù),具體擬合數(shù)據(jù)結(jié)果。
分別作出峰位、半高寬和峰面積隨濃度變化的散點(diǎn)圖,并進(jìn)行擬合。對比分析發(fā)現(xiàn),峰面積隨濃度變化的線性關(guān)系相對好,線性擬合獲得其線性相關(guān)系數(shù)為0.9919。
蔗糖溶液折射率與濃度的關(guān)系
用阿貝折射儀對不同濃度的蔗糖溶液的折射率進(jìn)行測量,每個(gè)樣品測量三次,取平均值。為了分析蔗糖溶液濃度與折射率的關(guān)系,做出折射率與蔗糖濃度變化的關(guān)系圖,并對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。由圖3可知,蔗糖溶液的折射率隨濃度線性變化。對蔗糖溶液折射率與蔗糖溶液濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合,得到其線性相關(guān)系數(shù)為0.9958。
蔗糖溶液折射率測量方法
蔗糖溶液折射率隨其濃度變化呈線性關(guān)系,蔗糖溶液紅外峰面積與其濃度也有很好的線性關(guān)系。為分析糖溶液折射率與其紅外光譜之間的關(guān)系,選取濃度為10%到55%的第十個(gè)蔗糖溶液樣品的紅外光譜峰面積和折射率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。分析圖4并對其進(jìn)行線性擬合,可得蔗糖溶液的折射率與其紅外光譜的峰面積具有線性關(guān)系,其線性相關(guān)系數(shù)為0.9958,建立數(shù)學(xué)方程y=0.0095x+1.3386,其中,y代表折射率,x代表峰面積。
由此,線性關(guān)系可以設(shè)計(jì)一個(gè)測量蔗糖溶液濃度的方法:通過紅外光譜儀測量未知溶液折射率的紅外光譜,在獲得其特征峰的峰面積數(shù)值后,就可以通過公式計(jì)算出該溶液的折射率。為驗(yàn)證該線性方程的準(zhǔn)確性及該方法的可行性,將剩余濃度為60%和65%的兩個(gè)蔗糖溶液樣品的紅外特征峰峰面積值代入方程中,求得樣品的折射率,對計(jì)算值和測量值進(jìn)行誤差分析。通過分析可知,兩個(gè)濃度的樣品通過該模型方法的計(jì)算值和阿貝折射儀測量值百分偏差均為0.4%。
結(jié)論
利用紅外光譜儀對樣品進(jìn)行測量,獲得12種不同濃度的蔗糖溶液的紅外光譜數(shù)據(jù),然后用阿貝折射儀對該12種溶液的折射率進(jìn)行測量,通過數(shù)據(jù)處理發(fā)現(xiàn),溶液折射率與紅外光譜特征峰峰面積具有線性關(guān)系,其相關(guān)系數(shù)為0.9958。對蔗糖濃度為10%到55%的第十組數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到溶液折射率與特征峰峰面積的線性方程,最后用剩余的兩組數(shù)據(jù)對線性方程進(jìn)行驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)兩種濃度溶液的折射率計(jì)算值和測量值百分偏差為0。4%,這說明該線性方程可以用作測量折射率的理論依據(jù)。
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