紅外光譜分析技術(shù)

關(guān)于紅外光譜分析技術(shù)基本概要色散型紅外光譜儀傅里葉變換紅外光譜儀紅外光譜儀的發(fā)展相對(duì)前者具有較高的分辨率，波數(shù)精度，高靈敏度，寬的光譜范圍和較快的掃描速度第2頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天傅里葉變換紅外光譜儀結(jié)構(gòu)與工作原理圖光源干涉儀樣品室檢測(cè)器計(jì)算機(jī)顯示器繪圖儀光譜圖干涉圖第3頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天紅外光譜測(cè)試和制樣技術(shù)透射技術(shù)反射技術(shù)溴化鉀壓片法薄膜法溶液鑄膜熔融鑄膜鏡面反射法衰減反射法（ATR）漫反射法（DF）顯微紅外光譜法光聲光譜法（PAS）紅外光譜測(cè)試和制樣技術(shù)的發(fā)展【1】第4頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天衰減全反射紅外附件（ATR）測(cè)試方法比較透射法（樣品固體（粉末）液體和氣體）：KBr壓片法糊狀法，薄膜法，涂片法，液膜法，溶液法

ATR測(cè)樣與常規(guī)的透射不一樣，它主要是對(duì)樣品表面的分析。相比之下無(wú)需制樣，無(wú)需破壞樣品，直接對(duì)單絲、布料、成衣進(jìn)行鑒定，以往需花幾十分鐘的檢驗(yàn)，可在幾秒鐘內(nèi)完成，大大提高了檢驗(yàn)速度，操作方便。

第5頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天衰減全反射（ATR）工作原理光折射原理Sinθi/sinθt=n2/n1

折射定律：sinα

/sinγ

=n2/n1

，其中為α入射角，γ為折射角，n1，n2分別為入射介質(zhì)與折射介質(zhì)的折射率第6頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天入射光線與折射光線，反射光線的關(guān)系注：反射率=Ir／I0發(fā)生全反射現(xiàn)象須具備下述兩條件：①介質(zhì)l折射率要大于介質(zhì)2的折射率，即只有光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)才可能產(chǎn)生全反射。右圖中B線情形不滿足該條件故不能產(chǎn)生全反射。②入射角大于臨界角。第7頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天衰減全反射緣由在ATR測(cè)量技術(shù)中，介質(zhì)2一般為有機(jī)化合物．對(duì)紅外線不是完全透明的而是有一定的吸收，使透入樣品的光束在發(fā)生吸收的波長(zhǎng)處減弱，這也就是稱為衰減全反射的原因。

紅外光在晶體內(nèi)表面發(fā)生全反射時(shí)，一方面反射光強(qiáng)等于入射光強(qiáng)，另一方面在晶體外表面附近產(chǎn)生駐波，稱為隱失波（evanescentwave）第8頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天晶體材料選擇ATR技術(shù)主要研究有機(jī)物的紅外光譜．因絕大多數(shù)有機(jī)物的折射率在1.5以下，因此根據(jù)發(fā)生全反射條件（n1>n2)要求，要獲得衰減全反射譜需要使用折射率大于1.5的紅外透過(guò)晶體。表4-1給出常用ATR晶體材料的折射率。第9頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天透射深度透射深度的深淺會(huì)影響紅外譜圖的質(zhì)量，因此必須盡可能提高穿透深度。光線透射到樣品內(nèi)的深度可用透射深度d來(lái)表示，式中,i是光線的入射角，

是光在內(nèi)反射晶體內(nèi)的波長(zhǎng)，n1和n2分別是內(nèi)反射晶體和樣品的折射率，根據(jù)選用內(nèi)反射晶體的材料和不同的入射角，透射深度可在幾百納米到幾微米之間變化。由上可知：（1）樣品折射率越高，穿透深度越深（2）入射角θ越大，穿透深度越淺（3）光譜波數(shù)越高，穿透深度越淺（4）晶體折射率越大，穿透深度越淺此外，另一與穿透深度有關(guān)的因素是ATR晶體反射面與樣品的接觸效率。盡可能使樣品與ATR板的反射面嚴(yán)密接觸，提高接觸效率，是獲得高質(zhì)量ATR譜的重要條件

第10頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天衰減全反射（ATR）附件種類(lèi)單次反射ATR圓形池ATR可變角ATR水平ATR光通量很高，其只能用于測(cè)試液體樣品，適合液體流動(dòng)體系的研究。連續(xù)與固定可變角兩種，，改變不同角可獲得不同層面的樣品信息平板型與凹槽型，反射次數(shù)不少于10次由此根據(jù)不同樣品測(cè)試的需要以及光譜質(zhì)量的效果，ATR有以下幾種：其因可以與樣品”點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”緊密接觸，因此測(cè)試樣品廣泛，光譜質(zhì)量高。第11頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天FTIR-ATR在紡織與印染中的應(yīng)用FTIR-ATR應(yīng)用紡織纖維材料上的應(yīng)用紡織化學(xué)品上的應(yīng)用混紡纖維組分檢測(cè)纖維結(jié)晶度，取向度的測(cè)定纖維的鑒定纖維材料結(jié)構(gòu)的測(cè)定纖維材料改性表面檢測(cè)織物表面涂層分析染料性能檢測(cè)織物上助劑鑒定定量定性半定量第12頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天紡織纖維快速鑒定【2】酯-C=O

吸收峰酰C=O吸收天然纖維快速鑒定舉例第13頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天化學(xué)纖維快速鑒定舉例第14頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天12種纖維的主要吸收譜帶第15頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天棉織物HCl汽蒸雜質(zhì)去除【3-4】（半定量測(cè)定）主要的C-H伸縮振動(dòng)峰出現(xiàn)2800到3000cm-1區(qū)域內(nèi)。由于分子中組成長(zhǎng)鏈烷烴的亞甲基(-CH2-)基團(tuán)的對(duì)稱和不對(duì)稱伸縮振動(dòng),原棉織物譜圖(a)多2918和2849cm-1兩個(gè)峰,這兩個(gè)峰說(shuō)明了原棉表面蠟質(zhì)的存在。因此,峰值為2918和2849cm-1的亞甲基峰,其強(qiáng)度大小可反應(yīng)棉纖維表面蠟質(zhì)的含量。第16頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天ATR測(cè)試分析滌綸老化【5】（纖維表面(1μm)厚的老化情況）從圖譜中我們可以認(rèn)為,在氣候老化初期主要為表面酯鍵的斷裂,表面非晶區(qū)慢慢處于膨松的變化。由于酯鍵斷裂,使最小承載面積減小,會(huì)使斷裂強(qiáng)度下降。伯，仲醇C-O特征吸收峰CH2面外搖擺1370cm-1非晶區(qū)旁式構(gòu)象峰大量增長(zhǎng)第17頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天混紡纖維含量比測(cè)定【6】（例：毛滌織物的混紡比）對(duì)羊毛和滌綸織物的ATR光譜，我們選擇吸收峰強(qiáng)、明顯的聚酯羰基伸縮振動(dòng)1710cm-1和羊毛NH變形振動(dòng)1520cm-1為特征吸收譜帶。這種測(cè)試是針對(duì)在紅外區(qū)具有特征吸收峰的混紡織物定量測(cè)定注：第18頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天不同面積比的毛滌織物在ATR晶體上測(cè)試的譜圖第19頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天利用最小二乘法繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖2040608010000.60.40.20.81.0羊毛（%）的面積A1520

／(A1520+A1710以基線法(見(jiàn)圖3)求得純羊毛、純滌綸及二者間不同面積比的吸收值A(chǔ)1710，A1520制得了以羊毛面積百分含量為橫坐標(biāo)，A1520

／(A1520

+A1710)為縱坐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線，見(jiàn)上圖。注：吸收比值與羊毛（%）面積的關(guān)系第20頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天由上圖可知，A1520／(A1520+A1710)對(duì)羊毛（%）的面積是一條直線。利用最小二乘法，在計(jì)算機(jī)上計(jì)算得直線方程：Y=k·X+b，式中k，b為已知常數(shù)，Y為A1520／(A1520+A1710)值，X為羊毛百分含量（面積）。未知樣品的測(cè)定，測(cè)得未知毛滌混紡織物的ATR光譜圖，求其A1520／(A1520+A1710)值，然后與標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行對(duì)照，推算混紡比。準(zhǔn)確度：ATR法與化學(xué)法的結(jié)果比較接近，精確度可達(dá)到3%~5%第21頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天紡織化學(xué)品定性（半定量）分析Adsorptionmechanismofsyntheticreactivedyewastewaterbychitosan

【7】注：Chitosan（甲殼素）分子結(jié)構(gòu)氨基質(zhì)子化紅移1210，1459cm-1出現(xiàn)，染料的吸附1033，1142cm-1峰消失，C-N鍵削弱第22頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天TheATR-FTIRspectraconfirmedthattheaminesonchitosanpolymertendtobeeffectivefunctionalgroupsfordyeadsorptionunderacidicconditions,whilethehydroxylgrouptendedtobetheeffectivefunctionalgroupfordyeadsorptionundercausticconditions.1210，1459cm-1出現(xiàn)，染料的吸附1073cm-1強(qiáng)度下降，伯，仲醇C-O鍵減少第23頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天丙三醇的含量測(cè)定【8】丙三醇（CH2OHCHOHCH2OH）在1115.9-994cm-1處有C-O伸縮振動(dòng)的紅外特征吸收峰,而水在此無(wú)吸收峰,采用衰減全反射紅外光譜法,并用OPUS軟件進(jìn)行ATR較正來(lái)測(cè)定水溶液中丙三醇的含量測(cè)定其吸收光譜1046．7cm-1處吸收峰的高度h，以及吸收光譜在1170~955．7cm-1處的多峰面積，繪制校準(zhǔn)曲線。然后對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，分別以峰高和多峰面積進(jìn)行定量分析。第24頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天校正曲線實(shí)驗(yàn)選擇在1046cm-1處的峰高和1170.2~955.7cm-1之間的多峰面積進(jìn)行定量分析,研究吸收峰高、吸收峰面積與丙三醇質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之間的變化關(guān)系,其中峰高值、峰面積值、校準(zhǔn)曲線方程和相關(guān)系數(shù)均由紅外光譜儀操作軟件OPUS中的定量分析程序求得。丙三醇的質(zhì)量百分濃度與峰高h(yuǎn)和峰面積Α在一定濃度范圍內(nèi)皆有良好的線性關(guān)系【8】。線性回歸分別為:h=-0.018+0.024C,r=0.997;Α=-0.66+1.744C,r=0.998,其中C為丙三醇的質(zhì)量百分濃度(%),h為峰高,Α為峰面積,r為相關(guān)系數(shù)。第25頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天丙三醇ATR紅外光譜測(cè)定結(jié)果誤差分析1、方法準(zhǔn)確度的測(cè)定2、精密度測(cè)試取質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為75%的樣品進(jìn)行5次平行測(cè)定第26頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天總結(jié)衰減全反射的特點(diǎn)(1)非破壞性分析方法,能夠保持樣品原貌進(jìn)行測(cè)定。(2)對(duì)樣品的大小、形狀沒(méi)有特殊要求,甚至可測(cè)極微小物如纖維、毛發(fā)等。(3)可測(cè)定含有水和潮濕樣品。(4)

ATR譜的吸收特性使它便于與透射譜比較。但由于不同波數(shù)區(qū)間ATR技術(shù)靈敏度不同,因此,ATR譜吸收峰相對(duì)強(qiáng)度與透射譜相比并不完全一致。(5)操作簡(jiǎn)便、自動(dòng)化程度高,可用計(jì)算機(jī)進(jìn)行選點(diǎn)、定位、聚集、測(cè)定。第27頁(yè),共30頁(yè)，2024年2月25日，星期天參考文獻(xiàn)[1]溫演慶,朱譜新,吳大誠(chéng).

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