材料測試分析方法及典型譜圖分析

1、材料測試分析方法及典型譜圖分析1. 原子發(fā)射光譜分析 (atomic emission spectroscopy spectrometry, AES)基本原理：根據(jù)待測物質(zhì)的氣態(tài)原子或離子受激發(fā)后所發(fā)射的特征光譜的波長及其強(qiáng)度來測定物質(zhì)中元素組成（定性）和含量（定量）的分析方法。測試分析內(nèi)容：對約70種元素（金屬元素及磷、硅、砷、碳、硼等非金屬元素）進(jìn)行分析。在一般情況下，用于1%以下含量的組份測定。（1）對樣品進(jìn)行定性、定量分析。對紅外光譜進(jìn)行分析，不僅能對樣品進(jìn)行定性分析，其各個物質(zhì)的含量也將反映在紅外吸收光譜上，可根據(jù)峰位置、吸收強(qiáng)度進(jìn)行定量分析。（2）新化合物的結(jié)構(gòu)分析。紅外光譜主要提

2、供官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)信息，對于復(fù)雜化合物，尤其是新化合物，單靠紅外光譜不能解決問題，需要與紫外光譜、質(zhì)譜和核磁共振等分析手段互相配合，進(jìn)行綜合光譜解析，才能確定分子結(jié)構(gòu)。制樣方法及對樣品的要求: 固體試樣：金屬或合金直接做成電極（固體自電極）；粉末試樣可與石墨粉混合裝樣。 溶液試樣：滴在電極上，低溫烘干，使用ICP可以直接溶液進(jìn)樣。典型譜圖分析：配置具有濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，一次測量標(biāo)準(zhǔn)溶液的發(fā)射強(qiáng)度值，作出標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。測量樣品中待測元素的譜線強(qiáng)度值，利用已作出的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，計(jì)算出樣品中該元素的濃度。2. 原子吸收分光光度法：基本原理：是基于氣態(tài)的基態(tài)原子外層電子對紫外光和可見光范圍的相對應(yīng)原子共

3、振輻射線的吸收強(qiáng)度來定量被測元素含量為基礎(chǔ)的分析方法，是一種測量特定氣態(tài)原子對光輻射的吸收的方法。測試分析內(nèi)容：它主要用于痕量元素雜質(zhì)的分析，具有靈敏度高及選擇性好兩大主要優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于各種氣體，金屬有機(jī)化合物，金屬醇鹽中微量元素的分析。制樣方法及對樣品的要求:1. 取樣有代表性；2. 破碎，研磨成粉末；3. 烘干；4. 取樣量合適（量大干擾多，量小不在檢出范圍內(nèi)）；5. 溶解成液相（相的轉(zhuǎn)變）原則:使樣品中的待測組分在不損失，不沾污的情況下，全部轉(zhuǎn)變?yōu)檫m宜測定的形式。最后通過標(biāo)準(zhǔn)曲線法或標(biāo)準(zhǔn)加入法求得樣品濃度。典型譜圖分析：上圖表明：鎂元素濃度超出其線性范圍后, A -C 曲線逐漸向濃度軸

4、彎曲, 濃度越高, 彎曲越嚴(yán)重, 甚至彎曲部分幾乎成為與濃度軸平行的直線。3. 紫外及可見光分光光度計(jì)基本原理：由于分子中價(jià)電子的躍遷而產(chǎn)生的，分子中價(jià)電子經(jīng)紫外或可見光照射時(shí)，電子從低能級躍遷到高能級，此時(shí)電子就吸收了相應(yīng)波長的光，這樣就會產(chǎn)生紫外吸收光譜。測試分析內(nèi)容：定量分析，廣泛用于各種物料中微量、超微量和常量的無機(jī)和有機(jī)物質(zhì)的測定。定性和結(jié)構(gòu)分析，紫外吸收光譜還可用于推斷空間阻礙效應(yīng)、氫鍵的強(qiáng)度、互變異構(gòu)、幾何異構(gòu)現(xiàn)象等。反應(yīng)動力學(xué)研究，即研究反應(yīng)物濃度隨時(shí)間而變化的函數(shù)關(guān)系，測定反應(yīng)速度和反應(yīng)級數(shù)，探討反應(yīng)機(jī)理。研究溶液平衡，如測定絡(luò)合物的組成，穩(wěn)定常數(shù)、酸堿離解常數(shù)等。制樣方法及

5、對樣品的要求：選擇合適的溶劑，注意溶解度及透光范圍；調(diào)整樣品溶液的濃度使吸收峰的頂端落在記錄紙內(nèi)，定性測定時(shí)控制吸光度在0.7-1.2范圍內(nèi)，定量測定時(shí)控制吸光度在0.2-0.8最為合適。具有不同生色團(tuán)即不同的化合物所需濃度不同，有共軛體系的樣品，濃度應(yīng)在10-4-10-5mol/L左右。典型譜圖分析：上圖表明P2W18（198 nm和298 nm）和TiO2（248 nm）的吸收帶在紫外區(qū)域隨著層數(shù)的增加而線性提高。Cu納米顆粒由于吸收量少而在577 nm處的吸收峰消失，說明 (P2W18/Cu/P2W18/TiO2)2 膜均勻存在。4 . 紅外光譜法基本原理：樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照

6、射時(shí)，分子吸收其中一些頻率的輻射，使振-轉(zhuǎn)能級從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，相應(yīng)于這些區(qū)域的透射光強(qiáng)減弱，記錄百分透過率T%對波數(shù)或波長的曲線。測試分析內(nèi)容：紅外光譜分析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比的方法來做分析鑒定。已有幾種匯集成冊的標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜集出版，可將這些圖譜貯存在計(jì)算機(jī)中，用以對比和檢索，進(jìn)行分析鑒定。利用化學(xué)鍵的特征波數(shù)來鑒別化合物的類型，并可用于定量測定。由于分子中鄰近基團(tuán)的相互作用，使同一基團(tuán)在不同分子中的特征波數(shù)有一定變化范圍。此外，在高聚物的構(gòu)型、構(gòu)象、力學(xué)性質(zhì)的研究，以及物理、天文、氣象

7、、遙感、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，也廣泛應(yīng)用紅外光譜。制樣方法及對樣品的要求：樣品不限形式，用量少。制樣方法：固體顆粒樣品：壓片法、粉末法、調(diào)糊法等；液體樣品：液膜法、薄膜法、涂膜法等；聚合物樣品，熱壓薄膜法、 KBr壓片：澆鑄薄膜法法和切片法等。典型譜圖分析：上圖表明：退火之后和之前相比，在2855 和2925 cm-1處的表明C-H健的峰消失了。5. 激光拉曼光譜法基本原理：光子與分子之間發(fā)生非彈性碰撞，有能量交換，改變了光子的能量。測試分析內(nèi)容：拉曼光譜可提供任何分子中官能基團(tuán)的結(jié)構(gòu)信息，因此可用來對各種形態(tài)的物質(zhì)，包括結(jié)晶態(tài)、無定形、液體、氣體或等離子體，進(jìn)行鑒別試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)解析。制樣方法及對樣

8、品要求：液體能夠在玻璃管或石英管中直接測定。除另有規(guī)定外，一般用作鑒別的樣品不必制樣。為防止樣品分解，利用特殊的裝置，使激光束焦點(diǎn)和樣品的表面做相對運(yùn)動，避免樣品的局部過熱。典型譜圖分析：Figure S6. Raman spectra recorded from Fe2P/NGr.上圖表明：D帶（1350 nm）和G帶（1580 nm）峰的存在表明了樣品中石墨烯結(jié)構(gòu)的生成。6. 質(zhì)譜分析基本原理：使試樣中各組分在離子源中發(fā)生電離，生成不同荷質(zhì)比的帶電荷的離子，經(jīng)加速電場的作用，形成離子束，進(jìn)入質(zhì)量分析器測試分析內(nèi)容：質(zhì)譜法特別是它與色譜儀及計(jì)算機(jī)聯(lián)用的方法，已廣泛應(yīng)用在有機(jī)化學(xué)、生化、藥物代

9、謝、臨床、毒物學(xué)、農(nóng)藥測定、環(huán)境保護(hù)、石油化學(xué)、地球化學(xué)、食品化學(xué)、植物化學(xué)、宇宙化學(xué)和國防化學(xué)等領(lǐng)域。用質(zhì)譜計(jì)作多離子檢測，可用于定性分析，例如，在藥理生物學(xué)研究中能以藥物及其代謝產(chǎn)物在氣相色譜圖上的保留時(shí)間和相應(yīng)質(zhì)量碎片圖為基礎(chǔ)，確定藥物和代謝產(chǎn)物的存在；也可用于定量分析，用被檢化合物的穩(wěn)定性同位素異構(gòu)物作為內(nèi)標(biāo)，以取得更準(zhǔn)確的結(jié)果。在無機(jī)化學(xué)和核化學(xué)方面，許多揮發(fā)性低的物質(zhì)可采用高頻火花源由質(zhì)譜法測定。該電離方式需要一根純樣品電極。如果待測樣品呈粉末狀，可和鎳粉混合壓成電極。此法對合金、礦物、原子能和半導(dǎo)體等工藝中高純物質(zhì)的分析尤其有價(jià)值，有可能檢測出含量為億分之一的雜質(zhì)。制樣方法及對樣

10、品的要求：進(jìn)行GC-MS分析的樣品應(yīng)是有機(jī)溶液，水溶液中的有機(jī)物一般不能測定，須進(jìn)行萃取分離變?yōu)橛袡C(jī)溶液，或采用頂空進(jìn)樣技術(shù)。有些化合物極性太強(qiáng)，在加熱過程中易分解，例如有機(jī)酸類化合物，此時(shí)可以進(jìn)行酯化處理，將酸變?yōu)轷ピ龠M(jìn)行GC-MS分析，由分析結(jié)果可以推測酸的結(jié)構(gòu)。如果樣品不能汽化也不能酯化，那就只能進(jìn)行LC-MS分析了。進(jìn)行LC-MS分析的樣品最好是水溶液或甲醇溶液，LC流動相中不應(yīng)含不揮發(fā)鹽。對于極性樣品,一般采用ESI源，對于非極性樣品,采用APCI源。具體制樣過程包括：1）將純化好的微固量、液體樣品溶于100-200ul基質(zhì)液（純H2O、甲醇、乙腈或50% H2O，50%乙腈，按0.1%加甲酸；2）組成基質(zhì)液的有機(jī)試劑應(yīng)達(dá)到HPLC級，H2O應(yīng)為超純水（18.2Mcm）；3）樣品中不能含有固體顆粒，否則需通過微孔濾膜過濾除去；典型譜圖分析：例2. 高分辨率質(zhì)譜儀測出某酯類化合物的精確分子量為116.0833，分子式為C6H12O2,推測其結(jié)構(gòu)。解：1.分子離子區(qū)已知試樣為酯，可表達(dá)為RCOOR，M為1162.碎片離子區(qū)m/z29： C2H5或CHOm/z43： C3H7或C2H3Om/z71： C5H11或C3H7COm/z7