顯微紅外光譜測試技術及應用課件

1、 顯微紅外光譜測試技術及應用目錄第一章 紅外光譜的基本概念 第二章 傅里葉變換紅外光譜學的基本原理第三章 傅里葉變換紅外光譜儀 第四章 紅外光譜樣品制備技術 第五章 紅外光譜數(shù)據(jù)處理技術第六章 紅外光譜儀附件第七章 遠紅外光譜和近紅外光譜簡介第八章 基團的振動頻率分析第九章 紅外光譜的定量分析和未知物的剖析第十章 紅外光譜儀的保養(yǎng)和維護附錄一 有機化合物基團振動頻率表一、紅外顯微鏡的種類二、紅外顯微鏡的結構三、顯微紅外光譜測試技術四、影響顯微紅外光譜質(zhì)量的因素五、顯微紅外光譜的數(shù)據(jù)處理一、紅外顯微鏡的種類普通紅外顯微鏡 Nic-Plan， Inspect IR Plus，Centaurs， I

2、R-Plan， iN10 MX 自動逐點掃描成像顯微鏡（Mapping） Continum， iN10 MX 自動線掃描或面掃描成像顯微鏡（Imaging） Continum XL， ImageMax， iN10 MX Nic-PlanInspect IR Plus自動逐點掃描成像顯微鏡（Mapping）ContinumContinum XL線掃描紅外成像顯微鏡ImageMax 面掃描紅外顯微鏡iN10 MX普通紅外顯微鏡，自動逐點掃描成像顯微鏡，自動線掃描成像顯微鏡二、紅外顯微鏡的結構照明光源： 白熾燈，熒光燈，發(fā)光二極管濾光片：藍色，黃色紅外物鏡和聚光器光欄光路補償器玻璃物鏡和攝像系統(tǒng)檢測

3、器顯微鏡附件樣品臺紅外物鏡Cassegrain聚光器光欄單光欄系統(tǒng)雙光欄系統(tǒng)固定孔徑光欄可變孔徑光欄（手動調(diào)節(jié)，計算機控制）使用單光欄的紅外顯微鏡，當光欄孔徑很小時，紅外光會發(fā)生衍射，衍射的結果，會將光欄外面樣品的信息加到所測光譜中。使用雙光欄紅外顯微鏡，光的衍射不會影響光譜質(zhì)量，光譜只包含所感興趣的區(qū)間的樣品信息，而不受樣品區(qū)間周圍介質(zhì)的影響。雙光欄系統(tǒng)固定孔徑光欄通常是圓形光欄，光欄直徑為1.5毫米。當使用光欄直徑為1.5毫米的固定孔徑光欄時，不存在光衍射問題。這時只需使用下光欄，將上光欄取下，變成單光欄系統(tǒng)。測試時，將待測樣品至于十字線中間，調(diào)節(jié)聚焦旋鈕，將上表面聚焦好。然后將下光欄聚焦

4、在十字線中間即可測試。只使用下光欄時，視野大，易于找到待測樣品區(qū)間，也易于找到背景區(qū)間。固定孔徑光欄手動調(diào)節(jié)可變矩形光欄使用矩形可變光欄時，孔徑要盡量大，光欄邊長小于20微米時，紅外光會發(fā)生衍射光欄孔徑變小時，光譜的信噪比會變得很差使用矩形可變光欄，便于測試細長樣品，如纖維樣品Continum紅外顯微鏡采用一個折返式可變光欄紅外光束通過光欄，照射樣品后的光束通過反射，又經(jīng)過同一個光欄到達檢測器，單光欄起雙光欄作用 光源 檢測器 折返式光欄二色性鏡無限校 正 物鏡 無限 校正 聚光器 樣品 二色性鏡 透射模式 檢測器 折返式光闌 光源二色性 鏡無限 校正 物鏡樣品 分光鏡 反射模式光通過長方形孔

5、時的衍射圖樣光的衍射光通過矩形孔的時衍射圖樣光孔線度越小，衍射圖樣越擴展，衍射效應越強，中心光強越來越弱。光通過圓孔時的衍射圖樣紅外光斑寬度不同時，不同波長的紅外光零級衍射發(fā)散角的數(shù)據(jù)(紅外物鏡為15X)。發(fā)散角 / (的單位為弧度，波長， 狹縫寬度，）紅外光斑狹縫寬度（微米）光欄狹縫寬度（）（微米）4000cm-1 (=2.5)時發(fā)散角（）（度）1000cm-1 (=10)時發(fā)散角（）（度）650cm-1 (=15.4)時發(fā)散角（）（度）11530向散射過渡向散射過渡575624361015031218203001.569 100 1500 0.3 1.2 1.8光路補償器有上光路補償器和下

6、光路補償器上光路補償器安裝在物鏡下方下光路補償器和聚光器裝配在一起待測樣品應放在晶片上面，或將樣品夾在兩片晶體之間測試。由于光路通過晶片時會發(fā)生折射，聚焦時，樣品表面的光欄邊緣會模糊不清。有了上補償和下補償后，可以聚焦得很清楚。 如果沒有光路補償，肉眼聚焦好后，此時檢測器檢測到的能量并非最高，為了使檢測器檢測到的能量最高，也就是說為了使測到的光譜信噪比最高，需要一邊看著干涉圖，一邊重新聚焦。使用一片金剛石窗片時，下補償旋轉到1位置使用兩片金剛石窗片時，上下補償都旋轉到1位置使用2mm厚NaCl晶片時，下補償旋轉到2位置使用3mm厚BaF2晶片時，下補償旋轉到3位置檢測器普通紅外顯微鏡和自動逐點

7、掃描成像顯微鏡使用MCT/A檢測器（4000-650cm1）。線掃描紅外成像顯微鏡裝有兩個檢測器：一個是普通的MCT/A檢測器，另一個是線掃描用的光導MCT/A檢測器。面掃描成像顯微鏡使用焦平面陣列MCT檢測器。iN10 MX紅外顯微鏡可以安裝三個檢測器：DTGS(4000-450cm1), MCT/A, MCT/A線陣列檢測器（4000720 1 ）線掃描光導MCT/A檢測器有兩排檢測單元，每排有14個檢測單元，每個檢測單元面積為20 x20微米(15X物鏡）。每次掃描兩條線的光譜。線掃描成像比面掃描成像慢一些。線掃描紅外顯微鏡不需要步進掃描紅外光學臺，即不需要配置8700型紅外光譜儀器。

8、焦平面陣列MCT檢測器檢測元件面積為44mm，上面排列著6464個檢測單元，每個檢測單元66微米，單元之間間隔1.5微米。也有256256，320256和640512個檢測單元的焦平面陣列MCT檢測器。來自樣品的紅外光（透射或反射）聚焦在二維MCT陣列檢測器上 。ImageMax顯微鏡的工作原理經(jīng)過樣品的紅外光束（透射或反射）聚焦在二維MCT陣列檢測器上xy 樣品 焦平面陣列檢測器樣品焦平面陣列MCT檢測器紅外顯微鏡附件Reflachromat（反射消色差物鏡）ATR物鏡（ZnSe, Si, Ge和金剛石晶體）Slide-on ATRGrazing angle（掠角反射物鏡）Visible（可

9、見光物鏡）ATR物鏡15X反射消色差物鏡玻璃物鏡紅外物鏡Slide-on ATR物鏡掠角反射物鏡ATR物鏡：（ZnSe, Si, Ge和金剛石晶體）Slide-on ATR安裝架裝在物鏡上iN10 MX 紅外顯微鏡 Slide-on ATR（Ge晶體）光通量達50，可測最小3微米三、顯微紅外測試技術 顯微紅外有透射顯微紅外和反射顯微紅外兩種測試方法 透射顯微紅外 光譜的測定 透射式紅外顯微鏡的光路窗片材料金剛石溴化鉀氯化鈉氟化鋇顯微紅外所使用的金剛石池溴化鉀，氯化鈉和氟化鋇窗片，它們的硬度小，容易損壞，易污染，不容易聚焦。溴化鉀和氯化鈉溶于水，氟化鋇不溶于水。均相固體樣品的測試測試粉末樣品時，

10、用針頭取微量樣品放在一片金剛石窗片上，蓋上另一片金剛石，用拇指擠壓金剛石，將樣品壓平，最好壓成透明薄片。測試時，取下一片金剛石。測試塊狀和薄膜樣品時，用手術刀片刮下或切下微量樣品，轉移至一片金剛石窗片上。測試方法和測試粉末樣品相同。顯微紅外測試時不需要添加任何稀釋劑。顯微紅外光譜真實，能反映樣品的本質(zhì)光譜。溴化鉀壓片法，會出現(xiàn)水的吸收峰，還會使譜帶變形。溴化鉀壓片顯微紅外顯微紅外和溴化鉀壓片的可比性微量固體樣品的測試只要肉眼能看得見的樣品只要在放大鏡下能看得見的樣品樣品的用量幾個納克花粉管頂端樣品（10X10微米）的顯微紅外光譜（分辨率16cm-1,掃描128次）聚雙酚A碳酸酯聚乙烯/聚二甲基

11、硅氧烷聚對苯二甲酸乙烯酯乙烯/醋酸乙烯酯共聚物袋裝注射液中的懸浮物的顯微紅外光譜液體樣品的測試測試有機液體時，可取微量液體放在金剛石、溴化鉀或氯化鈉窗片上測試。測試水溶液樣品時，將液體滴在氟化鋇窗片上，待水揮發(fā)后測試殘留物。未知物的紅外光譜剖析單一組分未知物的分析固體混合物的組分分析 機械混和的固體混合物 均相固體混合物黑色橡膠的分析液體混合物的分析對未知物進行剖析，必須有譜庫，而且譜庫中的光譜要足夠多。對被檢測的物質(zhì)光譜對譜庫進行檢索，如果譜庫中存在被檢測物質(zhì)的光譜，就可以檢索出來。如果被檢測的物質(zhì)在譜庫中沒有光譜，即使檢索，也檢索不出來，就無法確定被檢測的是什么物質(zhì)。對紅外光譜分析工作者的

12、要求對一張已知結構的物質(zhì)的光譜，應能指出主要吸收峰的振動模式。反過來，根據(jù)一張光譜中吸收峰的峰型、峰位和很高，應能判斷是否為某一結構的物質(zhì)光譜。對一張未知物的光譜，根據(jù)主要吸收峰的位置，應能說出未知物中含有哪些基團，但是無法說出未知物是哪種物質(zhì)，除非是您非常熟悉的物質(zhì)的光譜。單一組分聚合物的分析塑料蓋子的顯微紅外光譜塑料蓋子聚丙烯(全同異構) 固體混合物的組分分析機械混和的固體混合物將機械混合的粉末樣品撒在載波片上，在40倍顯微鏡下，用針頭挑出不同形狀、或不同晶型、或不同顏色的顆粒分別測試，即可得到各個組分的光譜。40倍顯微鏡下不能挑出機械混合物中各個組分進行分別測試時，可對金剛石表面上的樣品

13、多測試幾個點，可以得到不同的光譜?；蛴肕apping測試得到不同的光譜。機械混和二組分混合物的分析（顯微鏡下能分開）固體混合物中兩種不同晶型物質(zhì)的顯微紅外光譜混合物成分1混合物成分2譜庫檢索結果羰甲基纖維素鈉混合物成分1譜庫檢索結果混合物成分2多聚磷酸鈉機械混和三組分混合物的分析（顯微鏡下不能分開各個組分）混合物樣品顯微紅外測定，不同區(qū)間得到不同的光譜ABC對光譜 A 進行譜庫檢索A無水Na2SO4對光譜 B 進行譜庫檢索B偏重亞硫酸鈉Na2S2O5ABC光譜 C 中含有光譜 A 和 B 的成分將光譜C中1290920cm-1區(qū)間生成直線，然后檢索。乙二胺四乙酸二鈉乙二胺四乙酸二鈉C三組分混合

14、物：無水Na2SO4偏重亞硫酸鈉Na2S2O5乙二胺四乙酸二鈉均相固體混合物的剖析白色固體溴化鉀壓片光譜氟硼酸鉀白色固體溴化鉀壓片氟硼酸鉀氟硼酸鉀碳酸鈉粉色：未知物紅色：碳酸鈉紫色：氟硼酸鉀黑色橡膠的分析（二組分）黑色橡膠的光譜滑石粉滑石粉的光譜黑色橡膠光譜從黑色橡膠光譜中將滑石粉的強吸收峰生成直線后得到的光譜檢索結果為天然橡膠滑石粉天然橡膠黑色橡膠天然橡膠滑石粉碳黑未知液體混合物的分析（三組分）未知液體光譜甲醇未知液體甲醇未知液體滴在載波片放在40烘箱中，甲醇揮發(fā)后剩余的液體光譜乙酸鈣剩余液體乙酸鈣甲醇未知液體乙酸鈣甲醇未知液體乙酸鈣乙酸交通事故物證的分析測試交通事故物證的分析測試主要是比對

15、分析肇事車輛車上的油漆和現(xiàn)場遺留油漆的分析測試現(xiàn)場遺留油漆車上油漆現(xiàn)場遺留油漆和車上油漆 完全相同現(xiàn)場遺留油漆車上油漆現(xiàn)場遺留油漆和車上油漆不完全相同，現(xiàn)場遺留油漆中添加了碳酸鈣和滑石粉。第一層第二層第四層第六層第七層車號為C70251車漆的顯微紅外光譜第一層第二層第四層第六層第七層事故現(xiàn)場遺留車漆的顯微紅外光譜包裹體的測試石油勘探中巖心油含量的分析巖石中水含量的分析礦物中水和有機質(zhì)的分析在對包裹體進行分析之前，巖片要進行切片，用膠粘在載波片上，兩面拋光，薄片厚度最好小于100微米。用丙酮將載波片上的膠溶解，使薄片脫離下來。含有碳氫化合物和水的包裹體的顯微紅外光譜 基體為硅酸鹽硅酸鹽基體的顯微

16、紅外光譜硅酸鹽基體中包裹體的顯微紅外光譜包裹體的顯微紅外光譜502膠的光譜包裹體的光譜約100微米厚碳酸鈣基體 的顯微紅外光譜自動逐點掃描成像（Mapping）光譜的測試測試Mapping光譜時，樣品表面不同區(qū)間的組分應有差別，如機械混合的混合物、病變組織生物樣品、混熔聚合物、巖心包裹體等。測試前，應設定光譜分辨率、掃描次數(shù)、掃描面積、步長、光欄大小等參數(shù)。心急梗死心臟組織切片的自動逐點掃描Mapping光譜 反射顯微紅外 光譜的測定 反射式紅外顯微鏡光路 反射式顯微紅外光譜 的信噪比 反射顯微紅外收集的是樣品的反射光和散射光，這兩部分光的強度比透射光的強度要低得多。而且這兩部分光只有50%能

17、收集到，因此反射顯微紅外光譜的信噪比要比透射顯微紅外光譜的信噪比低得多。 反射式顯微紅外光譜 樣品的制備 不需要制樣。 使用鍍金鏡面為景。 測試不透光的樣品。 反射顯微紅外光譜 的特點煤炭中樹皮的顯微反射光譜樣品光欄為圓孔煤炭中樹皮的顯微反射光譜樣品光欄為圓孔出現(xiàn)干涉條紋煤炭中樹皮的顯微反射紅外光譜測試樣品和背景單光束光譜時都不使用光欄，此時不出現(xiàn)干涉條紋。用% Reflectance表示：光譜吸收峰方向朝下 。 煤炭中樹皮的顯微反射紅外光譜將% Reflectance轉換成吸光度光譜（Absorbance）鐘陵煤礦煤中樹皮的顯微反射光譜iN10 MX 紅外顯微鏡測試反射光譜時，不出現(xiàn)干涉條紋

18、原因是物鏡比其他顯微鏡的物鏡大，入射角比較大紅色：A4紙的顯微反射光譜；黑色：A4紙上激光打印字的顯微反射光譜iN10 MX 紅外顯微鏡的反射紅外光譜影響顯微紅外光譜質(zhì)量的因素盡量采用透射法，而不采用反射法樣品盡量布滿光欄孔徑樣品不能太厚，樣品要擠壓得很薄，樣品太厚時，光譜容易變形光譜分辨率和掃描次數(shù)的選擇要合適分辨率4cm-1 時，掃描64次，即可以得到信噪比很高的光譜。如果樣品信號很弱，分辨率可降低到8或16cm-1 ，掃描128次。顯微鏡的性能。顯微鏡中有很多個反射鏡，這些鏡面長期暴露在空氣中會掉上灰塵，影響高波段（40001000cm1）紅外光的反射率，使高波段的紅外光譜信噪比降低。顯微紅外光譜的數(shù)據(jù)處理消除水汽和二氧化碳吸收峰消除干涉條紋基線校正消除水汽