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,共30頁，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器計算機顯示器繪圖儀光譜圖干涉圖第3頁,共30頁，2024年2月25日，星期天紅外光譜測試和制樣技術(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）紅外光譜測試和制樣技術(shù)的發(fā)展【1】第4頁,共30頁，2024年2月25日，星期天衰減全反射紅外附件（ATR）測試方法比較透射法（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測樣與常規(guī)的透射不一樣，它主要是對樣品表面的分析。相比之下無需制樣，無需破壞樣品，直接對單絲、布料、成衣進行鑒定，以往需花幾十分鐘的檢驗，可在幾秒鐘內(nèi)完成，大大提高了檢驗速度，操作方便。

第5頁,共30頁，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,共30頁，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)進入光疏介質(zhì)時才可能產(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,共30頁，2024年2月25日，星期天衰減全反射緣由在ATR測量技術(shù)中，介質(zhì)2一般為有機化合物．對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，一方面反射光強等于入射光強，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,共30頁，2024年2月25日，星期天晶體材料選擇ATR技術(shù)主要研究有機物的紅外光譜．因絕大多數(shù)有機物的折射率在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的紅外透過晶體。表4-1給出常用ATR晶體材料的折射率。第9頁,共30頁，2024年2月25日，星期天透射深度透射深度的深淺會影響紅外譜圖的質(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，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,共30頁，2024年2月25日，星期天衰減全反射（ATR）附件種類單次反射ATR圓形池ATR可變角ATR水平ATR光通量很高，其只能用于測試液體樣品，適合液體流動體系的研究。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”點對點”緊密接觸，因此測試樣品廣泛，光譜質(zhì)量高。第11頁,共30頁，2024年2月25日，星期天FTIR-ATR在紡織與印染中的應用FTIR-ATR應用紡織纖維材料上的應用紡織化學品上的應用混紡纖維組分檢測纖維結(jié)晶度，取向度的測定纖維的鑒定纖維材料結(jié)構(gòu)的測定纖維材料改性表面檢測織物表面涂層分析染料性能檢測織物上助劑鑒定定量定性半定量第12頁,共30頁，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,共30頁，2024年2月25日，星期天化學纖維快速鑒定舉例第14頁,共30頁，2024年2月25日，星期天12種纖維的主要吸收譜帶第15頁,共30頁，2024年2月25日，星期天棉織物HCl汽蒸雜質(zhì)去除【3-4】（半定量測定）主要的C-H伸縮振動峰出現(xiàn)2800到3000cm-1區(qū)域內(nèi)。由于分子中組成長鏈烷烴的亞甲基(-CH2-)基團的對稱和不對稱伸縮振動,原棉織物譜圖(a)多2918和2849cm-1兩個峰,這兩個峰說明了原棉表面蠟質(zhì)的存在。因此,峰值為2918和2849cm-1的亞甲基峰,其強度大小可反應棉纖維表面蠟質(zhì)的含量。第16頁,共30頁，2024年2月25日，星期天ATR測試分析滌綸老化【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,會使斷裂強度下降。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)象峰大量增長第17頁,共30頁，2024年2月25日，星期天混紡纖維含量比測定【6】（例：毛滌織物的混紡比）對羊毛和滌綸織物的ATR光譜，我們選擇吸收峰強、明顯的聚酯羰基伸縮振動1710cm-1和羊毛NH變形振動1520cm-1為特征吸收譜帶。這種測試是針對在紅外區(qū)具有特征吸收峰的混紡織物定量測定注：第18頁,共30頁，2024年2月25日，星期天不同面積比的毛滌織物在ATR晶體上測試的譜圖第19頁,共30頁，2024年2月25日，星期天利用最小二乘法繪制的標準曲線圖2040608010000.60.40.20.81.0羊毛（%）的面積A1520

／(A1520+A1710以基線法(見圖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，A1520

／(A1520

+A1710)為縱坐標標準曲線，見上圖。注：吸收比值與羊毛（%）面積的關(guān)系第20頁,共30頁，2024年2月25日，星期天由上圖可知，A1520／(A1520+A1710)對羊毛（%）的面積是一條直線。利用最小二乘法，在計算機上計算得直線方程：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）。未知樣品的測定，測得未知毛滌混紡織物的ATR光譜圖，求其A1520／(A1520+A1710)值，然后與標準曲線進行對照，推算混紡比。準確度：ATR法與化學法的結(jié)果比較接近，精確度可達到3%~5%第21頁,共30頁，2024年2月25日，星期天紡織化學品定性（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,共30頁，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強度下降，伯，仲醇C-O鍵減少第23頁,共30頁，2024年2月25日，星期天丙三醇的含量測定【8】丙三醇（CH2OHCHOHCH2OH）在1115.9-994cm-1處有C-O伸縮振動的紅外特征吸收峰,而水在此無吸收峰,采用衰減全反射紅外光譜法,并用OPUS軟件進行ATR較正來測定水溶液中丙三醇的含量測定其吸收光譜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，繪制校準曲線。然后對樣品進行測試，分別以峰高和多峰面積進行定量分析。第24頁,共30頁，2024年2月25日，星期天校正曲線實驗選擇在1046cm-1處的峰高和1170.2~955.7cm-1之間的多峰面積進行定量分析,研究吸收峰高、吸收峰面積與丙三醇質(zhì)量百分數(shù)之間的變化關(guān)系,其中峰高值、峰面積值、校準曲線方程和相關(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,共30頁，2024年2月25日，星期天丙三醇ATR紅外光譜測定結(jié)果誤差分析1、方法準確度的測定2、精密度測試取質(zhì)量百分數(shù)為75%的樣品進行5次平行測定第26頁,共30頁，2024年2月25日，星期天總結(jié)衰減全反射的特點(1)非破壞性分析方法,能夠保持樣品原貌進行測定。(2)對樣品的大小、形狀沒有特殊要求,甚至可測極微小物如纖維、毛發(fā)等。(3)可測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譜吸收峰相對強度與透射譜相比并不完全一致。(5)操作簡便、自動化程度高,可用計算機進行選點、定位、聚集、測定。第27頁,共30頁，2024年2月25日，星期天參考文獻[1]溫演慶,朱譜新,吳大誠.

紅外光譜在檢測紡織纖維中的應用[J].紡織科技展，2007（2）：1-4.[2]王宏菊,陳旭輝,王成云.FTIR—ATR無損快速鑒定紡織纖維[J].印染，2001（3）：45-57.[3]QiangWang,XuerongFan,WeidongGaoandJianChen.CharacterizationofbioscouredcottonfabricsusingFT-IRATRspectroscopyandmicroscopytechniques[J].CarbohydrateResearch341(2006)2170–2175.