傅立叶衰减全反射红外分析技术课件

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,*,Click to edit Master title style,现代仪器分析,傅立叶衰减全反射红外分析技术,授课老师：邵建中,学生：董建鹏,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,衰减全反射技术,(,attenuated total reflectance，AIR),1.1,衰减全反射技术与传统红外分析的比较,1,与常规的显微红外技术相比无需制样，,无需破坏样品,，直接对单丝、布料、成衣进行鉴定，以往需花几十分钟的检验，可在,几秒钟内,完成，大大提高了检验速度；操作方便 。实验结果表明，该方法,操作方便,、,测量灵敏度高,，可得到高质量的红外谱图。,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,1.2,图谱比较,图,1,对,ATR,法所摄谱图与,KBr,压片法制备的,Silk,标准谱图进行比较。,通过上述比较可以发现,ATR,法得到的谱图质量较高，完全可以满足样品分析的需要。该方法节约了制样时间，从而大大加快了样品分析的速度。,KBr,制片法,ATR,法,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,1.3,基本原理,2,Sin,i,/ sin,t,= n,2,/n,1,由上式可推出折射角,t,arcsinn,1,Sin,i,/ n,2,),当,n,1,n,2,时，则有,t,i,，即光由光密介质进入光疏介质时，折射角将大于入射角。,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,1.3,基本原理,2,此图给出了反射率和入射角的关系。,图中反射率,R,L,表示入射光为偏振光,(,电矢量垂直于入射面,),时反射率。由图看出，当,n,1,n,2,时，随着入射角,i,由零开始逐渐增大，反射率,(I,r,I,0,),起初变化缓慢，数值也很小，这时折射光占主导地位,(I,r,+I,t, I,0,),。,i,到一定角度时，,R,L,迅速增加并很快上升到,1,，这时折射光将不再出现，,I,r,I,o,，即光束,I,0,全部被反射。我们称此种现象为,全反射,，发生全反射时的人射角称为,临界角,。用,i,c,表示。,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,发生全反射现象须具备下述两个条件：,介质,l,折射率要大于介质,2,的折射率,，即只有光从光密介质进入光疏介质时才可能产生全反射。上图中,B,线情形不满足该条件故不能产生全反射。,入射角要人于临界角。,1.3,基本原理,2,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,全反射现象不完全是在两种介质的界面上进行的，部分光束要进入到介质,2,射回来。透入介质,2,的光束，其,强度随透入深度的增加按指数规律衰减。,在,ATR,测量技术中，介质,2,一般为有机化合物对红外线不是完全透明的而是有一定的吸收，使透入样品的光束在发生吸收的波长处减弱，这也就是称为,衰减全反射的原因,。,1.3,基本原理,2,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,1.4 ATR,晶体材料,ATR,技术主要研究有机物的红外光谱因绝大多数有机物的折射率在,1.5,以下，因此根据发生全反射条件（,n,1,n,2,),要求，要获得衰减全反射谱需要使用,折射率大于,1.5,的红外透过晶体,。表,11,给出常用,ATR,晶体材料的折射率和谱学测量范围。,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,1.4 ATR,光路设置,全反射次数,N,与晶体材料长度,l,和厚度即两个反射面间的距离,d,及入射角,I,有如下关系式,N=(l / d) cos I,全反射附件中使用的,ATR,晶体的长度,和面间距,d,是固定的，而入射角,i,可在一定范围内变化。由上式可知，减少入射角能够增加全反射次数，使光束与样品作用次数增加，也就加大了光程，因此可以提高信号测试强度。通常使用的,KRS-5ATR,晶体，入射角由,30-60,。连续可调，全反射次数约,1443,次。,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,1.5,入射角,波长,折射率与透射深度的关系,光线透射到样品内的深度可用透射深度,dP,来表示，它定义为光的电场强度下降到表面值的,e,-1,时光所穿透的距离。光的透射深度是波长的函数，即：,式中,是光线的入射角，,1是光在内反射晶体内的波长，,n1,和,n,2,分别是内反射晶体和样品的折射率，根据选用内反射晶体的材料和不同的入射角，透射深度可在几百纳米到几微米之间变化。,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,1.5,入射角,波长,折射率与透射深度的关系,1,、穿透深度,d,与,成正比。不同波长的,IE,光透入样品层的深度不同，,在长波时穿透深度大,，因此，,ATR,谱在不同波数区间灵敏度也不相同,.,2,、,入射角越小，穿透深度越大,，当入射角趋向临界角时，穿透深度将趋向无穷。,3,、另一与穿透深度有关的因素是,ATR,晶体反射面与样品的接触效率。,尽可能使样品与,ATR,板的反射面严密接触,，提高接触效率，是获得高质量,ATR,谱的重要条件。,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,1.5,衰减全反射技术的特点,ATR,法的优点是光线对样品的透射深度较浅，而且,可以通过改变内反射晶体的材料和光线的入射角来改变透射深度,，以研究不同深度表面的结构情况。,可以,用来测定物质表层结构信息的,测定样品具有非破坏性,无需预处理等优点,。对于传统透射光谱法难以处理的样品如皮革,纤维等都可获得较好的红外光谱图,。,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,2,衰减全反射技术在纺织与染整中的应用,主要的,C- H,伸缩振动峰出现,2800,到,3000cm,-1,区域内。由于分子中组成长链烷烃的亚甲基,(- CH2- ),基团的对称和不对称伸缩振动,原棉织物谱图,(a),多,2918,和,2849,cm,-1,两个峰,这两个峰说明了原棉表面蜡质的存在。因此,峰值为,2918,和,2849,cm,-1,的亚甲基峰,其强度大小可反应棉纤维表面蜡质的含量。,2918,和,2849cm,-1,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,精练棉织物表面,FTIR ATR,红外光谱分析,在,16001800cm,1,的波数之间它们也存 在着相异性,.a,c,之间差异不大,不过,a,b,在波数,1750 cm,1,处有一些的差异,这是因为棉胚布用,HCL,处理以后,羧酸盐被离子化,在与氢质子结合生成,-COOH,。在,C =O,和,COH,的共同作用,在,1750 cm,1,处出现了新的吸收峰。这说明在,b,中含有带了羧基基团的盐类,.,而经过处理以后的,d,酸化后就没在,1750 cm,1,处出现吸收峰,。,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,棉织物生物酶精炼除杂率测定,As shown in Figure above, in the current study, the absorbance intensity of the characteristic peaks at around 1736 cm_1 varied in the following order:,greige cotton bioscoured cotton alkali-scoured cotton,. The characteristic peak almost disappeared in the FT-IR ATR spectrum of the alkali-scoured cotton fabric. These results indicated that although the enzymatic scouring of cotton fabrics could partially eliminate non-cellulosic impurities (pectins and/or waxes), the process was not as effective as alkaline scouring. However, the bioscouring process allowed the fast and semi-quantitative assessment of the removal of the main impurities on the cotton surface by comparing the changes of absorption intensity at around 1736 cm,-1,.,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,2.2,涤纶老化机理研究,需要考察的是纤维表面,(1m),厚的老化情况。在,100h,时,1360,、,1375cm,-1,峰变化不大,1042cm,-1,(C - O,伸缩振动,旁式构峰,),在平行于纤维轴方向变化不大,在垂直纤维轴方向有较大的升高。在,400h,时,1360cm,-1,(CH2,面外摇摆振动,旁式构像,非晶带,),1375 cm,-1,(,苯环,C - H,振动,晶带,),大量增长,1042cm,-1,峰变化不大。我们发现,1042cm,-1,峰垂直方向吸光度随老化时间变化趋势是,0,100 h,为升高,100,400h,较稳定,强度下降趋势是,0,100h,为下降,100,400h,较稳定,即强度下降与,1042 cm,-1,峰吸光度升高相关。以上峰变化情况可以说明,在气候老化初期,有少量酯链断裂水解,产生醇羟基与羧基,而伯醇在,1 042cm,-1,产生,C- O,伸缩振动峰。所以,042cm,-1,峰升高,但,1360cm,-1,峰变化不大,表明纤维整体的构像及取向情况还没有发生变化,这时强度下降是由表面酯键断裂造成。,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,2.3,红外衰减全反射光谱法测定毛涤织物的混纺比,3.1,特点及原理,利用纯羊毛和涤纶织物在红外衰减全反射装置的晶片上,所占相对面积不同,而引起的光谱差异,进行了毛涤织物混纺比的测定,与化学法相比,该法具有操作简单,节省试剂,重复性好等优点。,它也适用于只要在红外吸收区有特征吸收峰的其它织物的混纺比的测定。,对,每个标准样品,分别测量,1714cm (,涤纶,C=O,伸缩振动,),和,1520cm (,羊毛,N-H,变形,;,振动,),的吸光度，用基线法求得,A,1520,/(A,1710,+A,1520,),值,.,未知毛,-,涤织物的混纺比，则在对织物进行,ATR,测量后由,A,1520,/(A,1710,+A,1520,),值对照已知的标准曲线即可得到。,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,在计算机上计算得直线方程为,y = 0.826X+ 0.167,式中,:y,为,A1520/(A1710+A1520 ),值,X,为羊毛百,分含量,(,面积,),。,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,国外,ATR,法在纺织与染整中应用文献汇总,等离子改性研究,1,、,Non-thermal plasma treatment for hydrophilicity improvement of grey cotton fabrics,2,、,Surface sulfonation of silk fibroin film by plasma treatment and in vitro antithrombogenicity study,染色、印花表面性能研究,1,、,Novel synthesis and characterization of activated carbon fiber and dye adsorption modeling,纤维表面结构研究,1,、,FT-IR spectroscopy of spider and silkworm silks: Part I. Different sampling techniques,2,、,Characterization of cotton fabric scouring by FT-IR ATR spectroscopy,纤维表面改性研究,1,、,Binding of Co(II) and Cu(II) cations to chemically modified wool fibres: an IR investigation,2,、,Monitoring of paintings under exposure to UV light by ATR-FT-IR spectroscopy and multivariate control charts,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,二次微分法在红外光谱数据处理中原理及应用,1,、基本原理,2,、特点,微分可以消除基线漂移、强化诺带特征、克服谱带重叠，因此具有,灵敏度高、选择性好、操作简便,等特点。,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,二次微分法在红外光谱数据处理中原理及应用,3,、应用,导数光谱主要用于分开叠加在主吸收带上的小吸收带，特别适用于具有小吸收带的杂质分析。,a,图是某样品光谱的脂肪,CH,伸缩振动区，它由二个,CH,3,的伸缩振动峰、二个,CH,2,的伸缩振动峰与一个,CH,伸缩振动峰叠加而成，,b,因是其二阶导数谱，二阶导数的负峰值相应为原谱中肩峰的峰值，由图中可清楚的看到,2956cm,-1,、,2864cm,-1,这二个,CH,3,峰，,2923cm,-1,、,2849cm,-1,这二个,CH,2,峰以及,2891cm,-1,的,CH,峰。,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,Thank you,傅立叶衰减全反射红外分析技术课件,