《化学红外光谱》PPT课件

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1、红外光谱一、红外光谱的定量分析1.红外光谱定量分析原理：光的吸收定律Lambert-Beer定律：A=kcl=log(1/T)式中A为吸光度；T为透光度；k为消光系数，单位为Lmol-1cm-1；c为样品浓度，单位为molL-1；l为样品厚度，单位cm。以被测物特征基团峰为分析谱带，通过测定谱带的吸光度A，样品厚度l，并以标准样品测定该特征谱带的k值，即可求得样品浓度c。2.通过端基定量分析计算聚合物数均相对分子质量：对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）样品中，分子链两端的端基是醇或酸，其相对分子质量为：Mr=2/(E1十E2)式中E1及

2、E2分别为醇或酸端基的物质的量。该公式假设样品中不存在支键及其它端基官能团。图1为两个不同相对分子质量的PBT样品的FTIR光谱图。图1两种不同相对分子质量PBT的红外光谱3.利用不同时间测得的光谱及差减光谱测定反应动力学图2上图为固化了83min的环氧树脂光谱；中图为固化37min谱，下图为差减谱4.聚合物的构象及结晶形态的测定：固态的聚合物通常含有几种构象，主要取决于分子链结构及热过程和温度。图3丁烷绕C—C键内旋转角度与位能关系曲线图4聚乙烯IDPE的红外光谱图图5(a)等规聚苯乙烯结晶态差减红外光谱(b)无规聚苯乙烯红外光谱测量聚合物

3、的结晶度，应选择对结构变化敏感的谱带作为分析对象，如晶带，亦可是非晶带。结晶带一般比较尖锐，强度也较大，因此有较高的测量灵敏度。使用非晶带来测量高聚物的结晶度，这时样品取向的影响就不重要了。非晶带一般较弱，因此可使用较厚的样品薄膜，这对于准确地测量薄膜厚度是有利的。图6聚氯丁二烯的红外光谱图5.无机非金属材料的分析四乙氧基硅(TEOS)可以通过水解和缩聚形成氧化硅薄膜，利用这种溶胶凝胶反应在多孔硅表面形成一层氧化硅的包覆层，具体反应过程如下:SiOC2H5+H2OSi-OH+C2H5OHSiOC2H5+HO-SiSi-O-Si

4、+C2H5OHSi-OH+HO-SiSi-O-Si+H2O图7TEOS在多孔硅(PS)表面水解和缩聚形成SiO2（a）原料和经过1小时水解后的FTIR图谱，（b）经过不同水解时间后产物的FTIR图谱二、红外光谱表界面结构分析红外光谱测定表面结构的方法分为透射-差减光谱、衰减内反射光谱，漫反射光谱、反射吸收光谱和光声光谱等。图8FTIR红外光谱表面分析技术（a）透射光谱，(b)衰减内反射，(c)漫反射，(d)反射吸收，(e)光声光谱1.衰减全反射衰减全反射光谱（AttenuatedTotalReflection，ATR）也被称为内反射

5、光谱（InternalReflection）。其原理是源于光内反射原理的设计。红外辐射经过棱镜投射到样品表面，当光线的入射角θ比临界角θc大时，光线完全被反射，产生全反射现象，这里棱镜材料的折射率n1大于样品折射率n2。图9衰减全反射光谱原理图内反射光谱中谱带的强度取决于样品本身的吸收性质及光线在样品表面的反射次数和穿透到样品内的深度，穿透愈深，吸收愈强。穿透深度dp定义为光的电场强度下降到表面值的e-1时所穿透的距离，穿透深度可以从理论上推算出来，即：式中θ为入射角（光线与法线之间的夹角）；λ1是光在棱镜晶体中的波长(λ1=λ/n1)；n2

6、和n1分别为样品及棱镜晶体的折射率。ATR光谱与透射光谱的形状区别在于：ATR谱在高波数区域谱带强度较弱，随着波数的减少（波长增加），谱带强度成线性上升。ATR光谱强度取决于有效穿透强度、反射次数和样品与反射晶体的紧密贴合程度以及样品本身吸收的大小。而有效穿透强度取决于3个因素：(1)光波波长；(2)反射晶体与样品的折射率比(n2/n1)；(3)入射角。图10（a）聚酰亚胺薄膜的透射光谱，(b)和(c)为薄膜两面的ATR光谱密封膜HNP的材质分析：图11HNP密封膜的红外光谱图A：透射光谱，B：密封膜B面ATR谱图，C：密封膜A面ATR谱图H

7、NP密封膜的红外光谱数据注：ν：伸缩振动，δ：弯曲振动2.漫反射光谱（DiffuseReflectanceSpectroscopy，DRS）当光束入射至颗粒或粉末的晶面层时，一部分光在表层各晶粒面产生镜面反射；另一部分光则折射入表层晶粒的内部，经部分吸收后射至内部晶粒界面，再发生反射、折射吸收。如此多次重复，最后由粉末表层朝各个方向反射出来，这种辐射称为漫反射光。漫反射光是分析光与样品内部分子发生作用的光，负载了样品的结构和组成信息。在漫反射过程中，样品与光的作用有多种形式，除样品组成外，其粒径大小、分布及形状均对漫反射光强度有一定影响，光谱

8、的波动性随样品粒径呈指数形式增加，样品的平均粒径最好小于100µm。漫反射光谱中由于反射峰通常很弱，同时，它与吸收峰基本重合，仅仅使吸收峰稍有减弱而不至于引起明显的