傅立叶衰减全反射红外分析技术

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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。
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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。
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
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。
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
可反应棉纤维表面蜡质的含量。
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精练棉织物表面FT—IR ATR红外光谱分析
在1600–1800 cm−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C–OH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。
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1.3基本原理[2]
发生全反射现象须具备下述两个条件：
①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。
②入射角要人于临界角。
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1.3基本原理[2]
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
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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n2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。
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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 A1520/(A1710+A1520 ) 值.未知 毛-涤织物的混纺比，则在对织物进行ATR测量后由A1520/(A1710+A1520 )值 对照已知的标准曲线即可得到。
弱，这也就是称为衰减全反射的原因。
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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（n1>n2)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1—1给出常用ATR晶体材料的折射率和谱学测 量范围。
染色、印花表面性能研究
1、Novel synthesis and cLeabharlann Baiduaracterization 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
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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)。
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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
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Thank you
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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λ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。
Sinθi / sinθt= n2/n1
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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RL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n1＞n2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，RL迅速增加并很快上升到1，这时 折射光将不再出现，I r＝Io，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ic表示。
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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14—43次。
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1.2 图谱比较
ATR 法 KBr 制片法
•
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。
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1.3基本原理[2]
由上式可推出折射角 θt＝arcsin〔n1 Sinθi / n2 ) 当n1＞n2时，则有θt ＞θi，即光由 光密介质进入光疏介质时，折射角 将大于入射角。
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衰减全反射技术在纺织与染整中的应用
2918 和2849cm-1
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 2849cm-1的亚甲基峰, 其强度大小
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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。
a图是某样品光谱的脂肪C—H伸缩振动区，它由二个CH3的伸缩振动峰、二个CH2 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CH3峰，2923cm-1、2849cm-1这二个CH2峰以及2891cm-1的CH峰。
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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. Logo
2.2 涤纶老化机理研究
需要考察的是纤维表面(1μm) 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。