红外光谱分析方法在材料研究中的应用.doc

红外光谱分析方法在材料研究中的应用专业: 学号: 姓名: 摘要红外光谱法是一种近代物理分析方法。又称“红外分光光度分析法”。是分子吸收光谱的一种。根据不同物质会有选择的性吸收红外光区的电磁辐射来进行结构分析; 对各种吸收红外光的化合物的定量和定性分析的一种方法。物质是由不断振动的状态的原子构成, 这些原子振动频率与红外光的振动频率相当。用红外光照射有机物时, 分子吸收红外光会发生振动能级跃迁,不同的化学键或官能团吸收频率不同,每个有机物分子只吸收与其分子振动、转动频率相一致的红外光谱, 所得到的吸收光谱通常称为红外吸收光谱, 简称红外光谱“ IR”,。对红外光谱进行分析, 可对物质进行定性分析。各个物质的含量也将反映在红外吸收光谱上, 可根据峰位置、吸收强度进行定量分析。它是鉴别化合物和物质分子结构的常用手段之一, 广泛应用于有机化学,高分子化学,无机化学,材料,化工,环境,生物,医药等领域。前言 19 世纪初人们通过实验证实了红外光的存在。二十世纪初人们进一步系统地了解了不同官能团具有不同红外吸收频率这一事实。 1950 年以后出现了自动记录式红外分光光度计。随着计算机科学的进步, 1970 年以后出现了傅立叶变换型红外光谱仪。红外测定技术如全反射红外、显微红外、光声光谱以及色谱- 红外联用等也不断发展和完善,使红外光谱法得到广泛应用。红外及拉曼光谱都是分子振动光谱。通过谱图解析可以获取分子结构的信息。任何气态、液态、固态样品均可进行红外光谱测定, 这是其它仪器分析方法难以做到的。由于每种化合物均有红外吸收, 尤其是有机化合物的红外光谱能提供丰富的结构信息, 因此红外光谱是有机化合物结构解析的重要手段之一。红外光谱仪是的发展基本可以分为三代产品。第一代产品属棱镜式色散型红外光谱仪。由于它的棱镜材料多是卤化物如: 溴化钾等。其折射率均随温度的变化而变化, 且分辨率低, 光学元件制成工艺复杂, 仪器需恒温, 低湿度等。 20 世纪 60 年代以后发展起来的第二代产品属光栅式色散型红外光谱仪, 它的分辨率测量范围都较第一代产品好。但是它的能量很弱, 光谱质量差, 扫描速度慢。第三代产品是 20 世纪 70 年代以后发展起来的于涉型傅里叶变换红外光谱仪。该仪器具有光通量大, 分辨率高, 扫描速度快, 高信噪比, 抗杂散光的干扰等优点。而且,与不同的附件配合可以检测气体、固体、液体样品。 20 世纪 60 年代, 随着 Norris 等人所做的大量工作, 提出物质的含量与近红外区内多个不同的波长点吸收峰呈线性关系的理论,并利用近红外漫反射技术测定了农产品中的水分、蛋白、脂肪等成分,才使得近红外光谱技术一度在农副产品分析中得到广泛应用。 60 年代中后期,随着各种新的分析技术的出现,加之经典近红外光谱分析技术暴露出的灵敏度低、抗干扰性差的弱点, 使人们淡漠了该技术在分析测试中的应用, 此后, 近红外光谱再次进入了一个沉默的时期。 70 年代产生的化学计量学(Chemometrics) 学科的重要组成部分-- 多元校正技术在光谱分析中的成功应用,促进了近红外光谱技术的推广。到 80 年代后期,随着计算机技术的迅速发展, 带动了分析仪器的数字化和化学计量学的发展, 通过化学计量学方法在解决光谱信息提取和背景干扰方面取得的良好效果, 加之近红外光谱在测样技术上所独占的特点, 使人们重新熟悉了近红外光谱的价值, 近红外光谱在各领域中的应用研究陆续展开。进入 90 年代, 近红外光谱在产业领域中的应用全面展开, 有关近红外光谱的研究及应用文献几乎呈指数增长, 成为发展最快、最引人注目的一门独立的分析技术。由于近红外光在常规光纤中具有良好的传输特性, 使近红外光谱在在线分析领域也得到了很好的应用, 并取得良好的社会效益和经济效益,从此近红外光谱技术进入一个快速发展的新时期。近红外光是一种介于可见光(VIS) 和中红外光(IR) 之间的电磁波,美国材料检测协会(ASTM) ,将其定义为波长 780 ~ 2526nm 的光谱区。利用近红外光谱的优点有: 1. 简单方便有不同的测样器件可直接测定液体、固体、半固体和胶状体等样品, 检测本钱低。 2. 分析速度快一般样品可在 lmin 内完成。 3. 适用于近红外分析的光导纤维易得到,故易实现在线分析及监测,极适合于生产过程和恶劣环境下的样品分析。 4. 不损伤样品可称为无损检测。 5. 分辨率高可同时对样品多个组分进行定性和定量分析等。所以目前近红外技术在食品产业等领域应用较广泛。红外光谱对样品的适用性相当广泛,固态、液态或气态样品都能应用,无机、有机、高分子化合物都可检测。此外,红外光谱还具有测试迅速,操作方便,重复性好,灵敏度高, 试样用量少, 仪器结构简单等特点, 因此, 它已成为现代结构化学和分析