仪器使用培训

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1、仪器使用培训仪器使用培训 傅里叶红外光谱仪Fourier Transform Infrared Spectrometer 纤维改性国家重点实验室内容n红外光谱的基本原理和概念n傅里叶变换红外光谱仪n样品制备和测试技术n附件介绍n数据处理技术红外光谱的基本原理和概念 n红外光谱（Infrared Spectrometry，IR）当分子受到红外光辐射，吸收红外光子，产生振动能级( 同时伴随转动能级)的跃迁、并伴有偶极矩改变时，形成红 外吸收光谱。红外光谱与拉曼光谱都研究的是分子振动转动光谱，所不 同的是前者为分子吸收光谱，振动时分子的偶极矩发生变化 ；后者为分子散射光谱，振动时分子的极化率发生变化

2、。根据不同的波数范围红外光谱分为近红外区 (11000-4000 cm-1)、中红外区 (4000-400 cm-1)和远红外区（400-10 cm-1 ) ，不同仪器所用的光学元件不同，其所能测量的红外光谱区 间也不同。n红外光谱仪第一代：光学系统采用棱镜第二代：光学系统采用光栅第三代：傅里叶红外光谱仪，光学系统采用迈克逊干涉仪，利用双光束干涉原理并对干涉图进行傅里叶变换数学处理得到红外光谱，非色散型红外光谱仪。n红外光谱的应用用红外光谱法可进行物质的定性和定量分析（以定性分析 为主），从分子的特征吸收可以鉴定化合物的分子结构。 红外光谱的基本原理和概念 色散型光谱仪傅里叶变换红外光谱仪n基

3、本组成 红外光学台 （光学系统 ）计算机n红外光学台（光学系统）傅里叶变换红外光谱仪Nicolet 8700 FTIR光学系统示意图反射镜准直镜准直镜聚光镜nNicolet 8700 FTIR的技术性能光谱范围：7800-350cm-1最高分辨率：优于0.09cm-1信噪比：S/N 50,000:1（1分钟扫描，4cm-1）；小于8.6810-6（ 1分钟扫描，4cm-1）线性度：小于0.07%（ASTM标准）波数精度：0.01 cm-1干涉仪：数字化连续动态准直，速度130,000次/秒检测器：目前使用主要为DTGS (MCT-A检测器暂时无法使用)联机功能：与TGA联用傅里叶变换红外光谱仪

4、n测试方法常规透射红外光谱法 (Transmittance and Absorbance)衰减全反射（ATR）红外光谱法显微红外光谱法漫反射(DR)红外光谱法镜面反射（SR）红外光谱法光声红外光谱法高压红外光谱法样品制备和测试技术样品制备和测试技术n影响样品制备和测试技术选择的因素样品的物理状态：固体、液体、气体分析测试所需的环境条件：低温、常温、加热等期望得到的信息：本体性质、表面性质样品的完整性样品的量测试所需的时间和成本n待分析样品分类样品制备和测试技术 固体本体分析 Powder Thermalplastic polymer Soluble polymers Thin polymer

5、films Thick films and plaques Irregularly shaped polymer Dark colored polymer Layered polymer films Polymer film on reflective substrate Adhesives Rubber Fibers 固体表面分析 液体分析自由流动的水溶液 自由流动的非水溶液 粘稠液体 气体分析样品制备和测试技术HATR粉末样品KBr压片法样品制备和测试技术热塑性聚合物膜透射法HATR或 OMNI sampler 适合膜厚大于 0.05 mm样品制备和测试技术(SR )聚合物薄膜膜透射法 适

6、合膜厚小于 0.05 mmHATR或 OMNI sampler 适合膜厚大于 0.05 mm样品制备和测试技术(SR )可溶性聚合物膜透射法 适合膜厚小于 0.05 mmHATR或 OMNI sampler 适合膜厚大于 0.05 mm样品制备和测试技术超出厚度要求的样品如果能磨碎 KBr压片法如果不能磨碎 HATR或 OMNI samper样品制备和测试技术OMNI sampler如果能磨碎 KBr压片法如果不能磨碎 OMNI samper形状不规则样品样品制备和测试技术深色样品（如炭黑，碳管以 及碳复合材料等）膜透射法 适合膜厚小于 0.01 mm其他深色样品 OMNI samper（ G

7、e crystal）样品制备和测试技术多层聚合物膜 多层涂料、包装材料等HATR样品制备和测试技术样品表 面具有 反射性HATR/OMNI sampler 适合膜厚小于 0.015 mmHATR 适合膜厚大于 0.015 mm样品制备和测试技术OMNI samplerHATRHATR 样品制备和测试技术OMNI samplerHATR单纤直径小于 0.01mm单纤直径大于 0.01mm样品制备和测试技术OMNI sampler利用OMNI sampler进 行粗糙样品表面分析样品制备和测试技术 含水溶液或非含水溶液均可以用液体池或HATR 但含水溶液用液体池时必须使用BaF2窗片样品制备和测试

8、技术HATR对于粘性流体 可加热液体池透过 法或者HATR样品制备和测试技术n透射红外光谱样品制备和测试技术 固体：压片法、糊状法、薄膜法 压片法：将固体粉末用卤化物（多用KBr）稀释、研磨后用压片机压制成透明或均匀半透明的锭片。 注意事项： 1）样品量1mg(含强极性基团的样品用量只需0.5mg)，KBr100300mg， 研磨3-4min ，（具体比例以光谱为准） 2）潮湿的样品应干燥后才能压片，易吸水、潮解的样品不宜用压片法制样；一般粉末样品制样前烘24小时，膜样品烘12小时 3）KBr粉末用完立即放入鼓风烘箱中，保持干燥 4）压制好的样品应尽快测试，否则应暂存在干燥器中样品制备和测试技

9、术l KBr压片法的缺点：1）无机和配位化合物样品与KBr研磨，尤其是施加压力时，会发生离子交换，样品的晶型也可能改变，使样品的谱带发生位移和变形，严重时会向低频移十几个波数。要严格避免使用KBr压片法；2） KBr压片法所测得的光谱中，在3400cm-1和1640cm-1附近出现水的吸收带，扰样品中结晶水、羟基和氨基的测定。KBr中的吸附水可通过烘烤或与不添加样品的KBr光谱差减消除。样品制备和测试技术 糊状法：将固体粉末用石蜡油或氟油研磨后，涂在两片KBr晶片之间测试。l 石蜡油研磨法的优缺点：1）优点是可以克服KBr压片法的缺点；制样快速简便，对光谱的影响又小； 2）缺点是在3000-2

10、800cm-1和1461cm-1、1377cm-1、722cm-1左右的碳氢吸收峰会干扰样品测定；样品用量较多，至少几毫克。l 氟油研磨法的优缺点： 1）碳氟振动吸收峰出现在1300cm-1以下，且谱带非常强，氟油研磨法制备样品不能观察到1300-400cm-1区间样品的光谱； 2）氟油法和石蜡油法可以互补。氟油1300cm-1以上没有吸收谱带，而石蜡 油在1300cm-1以下没有吸收谱带（除了在722cm-1 有弱的吸收峰外） 。样品制备和测试技术 薄膜法: 用溶液法、热压法等方法制得的薄膜测试。l 溶液制膜法：将试样溶解在低沸点的易挥发溶剂中，浇在载玻片或平整的铝箔上，或直接涂到盐片上，待

11、溶剂挥发后成膜来测定 。 l 热压制膜法薄膜的厚度为要小于50m，且厚薄均匀。薄膜法主要用于高分子化合物的测定，对于一些低熔点的低分子化合物也可应用。 液膜法：沸点较高的试样，可直接滴在两片盐片之间形成液膜进 行测试。取两片盐片，用丙酮棉花清洗其表面并晾干。在一盐片上滴 1滴试样，另一盐片压于其上，装入到可拆式液体样品测试架中进行 测定。扫描完毕，取出盐片，用丙酮棉花清洁干净后，放回保干器内 保存。粘度大的试样可直接涂在一片盐片上测定。l 注意 1）非水溶液用KBr盐片，水溶液用BaF2盐片。 2）KBr盐片易吸水，取盐片时需戴上指套。 3）盐片装入液体样品测试架后，螺丝不宜拧得过紧，以免压碎

12、盐片 。 4）粘度大的非水溶液也可以用KBr粉末压制成锭片来替代盐片。 液体：液膜法、液体池法样品制备和测试技术 液体池法：沸点较低、挥发性较大的试样或粘度小且流动性较大 的高沸点样品，可以注入封闭液体池中进行测试，液层厚度一般为 0.01-1mm。一些吸收很强的纯液体样品，如果在减小液体池测试厚 度后仍得不到好的图谱，可配成溶液测试。液体池要及时清洗干净， 不使其被污染。 l 注意 1）非水溶液用KBr窗片，水溶液用BaF2窗片。 2）由于液体池法不易清洗，能用其他方法完成的测试不再使用该法 。样品制备和测试技术 气体：使用气体池，先将池内空气抽走，然后吸入待测气体试样。 短光程气体池、长光

13、程气体池n常见问题样品制备和测试技术 谱带太小正常情况下，光谱的最强吸收峰吸光度在 0.51.4之间n常见问题样品制备和测试技术 谱带太大（出现平台峰）n常见问题样品制备和测试技术 基线倾斜 基线弯曲n常见问题样品制备和测试技术 基线严重移动 谱带太宽或太圆（调整分辨率 ）n常见问题样品制备和测试技术 水和CO2谱带太大附件介绍n 水平ATR(HATR)及其加热附件n OMNI采样器n 高温热池n 聚合物薄膜拉伸附件 HATR附件n ATR (attenuated total reflectance)即衰减全反射的简称，采用该技术测试时不需要对样品 进行任何处理，对样品不会造成任何损坏。ATR

14、附件分为四类： HATR、可变角ATR、圆形池 ATR和单次反射ATR。前三者属多次内反射，最后一类属 一次内反射。HATRHATR原理n HATR是指ATR附件的晶体是水平放置的，其光路如左下图 所示。将待测样品置于晶体材料上方，红外光束在晶体内发生多 次衰减全反射后到达检测器。由于红外光束在晶体内发生全反射 时，一方面反射光强等于入射光强，另一方面在晶体外表面附近 产生驻波，称为隐失波（evanescent wave）,如右下图。当样品与 晶体表面接触时，在每个反射点隐失波都穿入样品。从隐失波衰 减的能量可以得到吸收信息。HATR适用范围及结构特点n HATR适用范围较软的高聚物、泡沫材料

15、、薄膜，以及液体、软性粉末、膏体与胶体n HATR结构特点 HATR附件采用标配的ZnSe晶体, 入射角45，波数范围围4000-650cm-1。 晶体样样品架有槽形和平板形两种。前者适用于液体、软性粉末、膏 体与胶体，并配有用于挥发性液体册使用的盖子；后者用于薄膜样品测试，配有压力装置，以保证样品和晶体之间的均匀接触。压力装置光学部件可加热 样品架硬件使用注意事项n ZnSe晶体硬而脆，样品架要轻拿轻放；n 强酸、强碱、氧化剂、胺类、氯代溶剂（二氯甲烷、氯仿）都会与ZnSe晶体反应，这类样品不适合用该附件测试；n 对水溶液样品要求pH在5-9范围内；n 加液体时样品温度应在室温附近，过热或过

16、冷的液体会引起晶体破裂；n 测试结束后立刻将样品拿掉；n 清洁晶体时推荐用肥皂水、乙醇、丙酮；n 必须使用柔软的镜头纸或面巾纸擦拭晶体，千万不要将晶体表面磨出刻纹，以致影响光谱的信噪比；n 当晶体表面干净干燥后才可继续实验。智能OMNI 采样器n 智能OMNI 采样器是一个单次全反射ATR附件nOMNI 采样器适用范围：采用“点对点”接触式采样，适用于各种常规方法难以 应付的样品，如微小、微量样品，硬度大难以制样的样 品，强吸收不透过的样品等。 （脆、硬性）固体：漆片、玻璃、硬的聚合物 片表面不平整的样品（O型胶圈 、纤维以及聚合 物粒子）液体、涂料、凝胶等OMNI 采样器适用范围附件结构说明硬件使用注意事项n晶体材料：Germanium （Ge）n有效测试面积Point：2mm；Concave：3