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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划红外线吸收材料(共5篇)红外线吸收光谱在材料分析中的应用摘要:红外线光谱是研究材料的化学和物理结构机器表征的基本手段，红外线光谱技术可以对材料的研究提供各种信息，从而研究材料的结构和性能。本文介绍红外线吸收光谱的原理及其在材料分析中的应用，并通过红外线吸收光谱研究材料，改进材料性能开发新材料，并且做出展望。关键词:红外线;吸收;光谱;材料分析InfraredabsorptionspectruminmaterialanalysisapplicationAbstract:Theinfra
2、redlinespectrumisstudiesthematerialchemistryandthephysicalstructuremachineattributeessentialmethod，Theinfraredlinespectrumtechnologymaysupplyeachkindofinformationtothematerialresearch,thusresearchmaterialstructureandperformance。Thisarticleintroducedthattheinfraredabsorptionspectrumtheprincipleandinm
3、aterialanalysissapplication,andthroughtheinfraredabsorptionspectrumresearchmaterial,theimprovementmaterialperformancedevelopsthenewmaterial,andmakestheforecast.KeyWords:Infrared;Absorption;Spectrum;Materialanalysis引言20世纪60年代,采用光栅代替棱镜作为色散元件的第二代红外分光光度计投入使用,该仪器提高了仪器的分辨率,扩展了测定的波长范围,降低了测试时对波长范围的要求,使红外光谱法
4、的分析对象由单纯的有机化合物扩展到配合物、高分子化合物和无机化合物。现在最为通用的第三代红外分光光度计,采用了傅里叶变换技术和计算机技术应用,他的分辨率高、样品需要量少、测定速度快,而且仪器中带有数据库,便于对测试样品的图谱与数据库中的图谱进行对比。近年来,由于激光技术的飞速发展,可调激光器作为红外光源代替了色散器,第四代激光红外分光光度计研制成功并开始投入使用。材料的结构和性能是材料科学研究的重心,改进材料的微结构是改进材料的性能、开发新材料的有效途径。随着科技的进步,利用红外线光谱法研究材料的结构和性能已逐渐扩展到多种学科和领域。材料学科的发展和材料分析技术的发展是密切相关的,正因为有了先
5、进的分析技术和仪器,使研究工作者对材料的特殊性能成因有了更细微的探究,对材料的物理化学变化和显微结构有了深入的了解,从而改进材料性能开发新材料。本文介绍红外线吸收光谱的原理及其在材料分析中的应用，并通过红外线吸收光谱研究材料，改进材料性能开发新材料，并且做出展望。红外吸收光谱的基本原理用红外光照射化合物时,分子吸收红外光的能量,使分子中键的振动从低能态向高能态跃迁,将这个过程记录下来就得到红外光谱图,需要注意的是这里所说的“跃迁”指的是键的振动能级,并不是电子从低能级轨道跃迁到高能级轨道。化合物中的官能团可以吸收特定波长的红外光，即使这些官能团所处的化学环境略有不同。因此，红外线吸收光谱可以用
6、来鉴别化合物中存在的官能团1。红外线吸收光谱的基本概念红外光区域的划分红外光区的划分红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约为1000m，根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光区分为三个区：近红外光区，中红外光区，远红外光区2。近红外光区近红外光区的吸收带主要是由低能电子跃迁、含氢原子团伸缩振动的倍频吸收等产生的。该区的光谱可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化合物，并适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量分析。中红外光区绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现在该光区。由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。同时，由于中红
7、外光谱仪最为成熟、简单，而且目前已积累了该区大量的数据资料，因此它是应用极为广泛的光谱区。通常，中红外光谱法又简称为红外光谱法。远红外光区该区的吸收带主要是由气体分子中的纯转动跃迁振动-转动跃迁、液体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动所引起的。由于低频骨架振动能很灵敏地反映出结构变化，所以对异构体的研究特别方便。此外，还能用于金属有机化合物、氢键、吸附现象的研究。但由于该光区能量弱，除非其它波长区间内没有合适的分析谱带，一般不在此范围内进行分析。产生红外吸收的条件辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的跃迁能量相等,红外吸收光谱是分子振动能级跃迁产生的。因为分子
8、振动能级差为，比转动能级差大，因此分子发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随转动能级的跃迁，因而无法测得纯振动光谱，但为了讨论方便，以双原子分子振动光谱为例说明红外光谱产生的条件。若把双原子分子的两个原子看作两个小球，把连结它们的化学键看成质量可以忽略不计的弹簧，则两个原子间的伸缩振动，可近似地看成沿键轴方向的间谐振动3。在室温时，分子处于基态，此时，伸缩振动的频率很小。当有红外辐射照射到分子时，若红外辐射的光子所具有的能量恰好等于分子振动能级的能量差时，则分子将吸收红外辐射而跃迁至激发态，导致振幅增大。只有当红外辐射频率等于振动量子数的差值与分子振动频率的乘积时，分子才能吸收红外辐射，产生红外吸
9、收光谱。为满足这个条件，分子振动必须伴随偶极矩的变化。红外跃迁是偶极矩诱导的，即能量转移的机制是通过振动过程所导致的偶极矩的变化和交变的电磁场相互作用发生的。分子由于构成它的各原子的电负性的不同，也显示不同的极性，称图偶极子在交变电场中的作用示意图为偶极子。通常用分子的偶极矩来描述分子极性的大小。当偶极子处在电磁辐射的电场中时，该电场作周期性反转，偶极子将经受交替的作用力而使偶极矩增加或减少(如图(一)所示)。由于偶极子具有一定的原有振动频率，显然，只有当辐射频率与偶极子频率相匹时，分子才与辐射相互作用而增加它的振动能，使振幅增大，即分子由原来的基态振动跃迁到较高振动能级。因此，并非所有的振动
10、都会产生红外吸收，只有发生偶极矩变化的振动才能引起可观测的红外吸收光谱，该分子称之为红外活性的。当一定频率的红光照射分子时，如果分子中某个基团的振动频率和它一致，二者就会产生共振，此时光的能量通过分子偶极矩的变化而传递给分子，这个基团就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁。如果用连续改变频率的红外光照射某样品，由于试样对不同频率的红外光吸收程度不同，使通过试样后的红外光在一些波数范围减弱，在另一些波数范围内仍然较强，用仪器记录该试样的红外吸收光谱，进行样品的定性和定量分析。红外光谱法红外光谱法的特点紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特别是具有共轭体系的有机化合物，而红外光谱法主要研究在振
11、动中伴随有偶极矩变化的化合物。因此，除了单原子和同核分子如ne、he、o2、h2等之外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有微小差异的化合物外，凡是具有结构不同的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱。通常红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度，反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与分子组成或化学基团的含量有关，可用以进行定量分析和纯度鉴定。由于红外光谱分析特征性强，气体、液体、固体样品都可测定，并具有用量少，分析速度快，不破坏样品的特点。因此，红外光谱法不仅与其它许多分析方法一样，能进
12、行定性和定量分析，而且该法是鉴定化合物和测定分子结构的最有用方法之一4。红外线吸收光谱仪红外线光谱学是研究某一化学物种如分子,离子,或自由基等,因吸收红外线电磁波的能量(指红外线吸收光谱或在受激态时发射红外线辐射(指红外线发射光谱),所产生此化学物种在电子基态时纯转动,纯振动或转动-振动的能量变化。由於红外线光谱能提供分子特性的资料,而且除了光学异构物外,几乎没有二个有机化合物的光谱完全一样。因此藉助红外线光谱的研究,我们可以决定分子的结构,分子振动键的性质以及了解某些分子性质,同时也可以鉴定或分析某一化合物的存在与含量,应用范围甚广5。红外线分光光度计infraredspectrophoto
13、meter用以获得红外线光谱图的仪器。由光源、光度计、单色器、检测器和电子、机械系统组成。红外线分光光度计是用棱镜或光栅进行分光的一种红外线光谱仪。其工作原理是，由光源发出的红外线分成完全对称的两束参考光束与样品光束。它们经半圆型调制镜调制，交替地进入单色仪的狭缝，通过棱镜或光栅分光后由热电偶检测两束光的强度差。一旦放入测试样品，样品吸收红外线，两束光产生强度差，热电偶便有10Hz信号输出，经放大后输至电机，调节参考光束光路上的光楔，使两束光的强度重新达到平衡。记录笔有机地与光楔连在一起，由笔的记录位置直接指出了某一波长的样品透射率，波数的连续变化就自动记录了样品的红外线吸收光谱或透射光谱。红
14、外线分光光度计用途极广，主要用于对有机化合物、高分子化合物等的分子结构及化学反应过程的研究；进行各种有机化合物的定性和定量分析；测试各种气体、液体、固体材料物质的吸收光谱与透射光谱，以鉴定识别物质的成分、物理与化学性能等6。红外线吸收法的应用红外线吸收光谱在材料分析中的应用分析技术是一门发展迅猛的高新技术,在石油化工,农业以及食品丁业,纺织业,制药工业和临床医学等领域都有着广泛的应用.使用传统的分析方法测定一个样品的多种性质或浓度数据需要多种分析仪器,耗费大量人力,物力和时间,成本高,工作效率低,远不能适应现代工业的需求.与传统分析技术相比,近红外光谱分析技术能在几十秒甚至几秒内,仅通过对样品
15、的一次近红外光谱的简单测量,就能同时测定一个样品的几种甚至几十种数据,而且被测样品用量很少,无破坏,无污染,具有高效,快速,成本低和绿色环保的特点.光纤技术大大拓宽了近红外光谱分析技术的应用范围,为非接触式在线无损检测提供了较为有利的条件和前景.1近红外光谱技术概述近红外光是介于可见光和中红外光的电磁波.近红外光是电磁波,它具有光的属性,同时具有波及粒的二重性.技术是一种现代光谱技术,是现代电子技术,光谱分析技术,计算机技术和化学计量学技术的集合体.用近红外技术进行检测的主要流程是:收集具有代表性的样品,进行样品的光学数据采集;用标准方法对样品进行测定;通过数学方法将光谱数据和用标准方法检测的数据进行关联,将光谱数据进行转换,与标准方法测定值进行回归计算,然红外光学材料1,进口CVD硒化锌(ZnSe)红外光学材料CVD硒化锌是一种化学惰性材料，具有纯度高，环境适应能力强，易于加工等特点。它的光传输损耗小，具有很好的透光性能。是高功率CO2激光光学元件的首选材料。由于该红外材料的折射率均匀和一致性很好，因此也是前视红外热成像系统中保护窗口和光学元件的理想材料。同时，该材料还广泛用于医学和工业热辐射测量仪和红外光谱仪中的窗口和透镜。CVDZINCSELENIDETransmissionWavelengthinMicrometers(t=8mm)光学性质：
