红外光谱的应用

红外光谱的应用 红外光谱的应用 姓名:蒋江龙 学号:20134940 摘要 红外光谱作为一门先进的技术，已经在各个领域得到了广泛的应用，如红外光谱分析法在宝石鉴定，橡胶鉴定，烟草生产，涂料工业和矿场中的应用。综述了红外光谱法的应用前景及实例，通过实例让我们了解红外光谱在日常生产生 了解红外光谱分析的原理，应用的意义以及这门技术的优缺点。 活中的重要性。并 关键词 红外光谱 红外光谱法 宝石 橡胶 烟草 涂料 红外光谱分析的原理 优缺点 正文 一:红外光谱 红外光谱又称分子振动转动光谱,属分子吸收光谱。样品受到频率连续变化的红外光照射时,分子吸收其中一些频率的辐射, 使振-转能级从基态跃迁到激发态,相应于这些区域的透射光强减弱,记录百分透过率T%对波数或波长的曲线, 红外吸收光谱的具有以下特点1、只有振-转跃迁,能量低2、应用范围广3、分子结构更为精细的表征4、可以进行定量分析5、样品不限形式,用量少,不破坏样品6、分析速度快7、可联用。这些特点也是将其与紫外可见光谱得以区别。 红红外光谱与紫外可见光谱存在着很大的区别区别。首先，.光谱产生的机制不同。红外是分子振动和转动能级的跃迁，而紫外可见光是价电子和分子轨道上的电子在电子能级上的跃迁;其次是研究对象不同前者是在振动中伴随有偶极矩变化的化合物，后者是不饱合有机化合物特别是具有共轭体系的有机化合物;最后是二者分析的试样形式不同，使用范围不同，红外是气、液、固均可，既可定性又可定量，非破坏性分析，而紫外可见光既可定性又可定量，有时是试样破坏性的。 产生红外光谱需要满足俩个条件:(1)红外辐射光子的能量与分子振动能级跃迁所需能量相同。 (2)辐射与物质间有相互耦合作用(偶极距有变化) 分子的振动都有一个内在的频率，如果辐射到分子上的红外线的频率与分子振动的内在频率不同，分子振动不受到影响。如果二者相同，则会产生共振效 应，分子吸收入射的红外线，振幅增大，能量增加。分子具有内在的振动频率只是共振效应产生的必要条件之一。内在频率的大小决定了分子吸收何种频率的红外线。而这种吸收能否发生则由分子在振动过程中偶极矩是否发生变化所决定。如果一个分子的正负电荷的重心不重合，当分子进行伸缩振动时，正负电荷重心的距离跟随发生相应的变化，因此偶极矩也相应的伸长或者收缩。 当一个红外光子作用于分子时，由于红外光子的波长远远大于分子的体积，可以认为分子处于均匀的电场中。多原子分子的振动较为复杂(原子多、化学键多、空间结构复杂)，但可将其分解为多个简正振动来研究。简正振动是指 整个分子质心不变、整体不转动、各原子在原地作简谐振动且频率及相位相同。此时分子中的任何振动可视为所有上述简谐振动的线性组合。 红外光谱的分区常见的有机化合物基团频率出现的范围:4000 , 600 cm-1可分为:4000-1300cm-1的高波数段官能团区，以及1300cm-1以下的低波数段指纹区。官能团区的峰是由伸缩振动产生的，基团的特征吸收峰一般位于该区，分布较稀疏，容易分辨。指纹区包含了不含氢的单键伸缩振动、各键的弯曲振动及分子的骨架振动。特点是振动频率相差不大，振动偶合作用较强，易受邻近基团的影响。分子结构稍有不同，该区吸收就有细微差别。 二:红外光谱法的简介 红外光谱法又称“红外分光光度分析法”。简称“IR”,分子吸收光谱的一种。利用物质对红外光区的电磁辐射的选择性吸收来进行结构分析及对各种吸收红外光的化合物的定性和定量分析的一法。被测物质的分子在红外线照射下，只吸收与其分子振动、转动频率相一致的红外光谱。对红外光谱进行剖析，可对物质进行定性分析。化合物分子中存在着许多原子团，各原子团被激发后，都会产生特征振动，其振动频率也必然反映在红外吸收光谱上。据此可鉴定化合物中各种原子团，也可进行定量分析。 三:红外光谱应用的具体实例 1.红外光谱在宝石鉴定中的应用 在不需要制样、不破坏样品的情况下,以实际例子说明了红外光谱仪在宝玉石种属的鉴别、优化处理的确定以及天然与合成宝石的区分方面所起的重要作 用。相比而言,用常规化方法鉴别宝石种属较便捷,但有一定的风险。而确定宝石是否经过优化处理以及区分宝石的天然与合成,则是KBr压片法所不能解决的问题。此外,红外光谱常规化应用在探讨宏观晶体结构、集合体内作用力、矿物岩石中水的情况等方面具有一定的实际意义,举例中特别给出了SiO_2宝石结晶程度在红外光谱上的表征。 2.红外光谱在橡胶鉴定分析中的应用 比如用红外光谱法鉴别几种难区分的橡胶。在日常生活中对于一些橡胶，我们用一些日常的方法很难区分，但是在红外光谱中就有明显的差异。所以红外光谱法是用于鉴定难于区分的橡胶类型的简便而又准确的方法。 在傅立叶变换红外光谱法分析橡胶的方法中，有两种方法，一种是按照GB/T7764-2001《橡胶鉴定—红外光谱法》国家标准对橡胶进行鉴定分析的常规方法，另一种是利用红外漫反射和衰减全反射法(ATR)对橡胶进行分析鉴定的方法。适用于测试异戊二烯橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、聚丁二烯橡胶、乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、聚氨酯橡胶、氯醚橡胶、丁腈酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶的生胶、混炼胶、硫化胶单一或并用胶料(并用胶里的小比例聚合物含量质量比一般不应低于20%)的鉴定，但此法不适用于定量分析。 3(红外光谱分析法在烟草生产中的应用 应用红外光谱分析法定量快速检测法快速检测出初烤烟叶中的各种主要化学成分，可及时了解烟叶质量，为烟卷厂业企业提供准确的烟叶质量信息。加快烟叶工商挑拨速度，为卷烟工业企业配方提供基础，达到合理使用烟叶原料。 运用近红外光谱分析技术可以尽快检测出青烟叶中的烟碱，总糖，还原糖，总氮，钾和氯等主要化学成分含量。对烟间生产的烟叶作实时在线监测，了解烟叶干物质累计动态，采取相应的农艺措施。使烟叶化学趋于协调。 使用近光谱分析技术可以快速检测出油枯中的营养成分。对采购的油枯质量做实时在线监测。保证产品质量合格，根据油枯特性，对各指标均制定了标准，未达到标准含量的指标会对供应商作相应的经济制裁，促使供应商共同对产品质 量进行监控。同时准确了解枯油的营养成分。为烤烟平衡施肥技术的养分配比提供依据。防止施肥过量或不足，导致烟株营养过剩或缺乏。 利用近红外光谱法能有效判别漂浮育苗基质的原料是何种物质。不同基质配方比例的模型能有效辨别出别检测的基质是否属于同类，不是该配方比例的基质不能被该配方识别。为此，以生产上为基准的漂浮育苗基质配方比例建立基质分析模型，用红外光谱法分析漂浮育苗基质的比例是否合格，对产品质量做实时在线监测。 4(红外光谱在涂料工业中的应用 涂料作为一种复杂的混合物， 给剖析工作带来了困难。而现代F T - I R红外光谱技术的快速发展，使样品分析变得容易多了。本文叙述了在实际工作中接触到的各种各样漆膜、色漆、树脂、助剂和添加010有效鉴定和剖析，阐述F r -I R红外光谱法在涂料工业应用中的重要性和广泛性。 傅立叶红外光谱的特点是检测灵敏度高，测量精度高， 分辨率高及测量波段宽，全波段内分辨率一致。这些优点的一个重要应用就是样品需求量少，微量测定可达到n g 水平; 谱峰分离精度高，使混合物差谱检测和多组分定量分析更为准确;检测速度快， 测一个样品最快在几m i n内完成; 波段宽， 可为研究物质结构提供更多的信息。由于上述特点，使得原来不能分析的复杂样品变为可行。 红外光谱技术分析样品的主要步骤为:样品处理、 仪器操作、 谱图解析。 三者相互依存，互相关联。其中样品处理技术是前提，它的好坏影响到谱图的质量及解析的正确性。样品处理技术又可分为薄膜法、 K B r 压片法、 溶液法、切片法和热解法。 对不同的样品: 固体、 液体、 气体或纯物质和混合物，其前处理的方法均不同，应视样品的具体情况而定。以特定溶剂处理特定样品， 如聚酞胺类样品， 最合适的溶剂是甲酸， 通常用甲酸溶解样品后，在载玻片上流涎成膜摄谱。各种高分子材料的样品前处理方法在文献川 一 川 中 都有 介绍， 这里不 再一一 复 述。 仪 器 操作，因各公司生产的F T 一I R仪器各具特色， 仪器的参数条件不同， 选择的操作方法也不同， 但总的来说， 目前市场上应用的F T一 I R仪器， 均具有可操作性。谱图解析技术是红外光谱法中最关键的技术。它是根据红外谱带的三个重要特征( 位置、 形状、 强度) 来提供这个化 合物结构的信息， 最直接，也是最可靠的方法是将测绘的未知物光谱与标准光谱直接进行比较。如果两个光谱相同或非常相似，则可认为它们是相同的或结构相似的物质。另外，还可用否定法、肯定法及否定肯定两者并用的方法解析谱图。 具体应用到涂料的分析鉴定中，以上技术方法都适用。对某些复杂的涂料样品，需多种方法并用才能鉴定。 下面介绍用F I 一 I R红外光谱技术分析鉴定涂料漆膜、色漆、树脂、助剂及添加剂的一般方法。 四:红外光谱的优缺点 利用红外光谱的优点有: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。 红外技术也有着它致命的弱点:1.需要大量有代表性且化学值已知的样品建立模型。这样，对小批量样品的分析用近红外就显得不实际了。2.模型需要不断更新，由于仪器状态改变或标准样品发生变化，模型也要随之变化了。3.模型不通用，每台仪器的模型都不相同，增加使用的局限性。4.建模本钱高，测试用度大。 总结 不管怎样，近红外技术在我们的日常检测中，对于比较成熟的检测项目，它还是有不可取代的特点的。把握好红外检测技术的优缺点，相信在不久的将来，相关的检测仪器能的得到快速的发展和广泛的应用，会为我们的油气测试分析提供更加优势的技术和方法，带来无穷的效应。随着红外光谱分析法的优势的显现，红外光谱得到了越来越大的应用，工厂质控领域结合自身的领域结合自身的条件情况对其在该领域的研究进行了有效的研究和扩展，基本形成以红外光谱为定性，半定量分析模式，红外光谱分析有如下的技术特点，分析速度快，多种成分同时分析，无污染分析，样品不需特别的预处理，不使用有毒有害的试剂，无损伤分析，操作简单，分析成本低，在生产中， 红外光谱应用于生产控制和样品 稳定性考察。色谱指纹图谱可以应用于重点成分指标含量控制。两者互相渗透互为补充。为生产工业提供很好的检测及技术手段。 参考文献 1.牟莉,崔文元;昌化明矾石地鸡血石的矿物学研究[J];岩石矿物学杂志;2004年01期 2.石国华;桂林水热法合成祖母绿红外光谱特性及其意义[J];宝石和宝石学杂志;1999年01期 3.许如彭;翡翠颜色的定量描述[J];宝石和宝石学杂志;1999年02期 4.吴伟娟,段体玉;合成碳硅石的特征及鉴别[J];宝石和宝石学杂志;1999年03期 5.张良钜;块状水钙铝榴石玉的点状绿研究及其鉴别[J];宝石和宝石学杂志;2000年02期 6.孙伯英、宁光才.红外光谱法检测油田采出水含油量[J]. 7.徐金龙. 红外光谱法测定在用油液的氧、硝、硫化值与酸值相关性研究[J]. 总后油料研究所，第23卷第3期.