沙发8反射在纺织化学与染整工程中的应用.pdf

沙发沙发 衰减全反射傅里叶变换红外光谱技术（衰减全反射傅里叶变换红外光谱技术（attenuatedattenuatedattenuatedattenuated totaltotaltotaltotal internalinternalinternalinternal reflectancereflectancereflectancereflectance FTIRFTIRFTIRFTIR，ATR-FTIRATR-FTIRATR-FTIRATR-FTIR）将样品与全反射棱镜紧密贴合，当入射角大于临界角时，入射光在进入光疏介质（样品）一定深度时，会折回射入全反射棱镜中（图 1），射入样品的光线会由于样品的吸收，有所衰减，不同波长范围衰减程度不同，与样品的结构有关。记录其衰减随波长的变化即得到衰减全反射光谱。衰减全反射红外光谱为一些无法用常规红外透射测量的样品，如涂料、橡胶、塑料、纸、生物样品等提供了制样摄谱技术。Figure 1.Amultiple reflectionATRsystem1测试原理衰减全反射(attenuated total reflectance，ATR)是一种检测样品表面信息的技术，检测深度为 5nm 左右，非常适合于羊毛表面鳞片的研究。其工作原 理为：把透明的高折射率(n1)的全反射棱镜夹在两块低折射率(n2)的样品之间，让某一频率连续变换的红外光线以一定角度入射当入射角()大于临界角时，入射光在透入光疏介质(样品)一定深度后，会折回射入全反射棱镜中。进入样品的光，在样品有吸收的频率范围内光线会被样品吸收而强度衰减，在样品无吸收的频率范围内光线被全部反射。光线在棱镜与样品的界面上发生多次吸收与反射，也即光线的强度发生多次衰减，最后带有样品信息的红外光线射出棱镜，进入检测器。全反射光谱的峰形和频率与透过光谱一致，但峰的强度分布与透过光谱有明显的差异，即高波数 段峰的强度减弱，低波数段峰强度与透过光谱相似，这些强度分布是有规律的，它遵循全反射工作原理的下述公式2dp=1/2(Sin2n212)1/2式中：1是光线在内反射棱镜材料(光密介质)中的波长，它与入射光波长的关系是1=/n1，n1是内反射棱镜材料的折射率。为入射角，在全反射工作中入射角必须大于临界角。n21是样品折射率 n2与 n1之比，dp 是光透入样品的垂直深度，称穿透深度。从上式可以看出，与光谱吸收强度直接相关的 dp 值取决于1、和 n21，对已选定的全反射棱镜 材料和样品(即 n21 已定)而言，穿透深度 dp 主要取决于入射角，入射角增大，Sin趋向于 1，n2/n1永远小于 1，故分母值趋大，dp 值减小。就已选定的入射角(已定)和样品(n2已定)而言，全反射棱镜材料的折射率 n1越大，n2/n1值趋小，穿透深度 dp 下降。故在同一样品，相同入射角时，使用 KPS-5 全反射棱镜(n1=2138)得到的光谱相对较 强，而同样反射次数相同的锗棱镜(n1=4)的光谱，其吸收强度就弱得多。1是光在光密介质n1中的波长，入射光总是从光密介质(棱镜n1)透入光疏介质(样品n2)，在、n21已选定的情况下，当仪器扫描时，不同波长的光就有不同值的穿透深度。短波长的光1值小，穿透深度dp 值就小，吸收示弱；而长波长的光1值大，dp值就大，吸收示强。这就是反射光谱吸收强度分布的依据。全反射光谱的吸收强度与样品用量无关，而取决于穿透深度dp、反射次数、样品与棱镜的紧密贴合情况以及样品本身吸收的大小。因此，要增加全反射光谱的吸收强度，需要增加内反射次数，并使样品与全反射棱镜之间紧密接触。红外光谱采用傅立叶变换，进行二次微分，可大大提高峰的分辨率，但峰强度倒置。沙发沙发 美国Nicolet公司推出的ATR附件 智能OMNI采样器，克服了传统ATR附件晶体与样品不能紧密接触而影响谱图质量的缺点，可对许多不能采用传统方法进行分析的特殊样品进行分析鉴定采用美国Nicolet公司生产的傅里叶变换红外光谱仪的衰减全反射附件_oMNI采样器，对4种不同材料表面的聚合物涂层进行了ATR-FTIR分析。该方法能在不破坏样品的前提下，快速准确地分析出材料表面涂层聚合物的成分。21 材料表面有涂层的山羊皮革(沈阳标准样品研究所)22 仪器及测试条件Nexus670型傅里叶变换红外光谱仪，配有锗晶体的ATR附件和OMNI采样器(美国Nicolet公司)。，分辨率4cm，扫描范围4 000650 cm，扫描32次。23 测试方法将样品的涂层面直接放在锗晶体上，旋转OMNI采样器固定钮压住样品，在4 000650 crn-范围内扫描，采集样品的衰减全反射红外光谱谱图。图2为山羊皮革涂饰层的ATRFTIR谱图。从图2可看出，在1 64466 cm-1、1 27843 cm-1、1 07750 cm-1、84245 cm-1等位置出现了硝酸纤维素的特征吸收峰。其中，出现在I 278 43 cm-1处的最强谱带为NO的伸缩振动，1077.50cm-1处的强吸收峰为纤维素-CH20H中C-O的伸缩振动，1 64466 cm-1、842.45cm-1处的强吸收峰为-N02的伸缩振动。据此分析，可判定山羊皮革样品的表面涂层主要成分为硝酸纤维素。衰减全反射红外光谱法直接测定丙三醇的含量摘摘要要:利用丙三醇（CH2OHCHOHCH2OH）在 1115.9-994cm-1 处有 C-O 伸缩振动的红外特征吸收峰,而水在此无吸收峰,采用衰减全反射红外光谱法,并用OPUS软件进行ATR较正来测定水溶液中丙三醇的含量.测定结果表明,丙三醇的含量与其红外吸收峰高、峰面积在实验浓度范围内皆有良好的线性关系,峰高和峰面积的校准曲线相关系数分别为 0.997 和 0.998,操作步骤简单、快速,测定结果令人满意。一般情况下，采用重铬酸钾法、醋酸酯化法、高碘酸氧化法等1 来测定丙三醇的含量，操作时间长且繁琐。在此我们用衰减全反射红外光谱法对其进行了定量测定，实验结果令人满意，并且方沙发沙发 法简单、快速。21 主要仪器和试剂BRUKER EQUINOX一55型傅里叶红外光谱仪(德国Bruker公司)，具有多次扫描、多种测试方式的功能；同时具备计算机谱峰分析软件OPUS，可进行谱峰定标、谱峰差减、峰面积及峰高测算等功能。美国PIKE公司单次衰减全反射测试附件(HATR)，ZnSe晶体(透光范围4000一650cm-1)，晶体折射率n1=2.42，红外光内反射角45。丙三醇(分析纯)23 实验方法用标准丙三醇和蒸馏水分别配制成丙三醇质量百分浓度(mira)=：=20%、40%、60%、80%、100%的溶液，分别测定其吸收光谱，以10467cm-1处吸收峰的高度h，以及吸收光谱在117029557cm 处的多峰面积，绘制校准曲线。然后对样品进行测试，分别以峰高和多峰面积进行定量分析。3 结果与讨论31 丙三醇红外光谱丙三醇结构中含有伯醇和仲醇。在3287.3cm 处有宽而强的多缔合体-OH的伸缩振动峰，在1115.8-994cm-1处有丙三醇的C-0键对称与反对称的伸缩振动吸收峰。水的特征吸收峰在1580-1780cm-1处，可见水的强吸收峰不会覆盖丙三醇的C一0伸缩振动吸收峰。图1是丙三醇质量百分数分别为2O%100%的丙三醇红外吸收光谱图，随着丙三醇质量百分数含量的增加，水在1580-1780cm-1处的吸收峰降低，而在1115.8-994cm-1处丙三醇C-O伸缩振动吸收峰升高，峰面积增加。(一)仪器及材料采用NICOLET 20DXB傅里叶变换红外光谱仪以及SPECTRA-TECH公司MODEL300连续可调的ATR装置，晶体KRS-5，=50。在室温下测定。织物：丹东丝绸印染厂生产的5023漂炼柞丝绸。光源：15oow高压汞灯，样品与光源距离为30cm，在光照过程中不断用电风扇吹样品，避免织物温升。沙发沙发 光照时间分别为1、3、5、7小时。未经紫外光辐照的柞丝绸的ATR光谱图如图1所示，3269cm-1是酰胺A，NH伸缩振动，3070cm-1是酰胺B，酰胺的倍频；1626cm-1是酰胺I，C=O伸缩振动，1508cm-1是酰胺，-NH面内变角加CN伸缩振动；1445cm-1是CH3不对称变形和CH2剪式振动，137lcm-1是CH3对称变形振动，1218cm-1是酰胺，CN 伸缩加-NH面内变角振动；1050cm-1是肽链骨架振动(非结晶部分)，963cm-1是丙氨酸-丙氡酸肽链骨架(结晶部分)。特征频率值与文献比较接近。据报道蛋白质红外光谱中1015cm-1和970cm-1吸收峰分别为多聚甘氨酸（GlyGly）。和多聚丙氨酸（AlaAla）。肽链骨架振动的特征吸收峰，柞丝绸的ATR光谱图(图1)中有963cm-1中等强度的吸收峰，表明柞丝绸中以多聚丙氨酸肽链为主。实验观测了1626、1508、1050和963cm-1四个特征峰的吸收强度随光辐照时间增加的变化规律，实验发现1445cm-1蜂的吸收强度随光照变化很小，故选择1445cm-1吸收峰作为参比峰。未经紫外光辐照以及经过紫外光辐照7小时的柞丝绸在波数l850-450cm-1范围内的ATR光谱图如图2所示。摘要采用水平衰减全反射傅里叶变换红外光谱(HATR-FTIR)法研究了天然白棉及棕色彩棉的傅里叶变换红外光谱。实验发现两者所含主要有机化合物基本相同，其主要差异在于天然棕棉在1735 cm-1处有一酯羰基基的吸收峰，并且随着结构的变化，棉花颜色亦发生了改变。结果表明傅里叶变换红外光谱可用于天然白棉和彩棉的分析研究。HATR-FTIR测试方法:使用Nicolet公司的NUXUS670型傅里叶变换红外光谱仪，DIGS检测器，分辨率2cm-1，光谱扫描范围4000-650 cm-1。在采集数据前，根据仪器测试要求把HATR沙发沙发 水平放置在傅里叶变换红外光谱仪的样品仓中，采用玛瑙研钵将切碎的样品研磨成粉末，并分别置于傅里叶变换红外光谱仪的HATR的金刚石与校正压力装置之间，按照所给定的测试条件直接测定样品的HATR-FTIR(横坐标为波数，纵坐标为吸光度)。图1为白棉与棕色彩棉的HATR-FTIR从图1可以发现，棕棉和白棉主要组成基本相同，红外光谱都表现出纤维素的特征。纤维素是一种多糖物质，1050,1100,1150 cm-1，左右主要是纤维素分子的基本单元葡萄糖苷中C-O键的伸缩振动吸收，故这几个吸收峰为强峰，这同时也说明了棉花主要成分就是纤维素。在2 900,2 855 cm，左右的吸收是纤维素分子中饱和C-H键的伸缩振动吸收。3 292 cm-1，左右强而尖的谱带，很显然是典型的经基伸缩振动吸收，这显然是来自于纤维素分子中的差基吸收。两者的主要区别在于:棕棉在1735 cm-1有一吸收峰为非共轭羰基峰，可以认为是酯碳基的吸收峰，而白棉并不存在此吸收蜂。因此可初步判断棕棉结构中可能存在酯碳基，由于其具有一定活性，在一定条件下会显色，结构变化后会变色。通过3种检测方法，快速确定进口化纤涂布成分1.直接扫描所查验的化纤涂布分为两层，为白色透明薄膜，由于化纤涂布大多数是通过热熔法制成的，纤维状物质(少量)不均匀地黏附在光滑的背衬上，黏合非常紧密，两者不可撕开分离。样品红外直接扫描吸收光谱图如图1所示，由于样品有一定厚度，吸收强度较高，在5002(KDem 区域峰重叠，特征峰分离不明显，3330em 和1530em 为NH振动高强度的宽吸收带，1735em 处的吸收带为酯类C=0收缩振动形成的，根据计算机谱库检索，可初步确定涂布背衬面为聚氨酯，但由于表面纤维层的吸收干扰，扫描结果不理想。沙发沙发 32分离检测通过初步鉴定，样品的背衬面高聚物成份为聚氨醋，纤维状黏附物为聚酯类物质，但由于直接扫描干扰大和差谱法的不确定性，只有设法把两种材料完全分离，才能准确地确定样品的成份。由于两者黏合非常紧密，无法依赖机械工具剥离。热塑性聚酯弹性体的熔点在225265C间，而聚氨醋熔点范围为170190，两者相差为35 953，根据两者热熔点物理性能的差别，控制加热熔融温度，成功地把粘合紧密的材料分离，图3和图4-分别是纤维状黏合物和光滑背衬的红外吸收光谱图，可清晰和准确的分辨材料为聚酯和聚氨酯。33-衰减全反射(A1R)检测上述检测为红外直接透射吸收光谱，但利用全反射理论和ATR装置，以反射光的强度作为波长的函数记录光谱，在理想的情况下(样品与反射晶体材料紧密接触，而且在整个波长范围内入射角都大与临界角)，获得的光谱非常相似于吸收光谱。使用ATR采样器，其可增加全反射次数，样品多次吸收光束的能量，反射光谱中吸收带增强。使用采样器可直接对材料进行简便鉴定，其不需对材料进行破坏和分离，但由于是反射，吸收光束能量仅为透射光谱中的三分之一(以2000em 处透射能量为标准)。图6和图7分别是纤维状粘合物和光滑背衬的ATR反射光谱图，由于吸收能量低，谱图中吸收率在01 以下，但可准确地鉴别该样品为聚酯和聚氨酯复合型化纤涂布。