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FTIR分析:解锁材料科学的新视角

发布日期:2024-03-15阅读量:52
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  • FTIR分析,即傅里叶变换红外光谱法,是一种用于探测材料分子结构和化学键合的实验技术。简单来说,这种技术通过照射一束含有多种波长的红外光到样品上,然后测量样品吸收的光量。由于不同的化学键和分子结构会吸收不同波长的光,这样就能形成一种我们称之为“吸收光谱”的图谱。这个光谱就像材料的指纹一样,能帮助我们确定材料的分子结构和化学键合状态。

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    这个过程可以想象成是给分子做X光检查。正如不同角度的X光图像可以帮助医生识别骨骼的结构,不同波长的红外光被吸收的情况也能够帮助科学家们揭示出分子的结构。

    FTIR分析的优势在于它是一种无损检测方法,这意味着在测量过程中不会对样品造成任何损害,因此可以对同一件样品进行多次测试。此外,这项技术非常敏感,能够捕捉到微小的分子振动和转动变化,而且操作简便快捷,适用范围广泛,可以用来研究各种有机、无机和生物材料。

    现在让我们深入了解一下FTIR分析的原理。当红外光照射到样品上时,如果光的频率与样品分子内某个基团的自然振动频率相匹配,那么这个基团就会吸收光能并开始振动。这种振动会在光谱上形成一个特征峰,告诉我们哪种基团存在以及它们的数量。


    一、FTIR分析的原理

    当被测试的样品接受红外光的照射,频率不断变化时,分子基团会吸收特定频率的辐射。这将导致分子内振动或旋转运动而产生偶极矩变化,从而引发分子的振动能级和转动能级之间的跃迁,使其从基态跃迁到激发态,形成分子的吸收光谱。

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    红外吸收光谱通常被用于材料的基团结构鉴定、材料的定性和定量分析:

    ①特征吸收频率——基团的吸收特性(用于定性分析)

    ②强度特征峰------用于定量分析


    二、FTIR分析的特点


    1、具有强烈的特征性:每种物质都有其独特的光谱,就像人的指纹一样。

    2、分析速度快:只需几秒钟至几分钟即可完成一次测量。

    3、无损伤试样:不会破坏或改变样品的性质。

    4、试样用量少:只需要极少量的样品就可以进行分析。

    5、适用于各种状态的试样:无论是固体、液体还是气体。

    6、分析灵敏度高:能够检测到微量的物质。

    7、应用范围广泛:可以用来检测无机、有机、高分子化合物等。

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    利用FTIR分析可以解决如下问题。

    ① 已知物的鉴定;

    ② 未知物的结构鉴定;

    ③ 特殊材料的定量分析;

    ④ 显微红外可针对产品表面残留物、表面析出粉末/液体、产品表面疑似发生氧化、腐蚀、外来物、外来成分引入等微量物质分析。

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    三、FTIR分析在材料检测领域的应用


    1、已知物的鉴定

    将试验样品的红外光谱与标准红外光谱进行对照比较。通过比较光谱峰的位置、波数和形状等特征来判断两种化合物的相似性和纯度。


    2、高分子材料一致性判定

    由于不同基团种类、排布方式不同,在红外谱图上会显现出不同的谱峰。因此,红外谱图的指纹会呈现差异,通过比较谱图,可以识别出样品中所含的化合物或化合物结构的差异,进而判定不同样品的材料一致性。一般而言,为了获得较为准确的一致性分析结果,还需综合考虑产品组分含量、产品理化性能等多方面的综合分析。

    使用范围:适用于未加工成型的塑料原料(颗粒)或加工成型的均质塑料零部件(如外壳、支撑带电部件等);以及印制电路板(PCB板)。

    材料一致性判定的目的主要包括以下几点:1.解决产品异常问题,从材料方面入手;2.监控产品,确认材料是否具有相同成分、批次和厂家;3.有效控制塑料供应商使用过量的回收料或边角料;4.通过逆向分析产品,准确鉴定未知材料,实现成本节约。


    3、异物分析

    显微红外光谱是有机异物分析中广泛采用的方法。可通过观察异物红外光谱图中官能团的吸收峰来确认异物的化学成分。一种简便的方法是利用仪器软件检索谱库,将结果与标准红外光谱图进行比较,以确定异物的化学成分。在处理复杂情况时,通常会结合傅立叶变换红外光谱分析仪以及其他检测设备,以获取更多有关异物成分或相关信息。

    适用范围:主要用于分析产品表面的各种异常物质,如颗粒、油渍、雾气、斑点等,FTIR主要针对有机异物进行检测。

    异物分析的目的是为了分析工业生产、储存和使用过程中出现的异物混杂物或未知物的成分,以便找出并追溯异物产生的原因和来源,从而有效地防止异物生成,减少企业的经济损失。

    常规情况下,用FTIR进行异物分析的试验步骤如下:

    ①在红外窗片上收集异物。

    ②获取异物的红外光谱

    研究异物的红外光谱,获得数据后进行分析,推测异物的来源。

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    4、固化率测试

    固化率表示了胶体样品经过物理或化学固化后固化程度的特征。

    进行傅里叶变换红外光谱(FTIR)固化率测试时,其中的测试项目包括观察样品在固化过程中官能团的断裂和重组、固化反应的机理、判断固化反应的程度以及测试样品的固化率等。

    使用范围:可用于环氧树脂、聚氨酯树脂、乙烯基加成聚合硅橡胶等热固性树脂的领域。

    固化率测试的目的在于评估交联度,通过这种测试可以有效地测量交联固化样品的反应程度,以确保材料性能的控制。

    总的来说,FTIR分析是一种强大的工具,它能够帮助研究人员深入了解材料的分子结构和化学键合特性,为材料的研究和开发提供重要的信息。无论是在医药、食品还是材料科学领域,FTIR分析都发挥着重要的作用。

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