红外光谱应用石油、工业等-蓝奔月.ppt

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1、红外光谱技术的应用,姓名：蓝奔月学号：6121203005,实例与图谱分析-正己烷,实例与图谱分析-正己烷,实例与图谱分析-正己烷,谱图的解析一般从高波数开始，因为高波数谱峰频率与基团一一对应，而且最容易解释。在3000cm-1以上没有吸收峰，表明没有不饱和的CH伸缩振动。在3000cm-1以下的四个峰是饱和C-H伸缩振动峰。,实例与图谱分析-正己烷,在2962cm-1处的峰是CH3基团的反对称伸缩振动。这种反对称伸缩振动范围296210cm-1，事实上，存在两个简并的反对称伸缩振动（显示其中一个）。,实例与图谱分析-正己烷,在2926cm-1处，是CH2的不对称伸缩振动峰，一般在292610

2、cm-1范围内。,实例与图谱分析-正己烷,2872cm-1处是CH3的对称伸缩振动峰，一般波数范围为：287210cm-1。,实例与图谱分析-正己烷,在2853cm-1处的吸收峰，是CH2的对称伸缩振动峰，一般这种振动峰的吸收位置在：285310cm-1。,实例与图谱分析-正己烷,这是C-H弯曲振动区域，把该区域放大CH2和CH3的弯曲振动峰叠加在一起，关于这一点，我们可以比较环己烷和2,3-二甲基丁烷在该区间的吸收峰。,实例与图谱分析-正己烷,在1460cm-1出现的宽峰实际上是两个峰叠加而成的。一般地，CH3基团的反对称弯曲振动峰的位置在146010cm-1,这是一个简并弯曲振动（仅显示一

3、种）。,实例与图谱分析-正己烷,在145510cm-1处，是CH2的弯曲振动峰吸收值（也叫剪刀振动）。,实例与图谱分析-正己烷,在137510cm-1，是CH3对称弯曲振动（也叫“伞”弯曲振动）吸收峰位置，这个峰通常时很有用的，因为这个峰比较孤立，比较环己烷的谱图，最大的差异就是在环己烷谱图中没有CH3基团的对称弯曲振动峰。,实例与图谱分析-正己烷,这是指纹区，这一段区间的吸收有很多的因素，很难解释。不管多么复杂，利用参考谱图进行比对，即可对样品进行定性判断。,实例与图谱分析-正己烷,当四个或更多的CH2基团在一根链上，72010 cm-1是CH2基团的摇摆振动。,一、红外光谱吸收方法,红外光

4、谱的最大特点是具有特征性，谱图上的每个吸收峰代表了分子中某个基团的特定振动形式。定性分析定量分析,1.已知物的鉴定 将试样谱图与标准谱图对照或与相关文献上的谱图对照。2.未知物结构分析 如果化合物不是新物质，可将其红外谱图与标准谱图对照；如果化合物为新物质，则须进行光谱解析，其步骤为：1）该化合物的信息收集：试样来源、熔点、沸点、折光率、旋光度等；2）不饱和度的计算：通过元素分析得到该化合物的分子式，并求出其不饱和度.0 时，分子是饱和的，分子为链状烷烃或其不含双键的衍生物；1 时，分子可能有一个双键或脂环；2 时，分子可能有一个三键或两个双键；4 时，分子可能有一个苯环。注意：一些杂原子如S

5、、O不参加计算。,定量分析就是基于物质组成的分子对红外光的吸收作用。理论依据就是Lambert-Beer定律：定量时吸光度的测定常用基线法。如图所示,图中I与I0之比就是透射比。红外光谱的谱带较多，选择余地大，所以能方便地对单一组分或多组分进行定量分析，并且该方法不受试样状态的限制。但红外光谱法的灵敏度较低，尚不适于微量组分测定。,基线的画法,二、在矿物含量分析中的应用,1、传统上，鉴定样品中矿物的组分及含量的方法是：薄片分析和X衍射。2、与XRD法相比，光谱法相当迅速，每次分析大概2min，且经济实惠。3、FTIR是利用红外光中间波长区域(2.540um)的矿物吸收光谱及其与矿物标准光谱的对

6、比，可以计算出大多数矿物成分的绝对百分比含量。4、实例：刘志飞等运用FTIR光谱法确定了MD01-2393孔样品中的主要矿物包括高岭石、伊利石、蒙脱石、绿泥石、石英、长石、方解石和少量生物硅质矿物，基本不含白云石和文石，定量分析计算了高岭石、石英和方解石占全岩的含量。,三、红外光谱法检测、鉴定翡翠,1、在红外光谱分析中，波长2.525um（波数4000400cm-1)的中红外区域是宝石学应用和研究最广泛的光谱区域。中红外区又分为基团（官能团）频率区和指纹区。基团频率区：波数40001500cm-1,该区出现的特征红外吸收谱带只与特定基团振动有关，通常用于鉴别宝石中可能存在的基团。指纹区：波数1

7、500400cm-1,是由整个分子或分子的一部分振动产生的，与分子结构有关，结构不同的分子，显示不同的红外吸收谱带，可以通过特定的红外图谱来识别特定的分子结构，从而鉴定宝石品种。2、优质翡翠具备绿色纯正、浓艳色美，结构质地细腻、透明度高等特点。3、不添加或充填任何材料的翡翠，其红外吸收光谱，除水峰外，在基团频率区没有特征红外吸收谱带，在指纹区有一系列与分子的结构有关红外吸收谱带，可以根据这些吸收峰组合，来确定是不是翡翠。,4、近年来翡翠处理技术及处理材料的不断更新换代，使得新一代处理翡翠在表面结构、光泽、紫外荧光等外观特征上与天然未经处理的翡翠差别逐渐减少，尤其是经过二次抛光处理的翡翠，表面比

8、较光洁，用常规检测方法判断识别非常困难，利用红外光谱检测翡翠是否经过环氧树脂、有机蜡等高分子聚合材料充填处理，成为有效地方法。5、使用德国布鲁克公司TENSOR27型傅里叶变换光谱仪对翡翠样品进行测试。结果表明：a.经过环氧树脂等高分子聚合物充填处理的翡翠（注胶翡翠）。在31003000cm-1处、30002800cm-1处有红外吸收谱带，前者以3050cm-1红外弱吸收谱带为特征，后者以2967cm-1、2929cm-1、2874cm-1红外吸收谱带为特征。,6、直接透射法：适用于40002000cm-1的波数范围，2000cm-1以下指纹区内红外吸收谱几乎完全吸收，样品中含有的有机高分子化

9、合物可以采用直接透射法测得。7、漫反射法：使用漫反射附件，适用于4000400cm-1的波数范围，在测试样品时，要分40002000cm-1、2000400cm-1两个波段。漫反射法适用于几乎所有不透明或透明宝石、优化处理宝石。8、红外光谱检测鉴定宝石，测试结果一定程度上受非均质体结晶方位的影响，应取不同方位的光谱数据。漫反射法接受的红外信息比直接透射法少，灵敏度也比透射谱低。,b.经过上蜡、注蜡优化处理的翡翠。在30002800cm-1处有红外吸收谱带，以2919cm-1、2850cm-1红外吸收谱带为特征。蜡存在于翡翠浅表，红外检测在2919cm-1、2850cm-1处没有或只有很弱的红外

10、吸收峰。,9、漫反射傅里叶变换红外光谱技术是一种对固体粉末样品进行直接测量的光谱方法。原理：当光束入射至粉末状的晶面层时，一部分呢光在表层各晶粒面产生镜面发射；另一部分光折射入表层晶粒的内部，经部分吸收后射至内部晶粒界面，再发生反射、折射吸收。最后由粉末表层朝各个方向反射出来，这种辐射称为漫反射光。由于反射峰很弱，它与吸收峰基本重合，仅仅使吸收峰稍有减弱而不至于引起明显的位移，对固体粉末样品的镜面反射光及漫反射光同时进行检测可得到其漫反射光谱。漫反射率和样品浓度的关系可用下式表示：,特点：漫反射傅里叶变换红外光谱法不需要制样、不改变样品的形状、不需要样品有足够的透明度或表面光洁度，不会对样品造

11、成破坏或污染，不会对样品外观及性能造成任何损坏，可直接将样品放在样品支架上进行测定，可以同时对多种组分进行测试，很适合对珠宝的真伪进行鉴定。,10、红外光谱直接透射测试技术基本原理：朗伯特-比尔定律，公式如下：,宝石矿物红外光谱显示一系列吸收谱带，各吸收谱带吸收强度不同，是由于每个吸收谱带具有不同的摩尔吸光系数引起的。在混合物中，哪种物质的质量分数大，则其红外吸收谱带的相对强度就大，根据混合物中不同物质产生的特定吸收谱带的相对强度就可估计混合物中不同物质的相对质量分数。根据比尔定律，特征基团振动所产生特征吸收谱带的吸光度除取决于这个振动的摩尔吸光系数和物质的质量分数外，还取决于所测物质的厚度。

12、,11、衰减全反射傅里叶变换红外光谱20世纪80年代初将显微镜技术应用到傅里叶变换红外光谱仪，诞生了全反射傅里叶变换红外光谱仪，使微区成分的测试和分析变得简单快捷检测灵敏度达数纳克。显微全反射红外光谱图像系统是由FTIR红外光谱仪、显微镜及摄像系统、显微ATR、计算机及图像软件组成。衰减全反射不需要透过样品的信号，而是通过样品表面的反射信号获得样品表层有机成分的结构信息，因此衰减全反射具有如下特点：1）不破坏样品，不需要像透射红外光谱那样要将样品进行分离和制样。2）可测量含水和潮湿的样品3）检测灵敏度高，测量区域小，检测点可为微米4）能得到测量位置处物质分子的结构信息、某化合物或官能团空间分布

13、的红外光谱图像及微区的可见显微图像5）能进行红外光谱库检索以及化学官能团辅助分析，确定物质的种类和性质6）操作简便，自动化，用计算机进行选点、定位、聚集、测量。广泛应用于塑料、纤维、橡胶、涂料、粘结剂等高分子材料制品的表面成分分析和生物工程的过程分析。,四、近红外光谱技术在食品掺伪检测中的应用,表1：在食用油掺伪检测中的应用,表2：在定性、定量分析牛奶掺伪检测中的应用,蜂蜜掺假检测：糖类物质是蜂蜜中的主要天然成分，糖浆组分的物理特征与其类似，因此在蜂蜜中加入转化糖和糖浆成为目前最常见的掺假手段。陈兰珍等首次提出了一种用傅里叶变换近红外光谱结合判别偏最小二乘法快速鉴别蜂蜜真伪的新方法。饮料掺假检

14、测：果汁类产品是不允许添加任何外来物质的，果汁含量为100%，果汁饮料是指在果汁中加入水、糖液、酸味剂等调制而成的清汁或混汁制品，掺假手段主要有加入水、甜味剂、酸味剂、果渣提取液，价格高的果汁中加入价格低的果汁等。国外一些学者研究了利用近红外光谱技术快速检测果汁、咖啡喝酒精饮料掺假的可行性。Leon等通过PLS（最小二乘法）建立了掺有高果玉米糖浆、蔗糖溶液和两者混合液苹果汁的近红外模型，结果表明近红外分析鉴别加糖苹果汁准确率在91%100%。,肉制品掺假检测：主要掺假手段为：掺入同种或不同种动物低成本部分如内脏，或者注入水和较便宜的动植物蛋白等。Downey利用近红外光谱技术无损检测了三文鱼中的水分和脂肪，赵杰文等利用近红外光谱技术检测了牛肉嫩度等。,Thank You!,