傅立叶衰减全反射红外分析技术

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1、现代仪器分析—傅立叶衰减全反射红外分析技术授课老师：邵建中学生：董建鹏衰减全反射技术(attenuatedtotalreflectance，AIR)1.1衰减全反射技术与传统红外分析的比较[1]与常规的显微红外技术相比无需制样，无需破坏样品，直接对单丝、布料、成衣进行鉴定，以往需花几十分钟的检验，可在几秒钟内完成，大大提高了检验速度；操作方便。实验结果表明，该方法操作方便、测量灵敏度高，可得到高质量的红外谱图。Logo1.2图谱比较图1对ATR法所摄谱图与KBr压片法制备的Silk标准谱图进行比较。通过上述比

2、较可以发现,ATR法得到的谱图质量较高，完全可以满足样品分析的需要。该方法节约了制样时间，从而大大加快了样品分析的速度。KBr制片法ATR法Logo1.3基本原理[2]Sinθi/sinθt=n2/n1由上式可推出折射角θt＝arcsin〔n1Sinθi/n2)当n1＞n2时，则有θt＞θi，即光由光密介质进入光疏介质时，折射角将大于入射角。Logo1.3基本原理[2]此图给出了反射率和入射角的关系。图中反射率RL表示入射光为偏振光(电矢量垂直于入射面)时反射率。由图看出，当n1＞n2时，随着入射角i由零开始

3、逐渐增大，反射率(Ir／I0)起初变化缓慢，数值也很小，这时折射光占主导地位(Ir+It≈I0)。i到一定角度时，RL迅速增加并很快上升到1，这时折射光将不再出现，Ir＝Io，即光束I0全部被反射。我们称此种现象为全反射，发生全反射时的人射角称为临界角。用ic表示。Logo发生全反射现象须具备下述两个条件：①介质l折射率要大于介质2的折射率，即只有光从光密介质进入光疏介质时才可能产生全反射。上图中B线情形不满足该条件故不能产生全反射。②入射角要人于临界角。1.3基本原理[2]Logo全反射现象不完全是在两种介

4、质的界面上进行的，部分光束要进入到介质2射回来。透入介质2的光束，其强度随透入深度的增加按指数规律衰减。在ATR测量技术中，介质2一般为有机化合物．对红外线不是完全透明的而是有一定的吸收，使透入样品的光束在发生吸收的波长处减弱，这也就是称为衰减全反射的原因。1.3基本原理[2]Logo1.4ATR晶体材料ATR技术主要研究有机物的红外光谱．因绝大多数有机物的折射率在1.5以下，因此根据发生全反射条件（n1>n2)要求，要获得衰减全反射谱需要使用折射率大于1.5的红外透过晶体。表1—1给出常用ATR晶体材料的折

5、射率和谱学测量范围。Logo1.4ATR光路设置全反射次数N与晶体材料长度l和厚度即两个反射面间的距离d及入射角I有如下关系式N=(l/d)cosI全反射附件中使用的ATR晶体的长度[和面间距d是固定的，而入射角i可在一定范围内变化。由上式可知，减少入射角能够增加全反射次数，使光束与样品作用次数增加，也就加大了光程，因此可以提高信号测试强度。通常使用的KRS-5ATR晶体，入射角由30-60°。连续可调，全反射次数约14—43次。Logo1.5入射角,波长,折射率与透射深度的关系光线透射到样品内的深度可用透射

6、深度dP来表示，它定义为光的电场强度下降到表面值的e-1时光所穿透的距离。光的透射深度是波长的函数，即：式中,是光线的入射角，1是光在内反射晶体内的波长，n1和n2分别是内反射晶体和样品的折射率，根据选用内反射晶体的材料和不同的入射角，透射深度可在几百纳米到几微米之间变化。Logo1.5入射角,波长,折射率与透射深度的关系1、穿透深度d与λ成正比。不同波长的IE光透入样品层的深度不同，在长波时穿透深度大，因此，ATR谱在不同波数区间灵敏度也不相同.2、入射角越小，穿透深度越大，当入射角趋向临界角时，穿透深

7、度将趋向无穷。3、另一与穿透深度有关的因素是ATR晶体反射面与样品的接触效率。尽可能使样品与ATR板的反射面严密接触，提高接触效率，是获得高质量ATR谱的重要条件。Logo1.5衰减全反射技术的特点ATR法的优点是光线对样品的透射深度较浅，而且可以通过改变内反射晶体的材料和光线的入射角来改变透射深度，以研究不同深度表面的结构情况。可以用来测定物质表层结构信息的,测定样品具有非破坏性,无需预处理等优点。对于传统透射光谱法难以处理的样品如皮革,纤维等都可获得较好的红外光谱图。Logo2衰减全反射技术在纺织与染整中

8、的应用主要的C-H伸缩振动峰出现2800到3000cm-1区域内。由于分子中组成长链烷烃的亚甲基(-CH2-)基团的对称和不对称伸缩振动,原棉织物谱图(a)多2918和2849cm-1两个峰,这两个峰说明了原棉表面蜡质的存在。因此,峰值为2918和2849cm-1的亚甲基峰,其强度大小可反应棉纤维表面蜡质的含量。2918和2849cm-1Logo精练棉织物表面FT—IRATR红外光谱分析在1600–