红外光谱在纤维素研究中的应用

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1、红外光谱在纤维素研究中的应用摘要：本文介绍了红外光谱及其发展，以纤维素为例，阐述了红外在纤维素制备、接枝和复合材料中的应用。关键词：红外，纤维素，应用一、前言1.红外光谱及其发展1.1红外光谱红外光谱又称为分子振动转动光谱。红外光谱分析仪是根据物质的吸收特性来进行工作的。许多化合物的分子在红外波段都有吸收带，而且因物质的分子不同，吸收带所在的波长和吸收的强弱也不相同。根据吸收带分布的情况和吸收的强弱，可以识别物质分子的类型，从而得出物质的组成及百分比。根据不同的应用和要求，红外光谱分析仪有多种不同的形式，如红外气体分析仪、红外光谱仪等。目前主要有

2、两类红外光谱仪：色散型红外光谱仪和傅里叶红外光谱仪。[1]现代红外光谱议是以傅里叶变换为基础的仪器。该类仪器不用棱镜或者光栅分光，而是用干涉仪得到干涉图，采用傅里叶变换将以时间为变量的干涉图变换为以频率为变量的光谱图。傅里叶红外光谱仪的产生是一次革命性的飞跃。与传统的仪器相比，傅里叶红外光谱仪具有快速、高信噪比和高分辨率等特点。更重要的是傅里叶变换催生了许多新技术，例如步进扫描、时间分辨和红外成像等。这些新技术大大的拓宽了红外的应用领域，使得红外技术的发展产生了质的飞跃。[2]红外吸收光谱分析方法主要是依据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息

3、进行测定。因此，它在化学领域中的应用，大体上可以分为两个方面：用于分子结构的基础研究和用于化学组成的分析。前者，应用红外光谱可以测得分子的键长、键角，以此推断出分子的立体构型；根据所得的力常数可以知道化学键的强弱；由简正频率来计算热力学函数，等等。但是，红外光谱最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物结构依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量，加上此法具有快速、高灵敏度、检测试样用量少、能分析各种状态的试样等特点，因此，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。[3]

4、1.2红外光谱的发展红外辐射是18世纪末，19世纪初才被发现的。1800年英国物理学家赫谢尔（Herschel）用棱镜使太阳光色散，研究各部分光的热效应，发现在红色光的外侧具有最大的热效应，说明红色光的外侧还有辐射存在，当时把它称为“红外线”或“热线”。这是红外光谱的萌芽阶段。由于当时没有精密仪器可以检测，所以一直没能得到发展。过了近一个世纪，才有了进一步研究并引起注意。1892年朱利叶斯（Julius）用岩盐棱镜及测热辐射计（电阻温度计），测得了20几种有机化合物的红外光谱，这是一个具有开拓意义的研究工作，立即引起了人们的注意。1905年库柏伦

5、茨（Coblentz）测得了128种有机和无机化合物的红外光谱，引起了光谱界的极大轰动。这是红外光谱开拓及发展的阶段。 到了20世纪30年代，光的二象性、量子力学及科学技术的发展，为红外光谱的理论及技术的发展提供了重要的基础。不少学者对大多数化合物的红外光谱进行理论上研究和归纳、总结，用振动理论进行一系列键长、键力、能级的计算，使红外光谱理论日臻完善和成熟。尽管当时的检测手段还比较简单，仪器仅是单光束的，手动和非商化的，但红外光谱作为光谱学的一个重要分支已为光谱学家和物理、化学家所公认。这个阶段是红外光谱理论及实践逐步完善和成熟的阶段。 20世纪

6、中期以后，红外光谱在理论上更加完善，而其发展主要表现在仪器及实验技术上的发展:1947年世界上第一台双光束自动记录红外分光光度计在美国投入使用。这是第一代红外光谱的商品化仪器。20世纪60年代，采用光栅作为单色器，比起棱镜单色器有了很大的提高，但它仍是色散型的仪器，分辨率、灵敏度还不够高，扫描速度慢。这是第二代仪器。20世纪70年代，干涉型的傅里叶变换红外光谱仪及计算机化色散型的仪器的使用，使仪器性能得到极大的提高。这是第三代仪器。20世纪70年代后期到80年代，用可调激光作为红外光源代替单色器，具有更高的分辨本领、更高灵敏度，也扩大应用范围。这

7、是第四代仪器。现代红外光谱仪朝着高精度、多功能方向发展，还同其它测试方法（如热分析、气相色谱、液相色谱等）联用，扩大了其使用范围。而用计算机存贮及检索光谱，使分析更为方便、快捷。[4]二、红外光谱在纤维素研究中的应用1.红外光谱在纤维素制备中的应用石光等[5]以二甲基亚砜(DMSO)前处理过的棉纤维和没有经过二甲基亚砜前处理的棉纤维为原料用硫酸水解法制备了纤维素纳米粒子．IR分析表明两种情况下制得的纤维素纳米粒子和棉纤维具有相同的特征官能团。蓝武等[6]以蔗渣为原料，采用超声波辅助对纤维素在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐中的溶解，制备出再生纤

8、维素。用红外进行表征，结果表明：一、超声波辅助处理条件下纤维素未发生新的化学反应；二、超声波处理可以作为提高离子液体中纤维素溶解速度的有