范文一:开路式傅里叶红外分析仪
被动开放式傅里叶红外分析仪(Open-peath FTIR)
近年来,我国产业发展的重点已由过去的传统产业转变为现今具高附加价值之高科技产业。不论是传统工业,还是高科技产业,均使用到大量毒害性气体、有机溶剂及各类酸碱物质,若因疏忽或操作不慎,可能逸散至空气中,不仅影响工作人员的健康,亦可能造成环境污染,对人民健康构成威胁。傅立叶红外技术以先进及精密的环境监测仪器,跨越传统采样分析所无法触及的领域,测量介质达几百种,为环境保护与污染防制等工作开拓新的视野。
一.傅里叶红外技术简介
原理:红外线量测技术是利用气体分子吸收特定波长红外线之特性,比对红外线吸收图谱与标准图谱,即可判断气体之种类。 而物种浓度则遵循比尔-朗伯定律,利用气体分子吸收强度与浓度成正比的关系,计算光谱的吸收强度即可得知。傅立叶红外分析仪是应用傅立叶转换原理研制而成的红外线谱仪,较普通的红外分析仪,其测量上的优势主要为:(1)可进行大范围量测;(2)可长期且连续量测;
(3)可同时监测多种化合物;(4)侦测极限可至ppb等级;(5)即时监测污染浓度随时间变化之趋势;(6)非破坏性量测;(7)量测光谱可储存于电脑,以进行重复分析。
傅里叶红外分析仪一般分为密闭式(Close-cell)和开放式(Open-peath)两种。两者之间的区别在于前者需要将被测介质导入分析仪内部来进行分析;而后者无需采样程序和系统,是以红外线直接扫描开放空间。我公司的产品更确切名称为被动开放式傅里叶红外
分析仪,它不仅具有开放式傅里叶红外分析仪的诸多优点,其优势更在于移动和快速,具有在任意方向收集数据的能力。
随着傅里叶红外分析仪和计算机技术的有机结合和不断发展,在环境监测、航空航天、发动机排放、燃烧和军事等方面,有着非常广阔的应用前景。
二.产品简介
图示为我公司被动开放式傅里叶红外分析仪的外观示意图.以下重点介绍其结构特点及应用。
1.产品结构
1)扫描仪:是一个可选的组件,引导入射辐射沿着预期视线进入干涉仪(图4)。为了改变现场视野的方向的方位角和仰角方向,立
体扫描仪安装在分光仪的入口前方。立体扫描仪将设备与视场对齐,
于仰角-10°至50 °以及方位角0 o至360 o之间。观测的范围由方位角和仰角这两个角度来决定。
2)干涉仪模块:包括干涉仪,探测器光镜,传输光镜以及校准单元。干涉仪模块以700到1400 cm-1光谱范围内的最大2 cm-1的光谱分辨率来分散红外辐射。这是与旋转的楔形迈克尔逊1”自由孔径干涉建立在一起的。用于FlareStare的干涉仪,坚固,运行稳定。干涉仪有一个折叠路径允许安排组件更加紧凑并能更好地补偿楔形镜在旋转时所产生的动量。ZnSe电子束分裂器的辐射入射角可在30至45度之间调节,以减少因分光产生的偏振效应。
3)传感器电子模块:由模拟电子电路板和DSP板,用于干涉仪控制的板,探测器电子扫描仪和扫描仪步进马达电路板,激光/黑体参考,倾角传感器和过滤器组成。模拟电子电路板处理并数字化组装到干涉仪的探测器/冷却器接收的信号。DSP板及相关软件,进行数据收集和处理,气体辨别以及功能控制。DSP板接收来自模拟电子电路板的数字化干涉并执行FFT(快速傅立叶变换)的干涉,将数据转换到频域。
4)操作软件:操作员显示装置(ODU),包括一个标准的太网接口的个人电脑,以及一个图像采集板。标准个人电脑软件Windows NT提供的Internet Explorer程序支持TCP / IP协议。操作者可以使用默认设置进行测量或在直接命令模式中设定自己的参数。
2.产品优点和特点
1)取样面积大,没有样品制备和处理。
移动保存点后,它可以检测数据点的波谱,并分析气体。 数据标记序号:10?300。
扫描仪移动速度:180度/秒
2) 在测量时传感器没有污染。
红外传感器采用非接触传感器,即被测介质与测量组件间没有实质接触,因此不需要定期清理,与普通仪器相比大大降低了维护量。
3)操作简单
它仅需要4-5步的简单操作,即可对介质进行测量。
4)可测量几百种介质,主要包括:
温室气体监测:二氧化碳 甲烷 氟化物
挥发性有机物VOCs:DA AD AE AF AK GR AL AM AN BD AO AP DJ
DL DN DS AG AJ
多环芳香烃PAHs: ND SA SJ DH SZ ZC MW
无机气体监测:H2O、 CO2、CO、SO2、NO、NO2、N2O、 NH3 等 腐蚀性气体: HCl、HF、HBr 等
碳氢化合物 CH4、C2H6、 C3H8 ,C4+等
氟化物FFCs and PFCs: SF6, CF4, C2F6 等
三.主要应用
以下重点介绍我公司OP-FTIR产品的应用
1.工业区的应用
1)侦测污染物的来源
OP-FTIR具备多化合物同时辨识、即时测量的能力,配合同步测得之即时气象资料,可分析工业区内污染物的交互影响与可能的来源。
2)判别污染物排放特性
OP-FTIR可长期且连续测量,因此将测量结果相对于时间作出图表,即可得到污染气体浓度变化趋势,借此可判别污染物的排放特性。
3)搜索污染源
利用多部OP-FTIR进行扫瞄,再将测得之光径积分浓度输入电脑计算交叉点浓度,即可绘制出监测区域内污染气体之浓度分布图,找出污染源所在
4)火焰监测
利用OP-FTIR可对石油化工企业火炬排放物实施即时监控,以达到节能和环保的双重效果。
2.环境监测的应用
1)半导体行业
众所周知,半导体行业对生产环境的要求非常之严格,既要求无尘环境,同时又要求尽量减少污染物的存在。OP-FTIR恰恰能够同时满足这两方面的检测要求。图示为通过对半导体生产环境进行检测
2)环保行业
随着工业的逐步发达和人民生活水平的不断提高,污染物排放的数量和种类在逐年增多。OP-FTIR以其先进的设计,精确地定性,极大了满足了环保行业的测量需求。主要包括尾气排放物,烟囱释放的烟羽测量等。图示分别为排放尾气监测和大气环境监测。
3.其他应用
在军事上,利用OP-FTIR可监测军事环境中的有毒气体并及时防范。对于红外诱饵炸弹,化学武器等的检测亦在此列。
两个老外(韩国人),两个引进该产品的厂家,一个鲁达文和他们厂长
范文二:%A8傅里叶红外光谱对不同茶叶成分的分析
利用傅里叶红外光谱对不同茶叶成分的分析
一、实验目的:
1、熟悉傅里叶红外光谱仪的基本操作,掌握固体样品的压片方法。
2、进一步理解傅里叶红外光谱仪的工作原理
二、实验原理
由于在茶叶中含有茶多酚、 蛋白质、 咖啡碱、 茶多糖等物质, 而在这些物质 中含有大量— OH 、 — CH 3、 — CH 2—、 — CH — OH 、 C O、 phH 、 ph — OH 、 C — O 、 — C — O — C 、— N N—、 N — H 、— HN — C O等官能团,这些官能团在中红外区 有丰富的吸收峰, 可利用傅立叶红外光谱技术, 为茶叶识别提供可靠的光谱信息。 三、实验部分
1. 仪器设备和测试条件
红外光谱仪为 Perkin Elmer spectrum 100 系列 FTIR 光谱仪,测量范围为 400~4 000cm-1, 光谱分辨率为 4 cm-1。
2. 试剂:分析纯溴化钾
3、材料:压片机、模具、玛瑙研钵、金属药勺
3、样品及制备
1) 样品:绿茶:醉乡毛峰,产地:滁州;红茶:明清春色,产地:福建
2) 制备:茶样经 60℃处理至恒重,磨细过筛 (颗粒在 2μm 左右 ) ,按 2mg +198mg(质量比 ) 的比例与 KBr 压片, 以 KBr(200mg)为背景测其红外光谱。 每个 样品进行 5次重复测试,所得光谱有良好的重复性。
四、结果与分析
1、比较各吸收峰的位置、形状和峰的相对强度
2、比较各特征峰的官能团结构的差异。
结果表明:同类茶叶在 3000-2800 cm-1、 1700-1500 cm-1、 1500-1200 cm-1、 1200-1000 cm-1, 900-400 cm-1区域有固定的特征谱带,茶叶品质的差异导致这 些特征谱带出现波数、强度、形状的明显差异 , 为茶叶品质的鉴别提供了较可靠 的依据。
定义 :利用物质对红外辐射的吸收所产生的红外吸收光谱, 对物质的组成、 结构 及含量进行分析测定的方法叫红外吸收光谱分析法
红外光谱区的划分:习惯上将红外吸收光谱分为远、中、近红外三个区: (1)近红外区 :波长:0.78~2.5μm (12 820~4 000cm-1) ,主要用于研究分 子中的 O — H 、 N — H 、 C — H 键的振动倍频与组频。
(2) 中红外区:波长:2.5~25μm (4 000~400cm -1) , 主要用于研究大部分 有机化合物的振动基频。
(3)远红外区 :波长:25~300μm (400~33cm-1) ,主要用于研究分子的 转动光谱及重原子成键的振动。
什么是波长(λ) :相邻两个波峰或波谷之间的直线距离
什么是波数: 为波长 λ的倒数,即 1cm 中所含波的个数
由于近红外光谱技术需要大量样品建立模型 , 所以在操作上存在一定的局限性 其中,中红外区(2.5~25μm 即 4 000~400cm-1)是研究和应用最多的区域, 通常说的红外光谱就是指中红外区的红外吸收光谱。 又称为分子振动— 转动光谱。
红外:用 T%来表示吸光强度,光的性质用波长或波数表示
红外光谱除用波长 λ表征 横坐标外 ,更常用波数(wave number)表征。 纵坐标 为 百分透射比 T %。
红外光谱仪分两种类型:色散型红外分光光度计 (不讲 )
干涉型(傅立叶变换红外光谱仪)
傅里叶红外光谱仪是 20世纪 70年代发展起来的 一种分析仪器,主要用于鉴别化 合物和确定物质分子结构
它最大的特点是无分光系统,一次扫描可得到全谱。
傅里叶变换红外吸收光谱仪有如下特点:
●测量时间短,扫描速度快, 1s 完成全光谱扫描
●光通量大 ,适合仪器联用;因而可以检测透射比较低的样品,便于利用 各种附件,如 :漫反射、衰减全反射等;并能检测不同的样 品,气体、固体液体、薄膜和金属镀层;
●灵敏度高,检测限可达 10-9~10-12 g
●分辨率高,波数精度可达 0.01cm -1, 便于观察气态分子的精细结构 ●测定精度高
●测定光谱范围宽:一台傅里叶红外光谱仪,只要相应的改变光源、分束 器、和检测器的配置,就可以得到整个红外取的光谱
●仪器结构复杂,价格昂贵
●用样量少 ,分析速度快,不破坏样品。
●应用范围广 :从气体、液体到固体,从无机化合物到有机化合物,从高 分子到低分子都可用红外光谱法进行分析。
●特征性高:就像人的指纹一样, 每一种化合物都有自己的特征红外光谱, 所以把红外光谱分析形象的称为物质分子的“指纹”分析。
因此大大地扩展了红外光谱法的应用领域。
红外光谱在化学领域中的应用:
一是用于分子结构的基础研究 ,应用红外光谱可以测定分子的键长、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。
二是用于化学组成的分析 , 红外光谱最广泛的应用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,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。
1) 光源:能够发射高强度连续红外辐射的物质,通常采用惰性固体作光源 能斯特灯 — 由锆、钇、铈或钍的氧化物
特点:发射强度大,尤其在高于 1000cm-1的区域,稳定性较好;机械强 度较差,价格较贵
硅碳棒 — 由碳化硅烧结而成
特点:在低波数区发射较强, 波数范围宽, 400 ~4000cm-1; 坚固、 寿命长, 发光面积大用的较多
2) 吸收池
●玻璃、石英等对红外光均有吸收
●红外吸收池窗口,一般用一些盐类的单晶制作:如 KBr 或 NaCl 等(它们 极易吸湿,吸湿后会引起吸收池窗口模糊。要求恒湿环境
可测定固、液、气态样品
●气态:将气态样品注入抽成真空的气体样品池
●液态:液体样品可滴在可拆池两窗之间形成薄的
●液膜;一般将液体样品注入液体吸收池中
●固态:1~2mg 固体样品 +100~200 mg KBr 研磨混匀后 压成 1mm 厚的薄 片
用于测定红外光谱的样品有较高的纯度(>98%) ,样品中不应含有水分
单色器主要区别:用干涉计取代了单色器:迈克尔逊干涉仪
迈克逊干涉计的作用:—— 由光源发出的红外光分成两束光, 经动镜、 定镜反 射后到达检测器并产生干涉现象。
●单色器的作用是把通过样品池和参比池的复合光色散成单色光,再射到检测 器上加以检测
●光栅 —— 光栅单色器不仅对恒温恒湿要求不高,而且具有线性色散,分辨率 高和能量损失小等优点
●棱镜 —— 早期的红外光谱仪使用一些能透过红外光的无机盐如 NaCl 、 KBr 等 晶体制作棱镜;易吸湿,需恒温、恒湿;近年来已被淘汰
4) 检测器
检测器的 作用 是将照射在它上面的 红外光变成电信号 。
红外区光子能量低, 不能使用 紫外可见吸收光谱仪上的 光电管或光电倍增管 常用的红外检测器有三种:真空热电偶、测辐射热计、热电检测器
5)记录器
由检测器产生的微弱电信号经 电子放大器 放大后,由记录笔自动记录下来 新型的仪器配有微处理机以控制仪器操作、谱图检查等
传统的茶叶鉴别方法是感官评定法和化学方法 。感官评定的结果受人为因素和外 界环境的干扰很大 , 影响到结果的客观性 ; 化学方法虽然能够准确地鉴别茶叶 , 但是繁琐的步骤和昂贵的费用使它不能应用到茶叶的快速鉴别上。
茶叶的主要成分 包括:茶多酚、蛋白质、咖啡碱、茶多糖 等。
茶多酚 (TP)是一类多酚类化合物的总称 [12],其中 儿茶素 类化合物占茶多酚总 量的 65% -80%,它包括表没食子儿茶素 (EGC)、表儿茶素 (EC)、表没食子 儿茶素没食子酸酯 (EGCG)及表儿茶素没食子酸酯 (ECG).。
茶多糖 (TPS) 是一类与蛋白质结合的酸性多糖或酸性糖蛋白 [13]
咖啡碱 是 1, 2, 3-三甲基黄嘌呤 (C8H1O2N4).
茶叶蛋白 约占茶叶质量的 15% -30%,其中游离氨基酸的主要成分为 茶氨酸 ,
在上述物质中 , 含有大 量— OH 、— CH3、— CH2—、— CH — OH 、 C O、 phH 、 ph — OH 、 C — O 、— C — O — C 、— N N —、 N — H 、— HN — C O 等各种官能 团, 它们在中红外区有丰富的吸收峰, 可以为茶叶识别提供可靠的光谱信 息 .
样品制备技术:
1)试样的浓度和测试厚度应选择适当,以使光谱图中大多数吸收峰的透射比处 于 15~70%范围内。浓度太小,厚度太薄,会使一些弱的吸收峰和光谱的细 微部分不能显示出来; 过大, 过厚, 又会使强的吸收峰超越标尺刻度而无法 确定它的真实位置。 有时为了得到完整的光谱图, 需要用几种不同浓度或厚 度的试样进行测绘。
2) 试样中不应含有游离水。 水分的存在不仅会侵蚀吸收池的盐窗, 而且水分本 身在红外区有吸收,将使测得的光谱图变形。
3)试样应该是单一组分的
离(如采用色谱法柱分离、蒸馏、重结晶、萃取法等) ,否则各组分光谱相 互重叠,以致对谱图无法进行正确的解释。
固体样品制备:
a 溴化钾压片。粉末样品常采用压片法,一般取试样 2~3mg 样品与 200~300mg 干燥的 KBr 粉末在玛瑙研钵中混匀,充分研细至颗粒直径小于 2μm ,用不 锈钢铲取 70~90mg放入压片模具内, 在压片机上用 27kpa 压力压成透明薄 片,即可用于测定。
开机程序:见本子上
根据红外光谱与分子结构的关系有可划分为:特征区和指纹区
特征区:4000~1250cm -1范围
●包括:含氢原子的单键、各种叁键及双键的伸缩振动基频峰,还包括 部分含氢单键的面内弯曲振动的基频峰。
●特点:吸收峰稀疏、较强,易辨认
指纹区:1250~400cm-1的低频区
●包含 C — X(X:O 、 H 、 N) 单键的伸缩振动及各种面内弯曲振动 ●特点:吸收峰密集、难辨认→指纹
图谱解析:掌握四先四后原则:
先特征后指纹(4000~1300cm-1特征区,鉴定官能团)
先强峰后弱峰
先否定后肯定
先粗查后细找
解析图谱时的几点经验:
(1)查找基团时,先否定,以逐步缩小范围
(2)在解析特征 吸收峰时,要 注意其它基团 吸收峰的干扰 (3350和 1640cm-1处出现的吸收峰可能为样品中水的吸收)
(3) 图中的吸收峰往往不可能全部解析,特别是指纹区
(4)掌握主要基团的特征吸收
3000cm -1是个界,不饱和 νC H ﹥ 3000,饱和 νCH ﹤ 3000
苯环 C=C1650~1450 2~4个中强吸收峰。利用指纹区判断单、双、三取代 5、与标准图谱对照
解析完后, 进行验证, 不饱和度与计算值是否相符, 性质与文献值是否一致, 与标准图谱进行验证
为了更清楚地比较各样品给出的不同信息 , 将红外光谱分为 5个区 :
Ⅰ区 (3400-2800 cm-1) : 3400 cm-1附近为缔合态— OH 和— NH 伸缩振动吸收峰 , 2900 cm-1、 2800 cm-1附近为— CH 的反对称与对称伸缩振动峰 . Ⅱ区 (1700-1500 cm-1):
1700 cm-1附近为 茶多酚、茶多糖蛋白质、茶蛋白 中 C O伸缩振动吸收峰 . 1640 cm-1附近为蛋白质中肽键 (— CONH — ) 的酰胺Ⅰ带 [14, 15],即 C O伸 缩振动峰 . 1550-1510 cm-1为蛋白质肽键酰胺Ⅱ带 [15],即 :N— H 的变 形振动和 C — N — H 基的 C — N 伸缩振动的偶合峰 [16].
Ⅲ区 (1500-1200 cm-1):
1450和 1370 cm-1附近为 C — H 变形振动吸收峰
1300-1200 cm-1附近的谱带为酚类 C — O 以及咖啡碱和蛋白质中 C — N 伸 缩振动峰 [17].
Ⅳ区 (1200-1000 cm-1) :为多糖的特征光谱区 , 1147 cm-1附近为 C — O — C 反对 称伸缩振动峰 , 1037 cm-1附近为 C — O — C 对称伸缩振动峰 .
Ⅴ区 (900-400 cm-1):谱带多而且弱 , 应该为形成氢键的 O — H 面外弯曲、芳环
上 C — OH 键面内弯曲振动、— C — C 的伸缩振动峰 [16, 17],准确指认有 困难 , 但是不同品质茶叶此部分光谱差别明显 .
红外吸收光谱基本原理 :
1、产生红外吸收的条件
红外光谱是由于分子振动能级(同时伴随转动能级)跃迁而产生的,物质 吸收红外辐射应满足两个条件:
(1)辐射光具有的能量与发生振动跃迁时所需的能量相等;
(2)辐射与物质之间有偶合作用。
分子固有振动频率也就是它所能吸收的辐射光的频率。
红外光谱区可分成 4 000~1 300cm-1和 1 300~400cm-1两个区域。
基团频率区 在 4 000~1 300cm-1之间,这一区域称为基团频率区、官能团区 或特征频率区。区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带,常用于鉴定官能团。 O -H, N -H, C -H,
C =C, C ≡ C, C =O
基团频率区又可分为三个区域:
(i ) 4 000~2 500cm-1为 O — H 、 N — H 、 C — H 的伸缩振动区。
(ii ) 2 500~1 900cm-1为叁键和累计双键区
(iii ) 1 900~1 200cm-1为双键伸缩振动区。
指纹区
(i ) 1 800~1 000cm-1区域主要是 C — O 、 C — N 等单键的伸缩振动吸收及 C — C 单键骨架的振动。
(ii ) 1 000~650cm-1区域主要是 C — H 的弯曲振动吸收。 其吸收峰可用来确定 化合物的顺反构型或苯环的取代类型。
烯烃的 δ=C— H 吸收谱带出现于 1 000~700cm-1
芳香环的 δ=C— H 振动吸收在 900~650cm-1出现 1~2个强度相当大的谱带, 它们的位置取决于苯环的取代类型
定性分析
红外光谱对有机化合物的定性分析具有鲜明的特征性。 因为每一化合物都具 有特征的红外吸收光谱, 其谱带数目、 位置、 形状、 和相对强度均随化合物及其 聚集态的不同而不同, 因此根据化合物的光谱, 就像辨认人的指纹一样, 确定化 合物或其官能团是否存在。
红外光谱定性分析,大致可分为 官能团定性 和 结构分析 两个方面。
官能团定性 是根据化合物的红外光谱的特征基团频率来检定物质含有哪些 基团,从而确定有关化合物的类别。
结构分析 或称结构剖析,则需要由化合物的红外光谱并结合其它实验资料 (如相对分子量、物理常数、紫外光谱、核磁共振波谱、质谱等)来推断有关化 合物的化学结构。
应用红外光谱进行定性分析的一般过程:
(1)试样的分离和精制
试样不纯会给光谱解析带来困难,因此对混合试样要进行分离,对不纯试 样要进行提纯,以得到单一纯物质。试样分离、提纯通常采用分馏、萃取、重结 晶、柱层析、薄层层析等。
(2)了解试样来源及性质
了解试样来源、元素分析值、相对分子量、熔点、沸点、溶解度、等有关性 质。
谱图解析 :官能团区和指纹区
特征区 (官能团区 ) :4000~1300 区域:是由伸缩振动产生的吸收带,为化 学键和基团的特征吸收峰,吸收峰较稀疏,鉴定基团存在的主要区域 —— 官能 团区
a 、化合物具有哪些官能团,第一强峰有可能估计出化合物类别;
b 、确定化合物是芳香族还是脂肪族,饱和烃还是不饱和烃,主要有 C -H 伸缩振动类型来判断。 C -H 伸缩振动多发生在 3 100~2 800cm-1之间,以 3 000 cm-1为界,高于 3 000 cm-1为不饱和烃,低于 3 000 cm-1为饱和烃。芳香族化 合物的苯环骨架振动吸收在 1 620 ~1 470cm-1之间,若在 1600±20、 1500±25 cm-1有吸收,确定化合物是芳香族。
指纹区:1300~650区域:吸收光谱较复杂,除单键的伸缩振动外,还有变 形振动。能反映分子结构 的细微变化 —— 指纹区
A 、作为化合物含有什么基团的旁证,指纹区许多吸收峰都是特征区吸收峰 的相关峰。
B 、确定化合物的细微结构
总的图谱解析可归纳为:先特征,后指纹;先最强峰,后次强峰;先粗查, 后细找; 先否定, 后肯定。 一抓一组相关峰。 光谱解析先从特征区第一强峰入手, 确认可能的归属, 然后找出与第一强峰相关的峰。 第一强峰确认后, 再依次解析 特征区第二强峰、第三强峰,方法同上。对于简单的光谱,一般解析一、两组相 关峰即可确定未知物的分子结构。对于复杂化合物的光谱由于官能团的相互影 响,解析困难,可粗略解析后,查对标准光谱或进行综合光谱解析。
红外光谱仪分两种类型:色散型红外分光光度计 (不讲 )
干涉型(傅立叶变换红外光谱仪)
二、与紫外可见吸收光谱法的比较
1. 相同点:都是分子吸收光谱,都反映分子结构的特性
2. 不同点:
?所用光源与起源不同
?研究范围
?光谱的表示方式
?特点
光谱的表示方式
紫外:用 A 表示吸收光的程度,波长为横坐标; 紫外可见吸收光谱的特 征用 λmax 和 κ来描述
红外光谱产生的条件:
对称分子:没有偶极矩,辐射不能引起共振,无红外活性。如:N2、 O2、 Cl2 等。
非对称分子:有偶极矩,红外活性。
当分子发生振动能级跃迁的同时,必然伴随着转动能级的跃迁,由此而产 生的红外吸收光谱又称为振动-转动光谱。
红外吸收光谱又称为分子振动—转动光谱 (红外及拉曼光谱都是分子振动光 谱,通过谱图解析可以获取分子结构的信息 ) 。
当样品受到频率连续变化的红外光照射时,分子吸收了某些频率的辐射, 并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化,产生分子振动和转动能级从基态 到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百 分透射比与波数或波长关系的曲线,就得到红外光谱。
特征峰与相关峰:
凡是能鉴定某官能团的存在,又容易辨认的吸收峰称为特征峰。
由一个基团产生的一组相互依存而又相互佐证的特征峰称为相关峰。 吸收峰的峰位:
基本原理:
光源发出的辐射经干涉仪转变为干涉光, 通过试样后, 包含的光信息需要经 过数学上的傅立叶变换解析成普通的谱图。
未知物结构的确定
?解析红外谱图的一般原则
1. 试样的纯化
?红外样品需纯度很高(98%以上) ,不含干扰测定物质。可利用 各种分离手段如:分馏、萃取、重结晶、层析等提纯试样
2. 了解工作
?了解样品来源、 外观, 根据样品存在的形态选择适当的制样方法; 观察样品的颜色和气味;注意样品的纯度以及样品的元素分析,相对分 子质量,熔点、沸点、溶解度、折光率等物理常数的测定结果 —— 缩小 结构的推测范围
3. 计算不饱和度 Ω
?由元素分析结果可求出化合物的经验式, 由相对分子质量可求出 化学式,并求出不饱和度 Ω, 从 Ω可推出化合物可能的范围 — 是否有 双键、三键及芳香环
Ω=1+n 4 + ;n4、 n3、 n1分别为四价、三价及一价原子的数目 ●通常规定:
C=C、 C=O、 : Ω=1;
C ≡C 、 C ≡N 、两个双键、一个双键一个环、两个环 : Ω=2;
苯环 : Ω=4
几种标准图谱集
?最常见的标准图谱有三种
1. 萨 特 勒 (Sadtler ) 标 准 红 外 光 谱 集 美 国 sadtler research laborationies 编辑出版的。收集的图谱最多
2. 分子光谱文献 “DMS” 穿孔卡片 英国和德国联合编制
3. “API” 红外光谱资料 美国石油研究所(API )编制。主要是烃类化合 物的光谱
第三代 红外光谱仪 为 傅里叶 变换红外光谱仪器 . 国际上第一台 红外光谱仪 (红外分光光度计 ) 生产于 1944年 , 其色散元件既单色器是由氯化钠 (或溴化钾 ) 晶体制成的三棱镜 , 故称这类仪器为 棱镜分光 红外光谱仪 (第一代 红外光谱仪 ) .由于晶体吸湿 ...
茶叶的主要成分:包括茶多酚、蛋白质、咖啡碱、茶多糖等。
茶多酚 (TP)是一类多酚类化合物的总称, 其中儿茶素类化合物占茶多酚总量 的 65% -80%,它包括表没食子儿茶素 (EGC)、表儿茶素 (EC)、表没食子儿茶素 没食子酸酯 (EGCG)及表儿茶素没食子酸酯 (ECG)。
茶多糖 (TPS)是一类与蛋白质结合的酸性多糖或酸性糖蛋白,咖啡碱是 1, 2, 3-三甲基黄嘌呤 (C8H1O2N4), 茶叶蛋白约占茶叶质量的 15% -30%,其中游离氨基 酸的主要成分为茶氨酸,即 N-乙基 -γ-L-谷氨酰胺。
上述物质中,含有大量— OH 、— CH 3、— CH 2—、— CH — OH 、 C O、 phH 、 ph — OH 、 C — O 、— C — O — C 、— N N—、 N — H 、— HN — C O 等官能团,它们 在中红外区有丰富的吸收峰,可以为茶叶识别提供可靠的光谱信息。
可以用以茶叶品质的快速准确鉴别, 不同品种茶叶品质的差异, 导致这些特 征谱带出现波数、强度、形状的明显差异 , 为茶叶品质的鉴别提供了较可靠的依 据 . 测定了它们的傅立叶红外光谱图 . 结果表明 :同类茶叶在 3000-2800 cm-1、 1700-1500 cm-1、 1500-1200 cm-1、 1200-1000 cm-1, 900-400 cm-1区域有固定的 特征谱带
近红外光谱 (NIR)分析具有速度快、成本低以及重现性好等优点。国内外学 者先后利用近红外光谱方法定性和定量地分析了茶叶中蛋白质、 咖啡碱、 氨基酸、 多酚类以及水分的含量 [1-6]但是近红外光谱方法在茶叶鉴别上的应用研究还很 少。近红外光谱结合模式识别的方法在石油 [7]和中草药 [8, 9]的鉴别和分类上 得到了许多成功地应用 , 本研究尝试了将此方法应用到茶叶的快速鉴别中 , 希望 这种方法能成为一种茶叶快速鉴别的新技术得到广泛地应用。
NH 伸缩区的宽峰。 为了便于比较 , 将光谱分为 5个区 , S 区 (3 050~2 800 cm-1) 为甲基和亚甲基伸缩区 , S2区 (1 75~1 500 cm-1)为酰胺振动和羰基振动区 , S3区 (1 500~1 200 cm-1)为蛋白质、脂肪酸和多糖模的混合区 , S4区 (1 200~950 cm-1) 以多糖峰为主 , S5区 (950~700 cm-1)此区的谱峰较弱 , 但包含了菌种类最 明显的特征 , 因而为指纹区 ; 另外 , 此区的谱峰还具有区分糖类不同异构体的功能 [27]。从红外光谱图中可以看出 , 在 5个区中 , 强峰出现在 S 2区的 1 640 cm-1附近 , 以及 S4区的 1 080 cm-1附近和 1 040 cm(1 020 cm)附近 , 前者为酰胺Ⅰ 的 C O振动峰 ; 后两强峰指认为多糖的 C — O 振动峰 [27]。表 1为谱峰值。
范文三:辣椒的傅里叶变换红外光谱分析
科技信息
高校理科研究
辣椒硇傅里叶变换红夕卜兴谱分析
陇东学院化学化工学院
胡怀生
[摘要]笔者利用傅里叶变换红外光谱法对小尖椒,线辣椒及灯笼椒进行了快速无损鉴别研究。结果表明:小尖椒、线辣椒及灯笼椒均有自己的特征红外光谱。根据红外光谱谱峰形状和位置可以容易的鉴别不同种类的辣椒粉;根据谱峰位置和吸光度比可以区分小尖椒,线辣椒及灯笼椒;根据谱峰吸光度比有可能鉴别辣椒粉的不同品种。该方法具有快速、简便、不需对样品分离提取等特点。[关键词]辣椒傅里叶变换红外光谱分析
辣椒(Capsicumfrutescensl0包括辣椒和甜椒,又名番椒、辣子(陕)、海椒(蜀)、辣角、辣茄、菜椒、青椒、秦椒等,属于茄类一年生草本植物。辣椒具有通经活络,活血化瘀,驱分散寒,开胃健胃,补肝明目,温中下气,抑菌止痒和防腐驱虫功效【l’≈。辣椒味辛辣,性温热,有刺激性,是食品烹饪加工中不可缺少的调味佳品同时还是一种营养价值很高的蔬菜。辣椒的营养成分有蛋白质、脂肪、碳水化合物、钙磷铁、胡萝h素、维生素c、还含有硫胺素、核黄素、尼克酸、苹果酸、柠檬酸和辣椒红素等。红辣椒喂鸡可提高鸡蛋价值圈,兔子吃辣椒能御寒保膘141,辣椒有很高的药用价值151。
不同种类的辣椒一般可根据外观特征来区分。如小尖椒、线辣椒和灯笼椒,其外观有所不同,是容易区分的。辣椒粉在外观上没有明显的特征且辣椒的种类有几十中m,利用其外观特性是不容易区分出不同种类的辣椒粉。需借助一些仪器或理化方法来鉴别。即需要客观的科学手段来鉴别。利用傅里叶变换红外光谱法就是一种很实用的方法,且这种
方法运用于很多领域嘲。
1.材料与方法
1.1仪器设备和测试条件
红外光谱仪为日本SHIMADZD公司生产的FllR-8400S型傅里叶变换红外分光光度计,其他的仪器为此仪器的附件及压片机。扫描范围
400~z1600em-1,分辨率4cⅡr1,扫描次数10。
1.2样品及制备
线辣椒,小尖椒以及灯笼椒购自菜市场。将三种辣椒样品烘干,从断面取少许样品研磨成粉,参入溴化钾粉末压片测红外光谱。所有光谱都已扣除背景光谱,并经过机带软件归一化处理。
2.结果与讨论
2.1三种辣椒的红外光谱特征
测得的傅立叶变换红外光谱图分别见图1、图2、图3,主要吸收峰
见表1。
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图l样品1(灯笼椒)的傅里叶变换红外光谱
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图2样品2(线辣子)的傅里叶变换红外光谱
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图3样品3(朝天椒)的傅里叶变换红外光谱
辣椒中主要含有生物碱、色素、油脂类,其中,辣椒生物碱是辣椒的辛辣成分,主要包括:辣椒碱、二氢辣椒碱、降二氢辣椒碱、高辣椒碱、高二氢辣椒碱以及微量元素、植物蛋白等。在3649cm--附近是羟基的伸缩振动;在3421cm-1附近是N—H的伸缩振动;3382cm一附近也是N—H(一C=NH)的振动;在2925cm。1处是c—H(一CH3)的不对称伸缩振
动;在2854cm-1附近是c—H(一cHr)的对称伸缩振动;在1733cm‘1附近是C=O(一CHBpC0一CHr)的伸缩振动;在1718cm-1附近是C=O
(一CH:-CO—cH,)的伸缩振动;在1610em-1附近是苯环骨架伸缩振动;在1386cm-1附近是甲基的弯曲振动;在1240em。附近是一CH(cH3):骨
架振动;在1033cm-1附近是=c—O-C一的对称伸缩振动;在617cm。附
近是顺式和反式ONO混合弯曲振动;在592cm-1是c—I的伸缩振动。
表1辣椒的傅里叶变换红外光谱吸收带/em-,
样品1
样品2
样品3
3649.07-
3649.07
3382.9l
3421.48
3421.48
2925.813382.91
2854.452923.88
2951.8l
1733.89
2854.45
1718.46
1733.89
1733.891608.521718.46
1716.531560.301610.45
1610.451386.721558.38
1558.388.211386.72
1386.721062.701240.14
1240.141033.77
1062.70
1068.49617.18
1033.77
1033.77
592.1l
617.18
536.17592.1lm592.11536.17
2.2几种特征峰的分析比较
比较三种不同种类的辣椒的红外光谱,发现它们的光谱图都比较相似,但是在一些吸收频率上还是有差别的。例如,在2925cm--处是
C—H(一CH,)的伸缩振动吸收峰处,灯笼椒与朝天椒的波数相同,而线辣
子的比它们两种辣椒小了2cm-1;在2854cm-4附近是c—H(一CH2-)的对称伸缩振动吸收峰处,灯笼椒与线辣子的波数相同,而朝天椒的几乎看
不到;在1718cm。附近是c=0(一CHz-CO-C}12-)的伸缩振动吸收峰处,
灯笼椒和线辣子相同,而朝天椒和它们相差2cm-1左右;在1610cm--附近苯环骨架伸缩振动吸收峰处,灯笼椒与其它两种辣椒相差2em-1;在
1062em4附近的吸收峰处,朝天椒和它们相差
(下转第106页)
科技信息高校理科研究
3.3结果分析
由表2可以看出,测试值与有限元计算得到的第1、2阶频率较吻
合。这说明,所建的计算模型比较合理,能反映运动健身车车架的实际动态特征。
碣㈣碣稀一碥
《c)三瞬
运动健身车属能源再生健身器材,对环境无污染,是对当前健身器材性能的发展和完善。若进一步创新结构的动态设计,增加其舒适性,将具有广阔的前景。针对其设计进行研究,结果分析如下:
(1)通过有限元方法计算车架的固有频率和振型来验证了有限元模型的合理性。
f2)通过对车架振型的分析,找到了其结构可能存在的薄弱区域和频率共振区域,可依此进行修改结构设计。
(3)车架的有限元动态分析方法,可优化设计,提高实际应用的可行
性。
4.结论
(曲翻所
图3车架前四阶振型
由图3可以看出:
(1)从(a)图的振型变化可见,车座弹簧变形大同时,弹簧的固有频率
节能减排是社会和科技持续发展的有效手段,健康是人类文明与进步的重要标志,自主创新是提高国际竞争力的重要保障。运动健身与发电一体化装置设计思路是在日常健身训练与教学工作实践中结合机械和电子机电原理的初步探索性研究,将人体健身运动消耗的卡路里转化为发条的机械能作为发电的动力源,并设计合理科学的控速或反馈性的自动控速装置、整流稳压和保护电路,以保证发条能量释放的经济化、发电机平稳运转和用电器的用电安全。研究的目的是抛砖引玉,使更多的体育工作者参与到体育器械的创新行列之中,从而设计出更多、更有价值的体育器械,使人们在获得健康的同时,将自身生物能源充分利用起来,转化为电能或其它可供应用的能源,以创造更多的经济效益和社会效益。设计思路适合运动训练和大众健身器械与发电装置一体化研究,设计方案具有普遍适用性,是人类利用自身能源,获得健康,减少污染的有效方式之一。
5.建议
(1)应使用高质量、高弹性系数、低阻尼系数、耐疲劳、抗弯曲、抗折断能力强的卷簧,尽量减小蓄能装置的体积,增大蓄能量。
与发电机工作频率的2倍频接近,极易产生2倍频共振,长时间健身,会感到不舒服,所以应适当改变弹簧的刚度,改变刚度后的弹簧的固有频率与控速系统的工作频率的2倍有很大差异,不会产生2倍频共振,
可在一定程度上以增加舒适性。
(2)从(b)图的变化可见,车把振动较大,这样会影响健身时的稳定性,可以加筋减振。
(3)从(c)图、(d)图的振型中可见,车架前端的支撑架和后座及其支撑架的刚度弱,对支撑的蓄能发电装置易引起振动。对车架前端的支撑架
和后座及其支撑架增加刚度,可降低振动。
3.2动态测试分析
0.9
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之
理0
馨
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:
0.05
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i..I.盯一’
(2)运动健身与发电装置传动部分的齿轮与夹板的结合处应使用轴承,以减小摩擦阻力,提高能量的传递效率。
(3)健身器械的设计应注意运动健身的科学化,要符合运动生物力学原理;蓄能与发电传动装置应符合机械和机电原理。
(4)通过该项目的设计研究,进一步挖掘人体的生物能量应用,从而
0.4
0.5
0
0.25
时刻“s
使人类在获得健康长寿的同时,将自身运动健身时释放的生物能量,通过科技创新加以合理应用,以创造更大的经济效益和社会效益。
参考文献
(a)时域信号
[1]丁玉兰.人机工程学[M].北京:北京理工大学出版社,2000:
24-25.
[2]马南京.重力式膝伸肌力量训练器械动力传动凸轮轮廓设计[J].体育科学,2007,27(4).
[3]中国机械工业教育协会.机械设计基础[M].北京:机械工业出
版社.2002:80—100.
[4]黄纯颖.机械创新设计[M].北京:高等教育出版社,2000:170—
208.
[5]王其红.电工基础教程[M].北京:电子出版社,2007:180—200.
用动态信号分析仪对车架的频率进行测量,图4为测得的时域信号和相应的功率谱图,测试的前4阶固有频率见表2。
(E接第104页)
[613;月红.“节能、健身”两不误[J].社区,2009.11(6),32—33.
[7]段波,黎明明等.自行车发电系统的动态分析[J]北京:科技创新导报,2009.4,18.
在样品的鉴别方面具有极大的应用潜力。
参考文献
劫破磷的吸收非常弱,在光谱图中几乎不能看到吸收峰,但基地啊种
6em4左右;朝天椒在2854em-1的c—H对称伸缩振
都有强的吸收峰;在617era-?的顺式和反式的一O—NO一混合弯曲振动吸收峰处,线辣子的吸收蜂比较弱。
2.3光谱图的相关分析
[1]华景清,蔡健.辣椒的药用价值[J].中国食物与营养,2004,
】252-53.
光谱图在整体上十分相似。如在617em。1处的灯笼椒和朝天椒的卷谱图相同;在592.1lem~、1033.77em-1.1386.72cm-1处的吸收峰,三种搓晶的光谱图相同;在t733cIll--处的吸收峰三种辣椒的光谱图也是相同
的。
[2]蒋慕东,王思明.辣椒在中国的传播及其影响[N].中国农史,
2005.217-27.
从整体角度看,不同种类的辣椒所含的物质大致相同,但是所含物质的相对含量存在差异。
3.结论
[3]黄敬光,周培红等.红辣椒喂鸡可提高鸡蛋价值[N].贵州省兴义市畜枚水产事业局,养殖技术顾问,2004.3.
[4]晓卞.兔子吃辣椒能御寒保膘[N].健康动物养殖.中国动物保
健.2003.1.
。[5]刘艳杰,任伟等.辣椒风湿巴布膏制备工艺研究[J].制剂与技
术,2010年1月第7卷第3期.
。[6]盖轲,齐慧丽等编著.仪器分析实验[M].兰州:甘肃民族出版社.2008.
综上分析,可以看出利用傅里叶变换红外光谱法可以鉴别不同昌种的辣椒,可以区分灯笼椒、线辣椒和小尖椒。红外光谔可以。晦遣、友馋她对样品进行鉴别,无需对样nt:nl匹’1Jz--分离提取,简单易行。红外光谱法
一106一
万方数据
辣椒的傅里叶变换红外光谱分析
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
胡怀生
陇东学院化学化工学院
科技信息
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION2010(36)
参考文献(12条)
1.盖轲;齐慧丽 仪器分析实验 20082.华景清.蔡健 辣椒的药用价值 2004(12)
3.刘艳杰;任伟 辣椒风湿巴布膏制备工艺研究[期刊论文]-制剂与技术 2010(03)4.蒋慕东.王思明 辣椒在中国的传播及其影响 2005(2)
5.晓卞 兔子吃辣椒能御寒保膘[期刊论文]-健康动物养殖 中国动物保健 2003(01)6.黄敬光.周培红 红辣椒喂鸡可提高鸡蛋价值 20047.黄敬光;周培红 红辣椒喂鸡可提高鸡蛋价值 20048.晓卞 兔子吃辣椒能御寒保膘 2003(1)
9.蒋慕东;王思明 辣椒在中国的传播及其影响[期刊论文]-中国农史 2005(2)10.刘艳杰.任伟.张新华 辣椒风湿巴布膏制备工艺研究 2010(3)11.华景清;蔡健 辣椒的药用价值[期刊论文]-中国食物与营养 2004(12)12.盖轲.齐慧丽 仪器分析实验 2008
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范文四:傅里叶变换红外光谱谱图排疑分析
第22卷增刊第1期
2009年6月
环境科技
EnvironmentalScienceandTechnology
V01.22
Supp.1
Jun.2009
傅里叶变换红外光谱谱图排疑分析
吴海.张润兵
(上海市闵行区环境监测二站,上海200240)
摘要:
阐述了傅里叶变换红外光谱的基本原理及特点.并通过利用红外光谱图对未知气体进行分析判定的方法,探傅立叶变换红外光谱;未知气体:化学事故应急监测
文献标识码:A
文章编号:1674-4829(2009)S1—0021—04
讨了这一方法在化学事故应急监测中的应用。关键词:
中图分类号:X2
Applicationby
Fourier
TransformInfraredSpectrometry
Run-bing
WU
Abstract:Thepaperintroducedanalyzetheunknown
gas
as
Hal.ZHANG
theprincipleandspecialtiesofFourier
way
Transform
Infrared
Spectrometryandtheway
to
well.ItdeeplydiscussedtheofapplicationinchemieMemergencymonitoring.
gas;
Keywords:
FourierTransformInfrared
Spectrometry;Unknown
Chemicalemergencymonitoring
化学领域中的应用,大体上可以分为2个方面【l】:①
0引言
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定分子的键长、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
有资料显示,至1988年底.全球已经登记化学品
l
837万多种,并且每年还在以2万种的速度增加。
我国登记生产的化学产品近5万种。人们日常生活中可能接触到的化学品也有几十万种之多。随着化学品的广泛应用。人类生活已离不开化学品.同时也存在着人类受到化学品损害的危险。化学事故的发生具有不可预测性。且危害性大。死亡率高.特别是有毒化学气体通过空气传播。很难预防。另外。有毒化学气体种类繁多,由于不同气体的化学性质各不相同.所以应急的救援措施也各不相同,中毒急救方法也不相同.目前傅立叶变换红外光谱法(FTIRl已在环境化学、环境监测、环境毒理学、突发性环境污染事故应急处理等领域中得到了广泛的应用。现就从红外光谱的原理人手。结合实际工作中遇到的情况。介绍运用傅里叶变换红外光谱仪对未知气体进行定性分析的方法。
1
道化学键的强弱:②由简正频率来计算热力学函数
等等。但是.红外光谱最广泛的运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比例.另外此法还具有快速、高灵敏度、检验试样用量少、能分析各种形状的试样等特点.因此它已经成为现代结构化学、分析化学最常用的和不可缺少的工具。
一般把红外光谱分为2个区域。即:特征区和指纹区。
(1)特征区(特征频谱区):4000~12501"/cm波数的高频区。包含H2的各种单键、双键和三键的伸缩振动及面内弯曲振动。特点是:吸收峰稀疏、较强。易辨认。需提醒的是特征峰常出现在特征区。
(2)指纹区:1250。400/1"/cm波数的低频区,包含C—x(x:o:,H:,N:)单键的伸缩振动及各种面内弯曲振动。其特点:吸收峰密集、指纹难辨认。需提醒的是:相关峰常出现在指纹区。
FTIR的技术特点
1.1红外光谱的原理
红外吸收光谱又称为分子振动转动光谱.其在
收稿日期:2008—10—17作者简介:吴
修回日期:2009—03—20
1.2冈R技术的特点
兀1IR光谱仪是由光源发出的红外光经过固定平面反射镜后。由分光器分成2束,其中一束光透射到可调凹面镜上。另一束光反射到同定平面镜上。调节凹面镜的位置至2束光的光程差为半波长的偶数
海(1982-),男,浙江宁波人,本科.工学学士,助理工
程师.主要从事FTIR的实际应用及TSP颗粒物采集的分析研究工作.
万方数据
环
境倍时,这2束光发生相长干涉,干涉图由红外检测器捕获.再经过计算机傅立叶变换处理后得到红外光谱图[21,见图1。
干涉仪
R.红外光源;M1.定镜;M}动镜;BS.光束分裂器;S.试样;D.探MH;A.放大镜;F.滤光器;^,D.模数转换器;D/A.散模转换器
图1FTIR工作原理
应急监测小组使用的FFIR是由芬兰产的
GASMETDX
F11R.该仪器具有较强的软件和硬件
配置。由于其干涉仪采用角隅立方镜系统,使得仪器的体积更加小巧轻便.另外干涉仪配有激光准直定位系统.自动温度控制器保证了仪器的精度。其结构简图见图2。
角■立方镶
圈2
GASMETD×FTIR结构
GASMET
DX内置红外吸收特征标准谱库。其计
算机分析软件具有谱库自动查询功能.可从基本光谱库中自动匹配出适合的气体成分。对未知气体进行识别.还可同时显示50种成分的分析结果和吸收曲线。非常适合用于现场快速测定和在线实时监测,是突发性污染事故应急监测的有效工具。
近年来.FTIR在气体分析中发挥了十分重要的作用[3-41.可应用于各种气体的快速分析和气体结构
研究领域。它的优点在于:①检测响应时间短,有利于
对动态过程和瞬间变化的研究.能够在线连续分析
燃烧产生的烟气;②利用计算机储存和多次累加,信噪比大大提高,可以进行物质的痕量测定;③分辨率
高,可以同时监测废气中的多种组分。
然而需要特别说明的是.聊R仪器存在光谱干
万方数据
科技
2009年6月
扰的问题。因此在实际监测分析中,特别是在应急化学事故监测中.若是不加分析地认同仪器给出的数据,会造成判断上的失误,进而引发事故处理的连锁失误,给污染地区带来更大的损失。
2
FTlR在化学事故应急监测应用上的实例分析
图3是于2007年某日利用GASMETDX4010
便携式FrIR对本市某工厂车间内的泄漏气体进行监测得到的红外谱线。
l8
l6l4l2
l越絮群
O8O6
O4O2O4238
3852珊3080
26942308192215361150764
波数,(个?em-1)
圈3样品的红外谱线
经电脑对采集气体的谱图残差分析.得出废气中主要成份为水(H:O)、二氧化碳(co:)、氨气(NH3)、四氯化碳(CCL,)、氯乙烷(C2HsCl)、甲苯(C6H,CH3)、间二甲苯[(CH如C6H4】、三氯乙烯(C2HCl,)、丙烯腈(CH:=CHCN)和氯仿(CHCl,)等,但电脑是通过将样品图谱和电脑内贮存的标准图谱对照得出的结论.由于电脑内的标准图谱并不全,且电脑在分析对照时会自动地近似取值.所以常会有误报.这时就需人工对电脑得出的结论进行认定。我们仔细观察样品图.可以发现图中共有12个明显吸收峰.对照
干净空气光谱线(图4),H:O标准光谱线(图5)和CO:标准光谱线(图6),我们可以发现样品图中的l#,Z3?峰和H20,CO:的标准图谱匹配性相当好,同时得出结论4~12的吸收峰是我们这次检测的重点。
披散,(个?em-1)
圈4干净空气的标准谱线
第22卷增刊第1期吴海等傅里叶变换红外光谱谱图排疑分析
8642l螂鬟螫
8642
埔¨他。¨O%¨眈。
"4238
3852
3466
30∞26942308192215361150
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波数,(个?cm。‘)
圈5
Hp的标准谱线
越来曩
放效,(个?am-')
圈6
C02的标准谱线
NH3中的[一NH一]在3
500~3
100个/cm波数
应有伸缩振动吸收峰。峰强中。在1600个/era波数附近应有弯曲振动吸收峰.峰强中.但参照图5发现该2处波段已被水的吸收峰覆盖.对照NH,的标准图谱(图7).发现1000个/cm波数以下的峰与标准谱图的峰形匹配性很差。我们基本可以否定它的存在。
越皋群
圈7NHa的标准谮线
CCh中的墨C—CI在720个/era波数附近应有明显的吸收峰。参看它的标准图谱线(图8),匹配性较好。但由于波峰单一。无其它波段的吸收峰来验证。故只能判别定其可疑存在。要判定其真实存在。最好能用其它方法来验证。如气相色谱法。
万方数据
越巢蕾
渡效,(个?em-')
图8CCI.的标准谱线
C2H5Cl中的兰C—C1在720个/era波数附近应有明显的吸收峰,一CH,,=CH2在2
960—2850
个/era波数处应有伸缩振动吸收峰.在l
470—350
个/era波数处应有剪式和弯曲振动吸收峰.蓉CH在1ooO。620个/cm波数处应有弯曲振动吸收峰。观察样品图,参考C6I-I,CH,的标准图谱线(图9),虽
然各波段都有吸收峰配合.但l500—800个/cm波数段峰形匹配性不佳,应排除。
魁0.030鬟管
0矗的
0.010
0.a∞
0幻茹。。蛳。凡怕忡,几.,矾..心
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
L
波散,(个?am“)
圈9
C2H茹I的标准谮线
’C6H5CH3和(CH3)2C6H。中的-CH3在2960—2850个/cm波数应有伸缩振动吸收峰,苯环在
3
100~3
000个/era波数应有伸缩振动吸收峰.峰
强较弱.在870。675个/cm波数应有弯曲振动吸收峰.峰强较强,观察样品图发现,各波段都有吸收
峰响应.且配合相当好,对照C6I-I,CH3和(CH3):C6H。的标准图谱线(图10)和图(11),匹配性也不错,可判定它们存在。但二者峰形相似,较难区分,可用质谱仪加以区分和验证。
nOnO
毯鬟群
OOOO
啪呦咖啪啪啪啪咖
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
渡散,(个?cm4)
圈10CeI-1513H3的标准谱线
环
境O咖O呦
O
啪O啪
毯鬟螫
0啪
n
啪O啪
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
波数,(个?l。1)
图11
(CH3)aC6H4的标准谱线
C2HCl3中的-C—C1在720个/era波数附近应有明显的吸收峰,-C—H在3100~3000个/cm波数有吸收峰,峰强较弱,在1010~650个/cm波数处有吸收峰(多峰),峰强较强,参看C:HCl,标准图谱线(图12),各峰匹配较好,可判定其存在。
渡馥,(个?cmo)
图12
C#ICl3的标准谱线
CH2=CHCN中的一C-=N在2260~2220个/cm波数应处有伸缩振动吸收峰.暑C—H在3100~3000个/cm波数处有吸收峰.峰强较弱。在1
010.650
个/cm波数处有吸收峰(多峰),峰强较强,样品图谱中除一C三N受CO:吸收峰覆盖,它们各峰都有响应。但参看CH2=CHCN标准图谱线(图12).900。560个/cm波数间的峰形匹配较差,应排除。
0.0150.012
魁0.009米
督0.006
O.003O.000
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
波数,(个?cm’‘)
图13
CH卢CHCN的标准谱线
万方数据
科技
2009年6月
CHCl3和cch的结构相似,CHCl3仅多一氢键,所以两者的光谱线也较相似,CHCI,标准光谱线见
图14,CHCl3在1200个/cm波数附近多了氢键的
弯曲振动吸收峰,2峰在样品图谱都有响应,且配合较好,应判别定其存在。
图14
CHCl3的标准谱线
经过FTIR仪器测得的图谱,加上上述判定,我们可以得出Cd-15CH3,(CH3)2C6I-I。,C2HCl3和CHCl3是该车间空气中的主要污染成份。CCh可疑存在。3结论
肌R是一种应用范围广、检测速度快的检测仪
器.但它在测定复杂气体时.各种气体的特征吸收峰
容易相互覆盖.造成区分困难.也加大了使用者的使用难度.特别是水的吸收峰.所以建议在使用时配快速脱水装置.以去除水的干扰(极易溶于水的气体会有所损耗,如HCI,NH,等)。若能配合其它色谱一起使用(如气相、液相等),就能相互验证,使定性更加准确。
【参考文献]
【l】朱明华.仪器分析[M】.北京:高等教育出版社,1983:286.【2】吴征铠,唐敖庆.分子光谱学专论【M】.济南:山东科学技
术出版社.1999:150—163.
【3】DUQUESNE,SOPHIE,LE
BRAS,et
al,Analysis
of
firegases
released
from
polyurethane
andfire—retarded
polyurethanecoatings【J】.JournalofFireSciences,2000,18
(6):456—482.
[4】JOSEPHZ,ANDREWK.F11R
spectroscopicmeasurementof
halogenated
poundsproducedduring
fire
suppression
tests
oftwo
halon
replacements【J】.Fire
Safety
Journal,
1998,3l(1):168—171.
r责任编辑朱鼎一)
范文五:傅里叶变换红外光谱谱图排疑分析
第22卷
增刊第1期2009年6月
环境科技
EnvironmentalScienceandTechnology
Vol.22Supp.1Jun.2009
傅里叶变换红外光谱谱图排疑分析
吴
海,
张润兵
上海
(上海市闵行区环境监测二站,
摘
要:
200240)
阐述了傅里叶变换红外光谱的基本原理及特点,并通过利用红外光谱图对未知气体进行分析判定的方法,探傅立叶变换红外光谱;未知气体;化学事故应急监测
讨了这一方法在化学事故应急监测中的应用。关键词:
中图分类号:X2文献标识码:A文章编号:1674-4829(2009)S1-0021-04
ApplicationbyFourierTransformInfraredSpectrometry
WUHai,ZHANGRun-bing
Abstract:ThepaperintroducedtheprincipleandspecialtiesofFourierTransformInfraredSpectrometryandthewaytoanalyzetheunknowngasaswell.Itdeeplydiscussedthewayofapplicationinchemicalemergencymonitoring.Keywords:FourierTransformInfraredSpectrometry;Unknowngas;Chemicalemergencymonitoring
0引言
有资料显示,至1988年底,全球已经登记化学品1837万多种,并且每年还在以2万种的速度增加。我国登记生产的化学产品近5万种。人们日常生活中可能接触到的化学品也有几十万种之多。随着化学品的广泛应用,人类生活已离不开化学品,同时也存在着人类受到化学品损害的危险。化学事故的发生具有不可预测性,且危害性大,死亡率高,特别是有毒化学气体通过空气传播,很难预防。另外,有毒化学气体种类繁多,由于不同气体的化学性质各不相同,所以应急的救援措施也各不相同,中毒急救方法也不相同,目前傅立叶变换红外光谱法(FTIR)已在环境化学、环境监测、环境毒理学、突发性环境污染事故应急处理等领域中得到了广泛的应用。现就从红外光谱的原理入手,结合实际工作中遇到的情况,介绍运用傅里叶变换红外光谱仪对未知气体进行定性分析的方法。
化学领域中的应用,大体上可以分为2个方面[1]:①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定分子的键长、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;②由简正频率来计算热力学函数等等。但是,红外光谱最广泛的运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比例,另外此法还具有快速、高灵敏度、检验试样用量少、能分析各种形状的试样等特点,因此它已经成为现代结构化学、分析化学最常用的和不可缺少的工具。
一般把红外光谱分为2个区域,即:特征区和指纹区。
(1)特征区(特征频谱区):4000~1250个/cm波数的高频区,包含H2的各种单键、双键和三键的伸缩振动及面内弯曲振动。特点是:吸收峰稀疏、较强,易辨认。需提醒的是特征峰常出现在特征区。
(2)指纹区:1250~400个/cm波数的低频区,包含C-X(X:O2,H2,N2)单键的伸缩振动及各种面内弯曲振动。其特点:吸收峰密集、指纹难辨认。需提醒的是:相关峰常出现在指纹区。1.2FTIR技术的特点
FTIR光谱仪是由光源发出的红外光经过固定平面反射镜后,由分光器分成2束,其中一束光透射到可调凹面镜上,另一束光反射到固定平面镜上。调节凹面镜的位置至2束光的光程差为半波长的偶数
11.1
FTIR的技术特点
红外光谱的原理
红外吸收光谱又称为分子振动转动光谱,其在
收稿日期:2008-10-17作者简介:吴
修回日期:2009-03-20
海(1982-),男,浙江宁波人,本科,工学学士,助理工
程师,主要从事FTIR的实际应用及TSP颗粒物采集的分析研究工作.
22
环境科技
2009年6月
倍时,这2束光发生相长干涉,干涉图由红外检测器捕获,再经过计算机傅立叶变换处理后得到红外光谱图[2],见图1。
干涉仪
扰的问题。因此在实际监测分析中,特别是在应急化学事故监测中,若是不加分析地认同仪器给出的数据,会造成判断上的失误,进而引发事故处理的连锁失误,给污染地区带来更大的损失。
2FTIR在化学事故应急监测应用上的实例分析
R
BS
M2SD
干涉图
键盘
外部设备
光谱
A
FA/D计算机D/A
图3是于2007年某日利用GASMETDX4010便携式FTIR对本市某工厂车间内的泄漏气体进行监测得到的红外谱线。
1.81.61.41.2
吸光度
R.红外光源;M1.定镜;M2.动镜;BS.光束分裂器;S.试样;D.探测器;A.放大镜;F.滤光器;A/D.模数转换器;D/A.数模转换器
图1FTIR工作原理
10.80.60.40.2
423838523466308026942308192215361150764
波数/(个·cm-1)
应急监测小组使用的FTIR是由芬兰产的
GASMETDXFTIR,该仪器具有较强的软件和硬件配置。由于其干涉仪采用角隅立方镜系统,使得仪器的体积更加小巧轻便,另外干涉仪配有激光准直定位系统,自动温度控制器保证了仪器的精度,其结构简图见图2。
角隅立方镜
图3样品的红外谱线
光束分离器
输出镜
准直镜
经电脑对采集气体的谱图残差分析,得出废气中主要成份为水(H2O)、二氧化碳(CO2)、氨气(NH3)、四氯化碳(CCl4)、氯乙烷(C2H5Cl)、甲苯(C6H5CH3)、间二甲苯[(CH3)2C6H4]、三氯乙烯(C2HCl3)、丙烯腈(CH2=CHCN)和氯仿(CHCl3)等,但电脑是通过将样品图谱和电脑内贮存的标准图谱对照得出的结论,由于电脑内的标准图谱并不全,且电脑在分析对照时会自动地近似取值,所以常会有误报,这时就需人工对电脑得出的结论进行认定。我们仔细观察样品图,可以发现图中共有12个明显吸收峰,对照干净空气光谱线(图4),H2O标准光谱线(图5)和CO2标准光谱线(图6),我们可以发现样品图中的1#,2#,3#峰和H2O,CO2的标准图谱匹配性相当好,同时得出结论4~12的吸收峰是我们这次检测的重点。
1.41.21
吸光度
红外光源
图2GASMETDXFTIR结构
GASMETDX内置红外吸收特征标准谱库,其计算机分析软件具有谱库自动查询功能,可从基本光谱库中自动匹配出适合的气体成分,对未知气体进行识别,还可同时显示50种成分的分析结果和吸收曲线。非常适合用于现场快速测定和在线实时监测,
是突发性污染事故应急监测的有效工具。
近年来,FTIR在气体分析中发挥了十分重要的作用[3-4],可应用于各种气体的快速分析和气体结构研究领域。它的优点在于:①检测响应时间短,有利于对动态过程和瞬间变化的研究,能够在线连续分析燃烧产生的烟气;②利用计算机储存和多次累加,信噪比大大提高,可以进行物质的痕量测定;③分辨率高,可以同时监测废气中的多种组分。
然而需要特别说明的是,FTIR仪器存在光谱干
0.80.60.40.204238
3852
3466
3080
2694
2308
1922
1536
1150
764
波数/(个·cm-1)
图4干净空气的标准谱线
第22卷增刊第1期吴海等傅里叶变换红外光谱谱图排疑分析
23
0.80
1.81.61.2
吸光度
吸光度
0.700.600.500.400.300.200.100.00
4000
3500
3000
2500
2000
-1
1.410.80.60.40.2
423838523466308026942308192215361150764
波数/(个·cm-1)
15001000
波数/(个·cm)
图8CCl4的标准谱线
图5H2O的标准谱线
1.61.41.21
吸光度
0.80.60.40.2
423838523466308026942308192215361150764
波数/(个·cm-1)
C2H5Cl中的≡C-Cl在720个/cm波数附近应
有明显的吸收峰,-CH3,=CH2在2960~2850个/cm波数处应有伸缩振动吸收峰,在1470~350个/cm波数处应有剪式和弯曲振动吸收峰,≡CH在1000~620个/cm波数处应有弯曲振动吸收峰,观察样品图,参考C6H5CH3的标准图谱线(图9),虽然各波段都有吸收峰配合,但1500~800个/cm波
数段峰形匹配性不佳,应排除。
0.0500.040
吸光度
0.0300.0200.0100.000
4000
3500
3000
25002000
-1
波数/(个·cm)
1500
1000
图6CO2的标准谱线
NH3中的[-NH-]在3500~3100个/cm波数
应有伸缩振动吸收峰,峰强中,在1600个/cm波数附近应有弯曲振动吸收峰,峰强中,但参照图5发现该2处波段已被水的吸收峰覆盖,对照NH3的标准图谱(图7),发现1000个/cm波数以下的峰与标准谱
图的峰形匹配性很差,我们基本可以否定它的存在。
0.0800.0700.060
吸光度
图9C2H5Cl的标准谱线
C6H5CH3和(CH3)2C6H4中的-CH3在2960~2850个/cm波数应有伸缩振动吸收峰,苯环在3100~3000个/cm波数应有伸缩振动吸收峰,峰强较弱,在870~675个/cm波数应有弯曲振动吸
收峰,峰强较强,观察样品图发现,各波段都有吸收峰响应,且配合相当好,对照C6H5CH3和(CH3)2C6H4的标准图谱线(图10)和图(11),匹配性也不错,可判定它们存在。但二者峰形相似,较难区分,可用质谱仪加以区分和验证。
0.0700.060
0.0500.0400.0300.0200.0100.000
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
0.050
吸光度
波数/(个·cm-1)
0.0400.0300.0200.0100.000
4000
3500
3000
2500
2000
-1
图7NH3的标准谱线
CCl4中的≡C-Cl在720个/cm波数附近应有
明显的吸收峰,参看它的标准图谱线(图8),匹配性
较好,但由于波峰单一,无其它波段的吸收峰来验证,故只能判别定其可疑存在,要判定其真实存在,最好能用其它方法来验证,如气相色谱法。
15001000
波数/(个·cm)
图10C6H5CH3的标准谱线
24
0.0600.0500.040
吸光度
环境科技
2009年6月
0.0300.0200.0100.000
4000
3500
3000
2500
2000
-1
CHCl3和CCl4的结构相似,CHCl3仅多一氢键,所以两者的光谱线也较相似,CHCl3标准光谱线见图14,CHCl3在1200个/cm波数附近多了氢键的弯曲振动吸收峰,2峰在样品图谱都有响应,且配合
较好,应判别定其存在。
0.700.60
1500
1000
吸光度
0.500.400.300.200.100.00
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
波数/(个·cm)
图11(CH3)2C6H4的标准谱线
C2HCl3中的≡C-Cl在720个/cm波数附近应有
明显的吸收峰,≡C-H在3100~3000个/cm波数有吸收峰,峰强较弱,在1010~650个/cm波数处有吸收峰(多峰),峰强较强,参看C2HCl3标准图谱线(图12),各峰匹配较好,可判定其存在。
0.200.16
吸光度
波数/(个·cm-1)
图14CHCl3的标准谱线
0.120.080.040.00
4000
3500
3000
2500
-1
经过FTIR仪器测得的图谱,加上上述判定,我
们可以得出C6H5CH3,(CH3)2C6H4,C2HCl3和CHCl3是该车间空气中的主要污染成份,CCl4可疑存在。
3结论
FTIR是一种应用范围广、检测速度快的检测仪
2000
1500
1000
波数/(个·cm)
图12C2HCl3的标准谱线
CH2=CHCN中的-C≡N在2260~2220个/cm
波数应处有伸缩振动吸收峰,≡C-H在3100~3000个/cm波数处有吸收峰,峰强较弱,在1010~650个/cm波数处有吸收峰(多峰),峰强较强,样品图谱中除-C≡N受CO2吸收峰覆盖,它们各峰都有响应,但参看CH2=CHCN标准图谱线(图12),900~560个/cm波数间的峰形匹配较差,应排除。
0.0150.012
吸光度
器,但它在测定复杂气体时,各种气体的特征吸收峰容易相互覆盖,造成区分困难,也加大了使用者的使用难度,特别是水的吸收峰,所以建议在使用时配快速脱水装置,以去除水的干扰(极易溶于水的气体会有所损耗,如HCl,NH3等)。若能配合其它色谱一起使用(如气相、液相等),就能相互验证,使定性更加准确。
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(责任编辑
朱鼎一)
0.0090.0060.0030.000
4000350030002500200015001000
波数/(个·cm-1)
图13CH2=CHCN的标准谱线
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