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FTIR分析：解鎖材料科學(xué)的新視角

FTIR分析，即傅里葉變換紅外光譜法，是一種用于探測材料分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵合的實驗技術(shù)。簡單來說，這種技術(shù)通過照射一束含有多種波長的紅外光到樣品上，然后測量樣品吸收的光量。由于不同的化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)會吸收不同波長的光，這樣就能形成一種我們稱之為“吸收光譜”的圖譜。這個光譜就像材料的指紋一樣，能幫助我們確定材料的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵合狀態(tài)。

這個過程可以想象成是給分子做X光檢查。正如不同角度的X光圖像可以幫助醫(yī)生識別骨骼的結(jié)構(gòu)，不同波長的紅外光被吸收的情況也能夠幫助科學(xué)家們揭示出分子的結(jié)構(gòu)。

FTIR分析的優(yōu)勢在于它是一種無損檢測方法，這意味著在測量過程中不會對樣品造成任何損害，因此可以對同一件樣品進(jìn)行多次測試。此外，這項技術(shù)非常敏感，能夠捕捉到微小的分子振動和轉(zhuǎn)動變化，而且操作簡便快捷，適用范圍廣泛，可以用來研究各種有機、無機和生物材料。

現(xiàn)在讓我們深入了解一下FTIR分析的原理。當(dāng)紅外光照射到樣品上時，如果光的頻率與樣品分子內(nèi)某個基團(tuán)的自然振動頻率相匹配，那么這個基團(tuán)就會吸收光能并開始振動。這種振動會在光譜上形成一個特征峰，告訴我們哪種基團(tuán)存在以及它們的數(shù)量。

一、FTIR分析的原理

當(dāng)被測試的樣品接受紅外光的照射，頻率不斷變化時，分子基團(tuán)會吸收特定頻率的輻射。這將導(dǎo)致分子內(nèi)振動或旋轉(zhuǎn)運動而產(chǎn)生偶極矩變化，從而引發(fā)分子的振動能級和轉(zhuǎn)動能級之間的躍遷，使其從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，形成分子的吸收光譜。

紅外吸收光譜通常被用于材料的基團(tuán)結(jié)構(gòu)鑒定、材料的定性和定量分析：

①特征吸收頻率——基團(tuán)的吸收特性（用于定性分析）

②強度特征峰------用于定量分析

二、FTIR分析的特點

1、具有強烈的特征性：每種物質(zhì)都有其獨特的光譜，就像人的指紋一樣。

2、分析速度快：只需幾秒鐘至幾分鐘即可完成一次測量。

3、無損傷試樣：不會破壞或改變樣品的性質(zhì)。

4、試樣用量少：只需要極少量的樣品就可以進(jìn)行分析。

5、適用于各種狀態(tài)的試樣：無論是固體、液體還是氣體。

6、分析靈敏度高：能夠檢測到微量的物質(zhì)。

7、應(yīng)用范圍廣泛：可以用來檢測無機、有機、高分子化合物等。

利用FTIR分析可以解決如下問題。

① 已知物的鑒定；

② 未知物的結(jié)構(gòu)鑒定；

③ 特殊材料的定量分析；

④ 顯微紅外可針對產(chǎn)品表面殘留物、表面析出粉末/液體、產(chǎn)品表面疑似發(fā)生氧化、腐蝕、外來物、外來成分引入等微量物質(zhì)分析。

三、FTIR分析在材料檢測領(lǐng)域的應(yīng)用

1、已知物的鑒定

將試驗樣品的紅外光譜與標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜進(jìn)行對照比較。通過比較光譜峰的位置、波數(shù)和形狀等特征來判斷兩種化合物的相似性和純度。

2、高分子材料一致性判定

由于不同基團(tuán)種類、排布方式不同，在紅外譜圖上會顯現(xiàn)出不同的譜峰。因此，紅外譜圖的指紋會呈現(xiàn)差異，通過比較譜圖，可以識別出樣品中所含的化合物或化合物結(jié)構(gòu)的差異，進(jìn)而判定不同樣品的材料一致性。一般而言，為了獲得較為準(zhǔn)確的一致性分析結(jié)果，還需綜合考慮產(chǎn)品組分含量、產(chǎn)品理化性能等多方面的綜合分析。

使用范圍：適用于未加工成型的塑料原料（顆粒）或加工成型的均質(zhì)塑料零部件（如外殼、支撐帶電部件等）；以及印制電路板（PCB板）。

材料一致性判定的目的主要包括以下幾點：1.解決產(chǎn)品異常問題，從材料方面入手；2.監(jiān)控產(chǎn)品，確認(rèn)材料是否具有相同成分、批次和廠家；3.有效控制塑料供應(yīng)商使用過量的回收料或邊角料；4.通過逆向分析產(chǎn)品，準(zhǔn)確鑒定未知材料，實現(xiàn)成本節(jié)約。

3、異物分析

顯微紅外光譜是有機異物分析中廣泛采用的方法。可通過觀察異物紅外光譜圖中官能團(tuán)的吸收峰來確認(rèn)異物的化學(xué)成分。一種簡便的方法是利用儀器軟件檢索譜庫，將結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜圖進(jìn)行比較，以確定異物的化學(xué)成分。在處理復(fù)雜情況時，通常會結(jié)合傅立葉變換紅外光譜分析儀以及其他檢測設(shè)備，以獲取更多有關(guān)異物成分或相關(guān)信息。

適用范圍：主要用于分析產(chǎn)品表面的各種異常物質(zhì)，如顆粒、油漬、霧氣、斑點等，F(xiàn)TIR主要針對有機異物進(jìn)行檢測。

異物分析的目的是為了分析工業(yè)生產(chǎn)、儲存和使用過程中出現(xiàn)的異物混雜物或未知物的成分，以便找出并追溯異物產(chǎn)生的原因和來源，從而有效地防止異物生成，減少企業(yè)的經(jīng)濟損失。

常規(guī)情況下，用FTIR進(jìn)行異物分析的試驗步驟如下：

①在紅外窗片上收集異物。

②獲取異物的紅外光譜

研究異物的紅外光譜，獲得數(shù)據(jù)后進(jìn)行分析，推測異物的來源。

4、固化率測試

固化率表示了膠體樣品經(jīng)過物理或化學(xué)固化后固化程度的特征。

進(jìn)行傅里葉變換紅外光譜（FTIR）固化率測試時，其中的測試項目包括觀察樣品在固化過程中官能團(tuán)的斷裂和重組、固化反應(yīng)的機理、判斷固化反應(yīng)的程度以及測試樣品的固化率等。

使用范圍：可用于環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂、乙烯基加成聚合硅橡膠等熱固性樹脂的領(lǐng)域。

固化率測試的目的在于評估交聯(lián)度，通過這種測試可以有效地測量交聯(lián)固化樣品的反應(yīng)程度，以確保材料性能的控制。

總的來說，F(xiàn)TIR分析是一種強大的工具，它能夠幫助研究人員深入了解材料的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵合特性，為材料的研究和開發(fā)提供重要的信息。無論是在醫(yī)藥、食品還是材料科學(xué)領(lǐng)域，F(xiàn)TIR分析都發(fā)揮著重要的作用。

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