紅外光譜介紹及測試方法

　　一、重慶大學電鏡中心紅外光譜儀器

　　1.儀器品牌、型號：Nicolet iS5 傅里葉變換紅外光譜儀

　　2.主要技術指標：

　　① 光譜范圍：7800-350cm-1。

　　② 干涉儀：VECTRA磁浮式干涉儀。

　　③ 分束器：鍍Ge的KBr分束器；檢測器：DLaTGS。

　　④ 光源：Ever-Glo長壽命空冷中遠紅外光源。

　　⑤ 分辨率：優于0.8cm-1。

　　⑥ 信噪比S/N：優于40000：1（1分鐘掃描，KBr分束器，DTGS檢測器，4cm-1光譜分辨率）。

　　⑦ 波數精度：優于0.01cm-1。

　　⑧ 配備多種測樣附件。

　　3.主要功能：

　　各種類型、各種狀態（固、液、氣）樣品的紅外光譜測定分析，表征分子中基團、價鍵的存在與否（極性共價鍵）。廣泛應用于樣品的分子結構分析、樣品成份的定性定量分析（成份解剖分析）、產品的研究開發等方面。

　　二、紅外光譜的測試原理

　　光源發出的光被分束器(類似半透半反鏡)分為兩束，一束經透射到達動鏡，另一束經反射到達定鏡。兩束光分別經定鏡和動鏡反射再回到分束器，動鏡以一恒定速度作直線運動，因而經分束器分束后的兩束光形成光程差，產生干涉。干涉光在分束器會合后通過樣品池，通過樣品后含有樣品信息的干涉光到達檢測器，然后通過傅里葉變換對信號進行處理，最終得到透過率或吸光度隨波數或波長的紅外吸收光譜圖。

　　三、紅外光譜的測試步驟（以Nicolet iS5 傅里葉變換紅外光譜儀為例）

　　（一）、適用范圍：本方法適用于液體、固體、氣體、金屬材料表面鍍膜等樣品。

　　（二）操作步驟：

　　1. 開機與自檢

　　（1）按光學臺、打印機及電腦順序開啟儀器，光學臺開啟后3min即可穩定。

　　(2) 開始/所有程序/Thermo scientific OMNIC, 或者點擊桌面上的快捷方式，選擇所需操作軟件。

　　(3) 儀器自檢:打開軟件后，儀器將自動檢測。

　　(4) 主機左上角的兩個指示燈分別代表: 激光、掃描。激光指示燈常亮，掃描指示燈閃爍。如果出問題時，激光指示燈將熄滅。

　　2. 樣品ATR檢測

　　(1) 垂直安放ATR試驗臺，旋上探頭，保持探頭尖端距離平臺一定高度。此時，電腦顯示智能附件，自檢后，點擊確定。

　　(2)將樣品(固體或者液體pH=5~9，非腐蝕性、非氧化型、不含Cl的有機溶劑)放在平臺檢測窗上，將探頭對準檢測窗，順時針旋下，緊貼樣品，直到聽見一聲響聲后采集數據。

　　(3)清洗樣品臺，更換樣品或結束實驗時，用酒精棉擦洗檢測臺，等待其自然風干。

　　3.樣品E.S.P.檢測

　　安裝樣品架，電腦顯示附件、自檢后，點擊確定。把制備好的樣品放入樣品架，然后插入儀器樣品室的固定位置上，待穩定后采集數據。

　　4. OMNIC 軟件操作

　　(1)進入采集，選擇實驗設置對話框，設置實驗條件。

　　①掃描次數通常選擇32。

　　②分辨率指的是數據間隔，通常固體、液體樣品選4，氣體樣品選擇2。

　　③校正選項中可選擇交互K-K校正，消除刀切峰。

　　④采集預覽相當于預掃。

　　⑤文件處理中的基礎名字可以添加字母，以防保存的數據覆蓋之前保存的數據。

　　⑥可以選擇不同的背景處理方式: 采樣前或者后采集背景；采集一個背景后，在之后的一段時間內均采用同一個背景；選擇之前保存過的一個背 景。

　　⑦光學臺選項中，范圍在6-7為正常。

　　⑧診斷中可以進行準直校正(通常一個月進行一次，相當于能量校正)，和干燥劑試驗。

　　(2)設定結束，點擊確定，開始測定。

　　①點擊采集樣品，彈出對話框。輸入圖譜的標題，點擊確定。準備好樣品后，在彈出的對話框中點擊確定，開始掃描。

　　②掃描結束后，彈出對話框提示準備背景采集。采集后，點擊“是”，自動扣除背景。

　　③也可以設定先掃描背景，按采集背景光譜，然后掃描樣品 。

　　(3)可對采集的光譜進行處理，以下按鈕分別為:選擇譜圖、區間處理、讀坐標(按住shift 直接讀峰值)、讀峰高(按住shift自動標峰，調整校正基線)、讀峰面積、標信息(可拖拽)、縮放或者移動。

　　(4)采集結束后，保存數據，存成SPA格式(omnic軟件識別格式)和CSV格式(Excel可以打開)。

　　(5)用ATR測定時，無論先測背景還是后測背景，只要按照提示進行測定。測定結束后，需清理試驗臺，無水乙醇清洗探頭和檢測窗口，晾干后測定下一個樣品。

　　四、紅外光譜的在建材上的應用

　　1. 巖石和礦物的鑒定

　　用于建材方面的巖石、礦物很多，其中有許多礦物可通過紅外進行定性或定量的測定。一些常見碳酸鹽礦物在700cm-1附近都有一個特征帶。方解石為711cm-1，白云石為727cm-1，菱鎂礦為748cm-1，文石為700和1083cm-1。這些吸收帶大都非常尖銳，因而可以定量地確定這些礦物的相對含量。例如作為水泥原料和混凝土集料的石灰石，其中常含有少量的白云石，白云石的含量可用紅外定量地測定。測定的方法可根據白云石727 cm-1帶的絕對強度，也可根據此帶與方解石的711 cm-1帶的強度之比。此外，對于石灰石中常含有的二氧化硅、碧玉、磷酸鹽等雜質，也可由紅外迅速加以鑒別。

　　2.水泥礦物的鑒定

　　對于水泥礦物的定性分析是肯定的，半定量的測定也是可能的。普通硅酸鹽水泥的主要礦物為C3S、C2S、C3A和C4AF。根據資料介紹，阿利特的特征吸收帶為925、895~885、520和465cm-1，貝利特為965~985和845~850cm-1，熟料中的硫酸鹽為1080~1100cm-1，高鋁水泥中的鋁酸鹽為770cm-1。

　　3. 水化研究

　　普通硅酸鹽水泥水化前后，譜帶的位置發生了顯著的變化。865cm-1帶是A1-OH鍵形成的標志，980cm-1帶為C-S-H的特征吸收。865cm-1帶強度的增長速度超過了980cm-1帶，說明C3A的水化比硅酸鹽的水化要快得多。同時也證明了，在缺乏充足的硫酸根離子時，鋁酸鹽水化形成的并非鈣礬石，而是水化鋁酸鈣。650和1100cm-1帶的逐漸消失，表明硬化水泥中的硫酸鹽已消耗怠盡。同樣，515cm-1帶的逐漸減弱，說明了水泥中的硅酸鹽和鋁酸鹽的不斷水化。位于3420cm-1的寬帶可歸因于H2O。700cm-1處產生的新帶可能是由于水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣的碳化引起的。

　　4.在混凝土方面的應用

　　下面舉例說明。在聚合物混凝土的研究中，紅外發揮了有效的作用。Sugama等研究了C2S和C3S對乙烯型聚合物混凝土熱穩定性的影響，發現3020~2900cm-1帶（為甲基丙烯酸甲酯中的CH2振動）發生了明顯的變化，據此推斷出填料中的CaO與聚合物中的-CH2-發生了反應。砂漿中的甲基丙烯酸甲酯由單體向多聚體的轉化過程也是由紅外得到證明的。

　　在滲硫混凝土的研究中，Berry使用了拉曼光譜。在活性混凝土集料的研究中，Hirche發現，當集料在3800和2800cm-1處具有較強的紅外吸收時，具有堿活性。