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红外光谱在纺织品检测中的应用摘要：本文主要介绍了红外光谱分析技术的基本原理，制样方法，主要技术以及在纺织品检测方面的应用，并对未来的技术发展做出合理预测 关键词：红外光谱ATR纺织品检测制样前言红外光谱是一种选择性吸收光谱，通常是指有机物分子在一定波长红外线的照射下， 选择性地吸收其中某些频率的光能后，用红外光谱仪记录所得到的吸收谱带红外吸收带的 波长位置与吸收谱带的强度，反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构或确定 其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与分子组成或化学基团的含量有关，可用以进行定量分 析和纯度鉴定由于红外光谱分析特征性强，对气体、液体、固体试样都可测定，并具有试样量少， 分析速度快，不破坏试样的特点，因此，红外光谱法常用于鉴定化合物和测定分子结构，并 进行定性和定量分析，它在高聚物结构测定方面得到越来越来广泛的应用，是高聚物表征和 结构性能研究的基本手段之一在纺织工业领域，主要用于对未知物的分析、定量分析、织物等表面涂层的分析，以 及高分子材料大分子链等的测定下面主要介绍红外光谱法在纺织品检测中的实际应用及发 展前景1. 红外光谱仪的种类红外光谱仪是记录通过样品的红外光的透射率或吸光度随波数变化的装置。

主要有色 散型红外分光光度计和干涉型傅立叶变换光谱仪两类，目前以干涉型傅立叶变换光谱仪为 主1.1色散型红外光谱仪色散型红外光谱仪一般由光源、单色器、检测器、放大器及记录装置组成，如图1所示红外光源发出高强度连续波长红外光，经棱镜、光栅等单色器使光波色散，把复合光分 为单色光，经分光成两束能量相同的光，分别照射并透过样品槽和参比槽，若样品对红外光 产生了吸收，则通过样品槽的红外光与通过参比槽的红外光间产生能量差异，且这种差异与 光的波长有关，经过放大、依次对单色光的强度进行测定，就可得到样品的整个红外吸收光 谱图红*样品 土单检放 ?•外 >色测 >大光参比系器器 1_光谱图伺服系统图1色散型红外光谱仪结构框图1.2傅立叶变换光谱仪典型的傅立叶变换光谱仪由以下五部分组成：红外光源，干涉仪系统，样品室，红外探 测器系统，数据处理及显示系统，如图2所示红外光源/试样n 色检测器计算机* 鱼1 、11: 护 1迈克尔逊干涉仪 干涉閃I红外光谱图2傅立叶变换光谱仪结构框图傅立叶变换红外光谱仪属大型精密仪器，是利用光相干性原理设计的干涉型红外分光光 度计它用迈克耳逊于涉仪，使光谱信号作到“多路传输”，它先得到的是光源的干涉图， 然后根据傅里叶变换函数，利用计算机将干涉信号经傅立叶数学变换转换成普通光谱信号， 亦即是将以光程差为函数的干涉图像转换成以波长为函数的光谱图，因此能在同一时刻收集 光谱中所有频率的信息，在一分钟内能对全部光谱扫描近千次，因此大大提高了灵敏度和工 作效率。

2. 制样方法对于液体试样可以装入密封液槽后进行分析，但由于大部分有机溶剂在红外区均有很多 较强的吸收谱带，所以很少用溶液法测量高聚物的红外光谱图对于不同的固态试样，可采 用不同的试样制备方法，如卤化物压片法、薄膜法、糊状法及衰减全反射法等在纺织纤维 材料研究中以卤化物压片法和衰减全反射法应用最多下面介绍几种常用的制样方法2.1卤化物压片法在卤化物压片法中，使用最多的是溴化钾压片法，即把固体试样磨细至2p左右；称取 1~2mg的干燥样品，以lmg样品对100〜200mg溴化钾的比例称取干燥溴化钾粉末，并倒在 玛瑙研钵中进行混磨，直至完全混匀；称取200mg混匀的混合物，放进压模，然后用模具加 压形成透明的试样片压片法操作简单，需要样品少，较易控制样品的厚度和光谱的强度压片法在固体样品中比较常用的一种方法它有很多优点：没有溶剂、糊剂的吸收干扰， 能一次完整地获得样品的吸收光谱；散射光的影响较小；薄片的厚度、样品的浓度可以借助 天平精确控制，该法能用于定量分析；压成的样品便于保存但在采用压片法时，也应注意几点：由于碱金属卤化物的吸湿性，常使3p区和6.1p 区受到干扰，因此在解释0—H、N—H键的伸展振动吸收和C=C、C=N伸展振动吸收时须加 小心。

为避免这种干扰，有时也使样品和聚乙烯粉末或石蜡粉混合压成薄片来测定碱金属 卤化物会和样品发生离子交换，产生相应的杂质吸收峰样品在压片过程中会发生物理变化 （如晶形的改变）或化学变化（部分分解），使谱图面貌出现差异如溴化钾吸湿性较强， 即使在干燥箱中进行样品的混磨工作，其红外光谱中仍不可避免地有水的吸收峰出现为去 除水分的干扰，可以在相同条件下研磨纯溴化钾粉末，制成一补偿片2.2衰减全反射法衰减全反射法的原理是：当一束光线由光密介质（全反射晶体）进入光疏介质（试样） 时，如果入射角大于临界角，则这一束光线在界面上产生全反射在全反射过程中，光束会 稍穿入反射表面后再反射出来，反射表面吸收红外光，因此这种全反射实际上是衰减的，一 次衰减全反射吸收的能量很小，所得光谱的吸收谱带很弱，为了增强吸收谱带，必须增加全 反射的次数，即多次衰减全反射，多次衰减全反射示意图如图3所示图3多次衰减全反射由于试样的折射率不同，要获得优良的ATR光谱图，选择适当的衰减全反射晶体和入 射角度是十分重要的另外，试样和晶体之间的接触情况对光谱图也有很大的影响用衰减全反射法所获得的信息大都为试样表层信息，通常作为表面分析技术。

对于大部分天然纤维，中红外穿透力较弱，一般穿透深度在微米级，很难直接测量它 们的红外透射光谱，若用破坏性制样方法，很可能引起变异，从而失去有用信息，因此常用 衰减全反射法直接对纤维进行红外光谱测量，如将长丝卷绕在框架上测试等，样品准备简单， 无破坏性，可用于合成纤维的鉴定、定量分析和取向研究对织物及涂层等，一般用透射法测量往往很困难，使用红外分光光度计的衰减全反射 附件装置，可以很方便地测得其红外光谱图2.3薄膜法对于热塑性高分子材料可以热压成膜，但压膜时要注意膜的两面不能太光滑，否则会产 生光干涉现象对可溶于溶剂的试样，选择适当溶剂溶解试样，然后将溶剂倒在玻璃片上， 待溶剂挥发后成一均匀薄膜即可对于熔点低不易分解的试样，还可以用熔融办法制取薄膜 2.4糊状法先将试样磨细（约2“m左右），然后混合石蜡油、六氯丁二稀等糊剂，调成糊状均匀 涂在溴化钾片上或可拆液槽后窗片上，选择糊剂时要注意它的吸收区域不干扰试样的光谱 图糊状法的优点是简单迅速，适用于大多数固态试样，缺点是不适于做定量分析，试样难 于回收3. 红外吸收光谱的分区在中红外区，分子中的各种基团都有其特征的红外吸收带，并呈现出特定的分布。

通常， 中红外区又可分为特征谱带区（4000〜1330cm-i）和指纹区（1300—667cm-i）在特征谱带区， 吸收峰的数量比较稀疏，且主要与分子中基团的特征振动相关联，故该区又被称为基团频率 区在指纹区，吸收光谱比较复杂，既有C—X（X=C、N、0）单键的伸缩振动，又有各种变形 振动的吸收，由于它们的键强度差别不大，各种变形振动能级差小，所以该区谱带特别密集 该区能反映分子结构的细微变化，特别是各种取代结构的信息各种不同的化合物在该区的 谱带位置、强度及形状基本上都不一样，形同人的指纹，故称指纹区指纹区对于指认结构 类似的化合物很有帮助，而且可以作为化合物存在某种基团的旁证在解析红外吸收光谱时，人们通常将特征谱带区分为以下几个吸收区域来进行判别：3.1 4000-2500cm-i 为 X—H（X=C，N，0，S 等）的伸缩振动区0—H的吸收出现在3600 一 2500cm-i自由羟基吸收峰出现在3600cm-i附近，为中等强 度的尖峰形成氢键后键的力常数减小，移向低波数，因此产生宽而强的吸收一般，羧酸 羟基的吸收频率低于醇和酚，可从3600cm-1移至2 500cm-1并呈宽而强的吸收。

C—H吸收峰出现在3000cm-1附近不饱和的C—H则在〉3000cm-1处出峰，饱和C—H（三 元环除外）在〈3000cm-i处一 CH3有两个明显的吸收带，出现在2962cm-1和2872cm-i处前 者对应于反对称伸缩振动，后者对应于对称伸缩振动分子中甲基数目多时，上述位置呈现 强吸收峰—CH：的反对称伸缩和对称伸缩振动分别出现在2926cm-i和2853cm-i处脂肪族 以及无扭曲脂环族化合物的这两个吸收带位置变化在10cm-i以内一部分扭曲的脂环族化合 物，其一CH2吸收频率增大N—H吸收出现在3500—3300cm-i，为中等强度的尖峰伯胺基团有两个N—H键，具有 对称和反对称伸缩振动，因此有两个吸收峰仲胺基仅有一个吸收峰，而叔胺基在此区域无 N—H吸收3.2 2500-2000cm-i为叁键和累积双键的伸缩振动区这一区域出现的吸收主要包括碳碳、碳氮等叁键的伸缩振动，以及一 C=C=C、一C=C=0 等累积双键的不对称伸缩振动一 C—N基的伸缩振动出现在2220〜2260cm-i，其吸收峰强 而尖锐炔类化合物可以分成R-C=CH和R—C=C—R两种类型，前者的伸缩振动出现在2100 —2140cm-i附近，后者出现在2190—2260cm-i附近；如果R' =R，因分子对称，则无红外吸 收谱带。

3.3 2000-1500cm-i为双键伸缩振动区，是红外吸收光谱中很重要的区域羰基的吸收一般为最强峰或次强峰，出现在1760〜1690cm-i区域内受相连基团的影响， 其吸收峰会向高波数或低波数移动芳族环内碳原子间伸缩振动引起的环的骨架振动有特征吸收峰，分别出现在1600 一 1585cm-1及1500〜1400cm-1该类化合物的吸收峰因环上取代基的不同而有所差异，一般出 现两个吸收峰杂芳环和芳香单环、多环化合物的骨架振动相似烯烃类的C=C振动出现在1667—1640cm-1，为中等强度或弱强度的吸收峰3.4 1500-1300cm-1区域主要提供了 C-H弯曲振动的信息一 CH3在1375CHM和1450cm-1附近同时有吸收，分别对应一 CH3的对称弯曲振动和反对 称弯曲振动当甲基与其它碳原子相连时，1375cm-1的吸收峰位几乎不变1450cm-1的吸收 峰一般与一 CH2 一的剪式弯曲振动峰重合但戊酮的两组峰区分得很好，这是由于一 CH2 一与羰基相连，其剪式弯曲吸收带移向1439—1399cm-1的低波数，并且强度增大一 CH2 一 的剪式弯曲振动出现在1465cm-1，吸收峰位置几乎不变。

两个甲基连在同一碳原子上的偕二甲基有特征吸收峰如异丙基（CH3）2CH-一在1385〜 1380cm-1和1370 一 1365cm-1有两个同等强度的吸收峰（即原1375 cm-1吸收峰的分叉）叔 丁基1375cm-1的吸收峰也分叉（1395〜1385cm-1和1370 cm-1附近），但低波数的吸收峰强度大 于高波数的吸收峰分叉的原因在于两个甲基同时连在同一碳原子上，因此，有同位相和反 位相的对称弯曲振动的相互偶合3.5 1300-910cm-1为单键伸缩振动区C—O单键振动在1300〜1050cm-1,如醇、酚、醚、羧酸或酯等，为强吸收峰醇在1100 —1050cm-1有强吸收；酚则在1250〜1100cm-1有强吸收；酯在此区间有两组吸收峰，为1240〜 1160cm-1反对称）和1160〜1050chh（对称）C-C、C-X（卤素）等也在此区间出峰。