傅氏變換紅外光譜儀儀(Fourier Transform infrared spectroscopy，簡稱FTIR )，相信大家都十分熟悉，其廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠彈性體、纖維、涂層、填料等眾多高分子及無機(jī)非金屬材料的定性與定量分析。
今天小編就來和大家深度講解FTIR的原理和特點(diǎn)，并詳細(xì)介紹FTIR在材料領(lǐng)域的應(yīng)用，一起來了解一下吧！
FTIR的原理
待測樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射，分子基團(tuán)吸收特征頻率的輻射，其振動或轉(zhuǎn)動運(yùn)動引起偶極矩變化，產(chǎn)生分子的振動能級和轉(zhuǎn)動能級從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，形成的分子吸收光譜，如下圖所示。
紅外吸收光譜主要用于材料的基團(tuán)結(jié)構(gòu)分析、材料的定性及定量分析：
①特征吸收頻率------基團(tuán)（定性分析）
②特征峰的強(qiáng)度------定量分析
紅外光譜儀測試原理
亞甲基振動模式(伸縮振動和彎曲振動)
（動圖來源：易科學(xué)）
FTIR的特點(diǎn)
紅外光譜儀具有特征性強(qiáng)、分析快速、不破壞試樣、試樣用量少、操作簡便、能分析各種狀態(tài)的試樣、分析靈敏度較高、應(yīng)用范圍廣（固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)樣品都能應(yīng)用；無機(jī)、有機(jī)、高分子化合物均可檢測）等特點(diǎn)，其與色譜（GC-IR）聯(lián)用或TGA（TGA-IR）聯(lián)用，定性功能強(qiáng)大。
使用FTIR能解決以下問題
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。
FTIR在材料檢測領(lǐng)域的應(yīng)用
1.已知物的鑒定
將試樣的紅外光譜儀與標(biāo)準(zhǔn)的紅外光譜儀進(jìn)行比對對照。依據(jù)光譜峰位、波數(shù)、峰形等特征一致性判定兩者化合物的相似性及純度。
經(jīng)過譜圖匹配顯示，試樣的紅外譜圖與標(biāo)準(zhǔn)的紅外譜圖在峰位、波數(shù)、峰形的特征三要素上均有較高的一致性，可判斷兩者主要成分相同，并具有接近的純度，同時(shí)OMINC軟件給出兩者譜圖匹配值達(dá)到94.06%,譜圖重合度高。
2.高分子材料一致性判定
由于不同的物質(zhì)基團(tuán)的種類不同，基團(tuán)排布的方式不同，這種差別在紅外譜圖上會體現(xiàn)出不同的譜峰。因此表現(xiàn)出來的紅外譜圖指紋也會存在一定的差異，通過對其紅外譜圖的比較，可以得到樣品所含化合物的差異或化合物結(jié)構(gòu)上的差異，從而判定出不同樣品的材料一致性問題。通常，材料一致性還需要結(jié)合產(chǎn)品組分含量，產(chǎn)品理化性能等多維度綜合分析才能得到較好的一致性分析結(jié)果。
應(yīng)用領(lǐng)域：未加工成型的塑料原料（粒料）或加工成型的均質(zhì)塑料部件（如外殼、支撐帶電部件等）；印制線路板（PCB板）。
材料一致性判定目的：1.從材質(zhì)方面解決產(chǎn)品異常問題；2.監(jiān)控產(chǎn)品，確定材料是否同成份，同批次，同廠家；3.能有效控制塑膠材料供應(yīng)商采用過量的回收料或邊角料；4.逆向剖析產(chǎn)品，精確的定性未知材料，節(jié)約成本。
參考標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 6040-2002紅外光譜儀分析方法通則
對樣品及參照物分別進(jìn)行FTIR并采集譜圖，再將兩個(gè)譜圖進(jìn)行分析比對，從而判斷這兩種材料是否是同一物質(zhì)，并根據(jù)譜圖重合度判定材料是否具有相似組分。
樣品及參照物的紅外譜圖比對圖
3.異物分析
顯微紅外光譜儀法是有機(jī)異物分析中最常用的分析方法。可以根據(jù)異物紅外光譜儀圖官能團(tuán)的吸收峰來確定異物的化學(xué)組成，簡單的方法是通過儀器軟件進(jìn)行譜庫檢索，跟譜庫中的標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜儀圖的進(jìn)行對比來確定異物的化學(xué)組成，面對復(fù)雜的情況是將FTIR與其他檢測設(shè)備聯(lián)用，從而獲得異物成分或異物相關(guān)信息。
應(yīng)用領(lǐng)域：針對產(chǎn)品上的表面污染物、析出物等異常物質(zhì)，如產(chǎn)品表面的顆粒物、油狀物、霧狀物、斑點(diǎn)等，F(xiàn)TIR主要針對有機(jī)異物進(jìn)行分析。
異物分析的目的：對工業(yè)生產(chǎn)、存儲、使用過程中出現(xiàn)的異物雜質(zhì)或未知物進(jìn)行成分分析，藉此尋找和追蹤異物產(chǎn)生的原因和來源，進(jìn)而有效防止異物產(chǎn)生，減少企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。
通常情況下使用FTIR對異物進(jìn)行分析的試驗(yàn)如下：
① 采集異物于紅外窗片上
② 采集異物的紅外光譜儀
③ 分析異物的紅外光譜儀，得到結(jié)果，推斷異物來源
下面通過一個(gè)背光產(chǎn)品中異常亮點(diǎn)物質(zhì)的紅外光譜儀分析試驗(yàn)來了解詳情。
根據(jù)測試結(jié)果得到，背光產(chǎn)品中的異常亮點(diǎn)物質(zhì)的主要成分為一種丙烯酸酯系膠黏劑，是一種常見的光學(xué)膠，在產(chǎn)品及生產(chǎn)流程中具有廣泛應(yīng)用。
4. 固化率測試
固化率是表征膠體樣品在經(jīng)過物理固化或化學(xué)固化前后的固化程度的表征。
使用FTIR對固化率測試內(nèi)容包括：可以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(jī)理；判斷固化反應(yīng)的程度；測試樣品的固化率等。
應(yīng)用領(lǐng)域：適用于環(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。
固化率測試目的：固化率（交聯(lián)度）測試可以有效的觀測交聯(lián)固化樣品的反應(yīng)程度，把控材料性能。
測試公式
下面通過一個(gè)FTIR測試樣品固化率的解析圖來知道如何查看和分析出樣品的固化率：
圖為某導(dǎo)電熱熔膠的固化率測試譜圖的詳解
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