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1、红红外光外光外光外光谱谱分析技分析技分析技分析技术术在在在在纺织纺织印染中印染中印染中印染中的的的的应应用用用用本讲稿第一页，共二十二页概概 述述 红外吸收光谱是物质的分子吸收了红外辐射后，引起分子的振动-转动能级的跃迁而形成的光谱，因为出现在红外区，所以称之为红外光谱红外光谱。利用红外光谱进行定性定量分析的方法称之为红外光谱分析法。红外光谱图：红外光谱图：纵坐标：纵坐标：吸收强度，吸收强度，横坐标：横坐标：波长波长（m）或波数或波数1/（cm-1）本讲稿第二页，共二十二页提纲提纲 红外吸收光谱基本原理红外吸收光谱基本原理12 3 红外光谱法在染整中的应用红外光谱法在染整中的应用 参参 考考
2、文文 献献本讲稿第三页，共二十二页一、红外基本原理一、红外基本原理红外吸收光谱产生的两个条件：红外吸收光谱产生的两个条件：(1)(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；能量；(2)(2)辐射与物质间有相互偶合作用。辐射与物质间有相互偶合作用。对称分子对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：外活性。如：N2N2、O2O2、Cl2 Cl2 等。等。非对称分子非对称分子：有偶极矩，红外活性。有偶极矩，红外活性。本讲稿第四页，共二十二页分子振动方程式分子振动方程式 任意两个相邻的能级间的能量差为：任意两个
3、相邻的能级间的能量差为：双原子分子的简谐振动及其频率双原子分子的简谐振动及其频率 K-化学键的力常数化学键的力常数 -为双原子的折合质量为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）本讲稿第五页，共二十二页分子中基团的基本振动分子中基团的基本振动1 1两类基本振动形式两类基本振动形式伸缩振动伸缩振动 亚甲基：亚甲基：变形振动变形振动 亚甲基亚甲基本讲稿第六页，共二十二页峰位、峰数与峰强峰位、峰数与峰强（2）峰数）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时，无红外吸收。（3）峰强 红外吸收的强度与 跃迁几率的大小和振动偶极矩变化的大小有关，跃迁几率越大、振动偶极矩越大，则吸收强度越大。（1）
4、峰位）峰位 化学键的力常数K越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）。本讲稿第七页，共二十二页常见化合物的特征基团频率分区4000 2500 1900 1200 400cm-1 X-HX-H X-H X-H伸缩振动伸缩振动伸缩振动伸缩振动区区区区 O-HO-H 37003100 37003100 N-HN-H 35003300 35003300 C-HC-H 33002700 33002700C-HC-H：30003000为界，为界，为界，为界，30003000以以以以上为不饱和化合物上为不饱和化合物上为不饱和化合物上为不饱和化合物的的的的C-HC-H CH
5、CH =CH=CH C HC H;3000;3000以下为以下为以下为以下为饱和化合物饱和化合物饱和化合物饱和化合物 C-HC-H 三键和累积双键三键和累积双键的伸缩振动区的伸缩振动区 C C C C C C N N C=C=C C=C=C C=C=N C=C=N C=C=OC=C=O双键伸缩振双键伸缩振动区动区 C=CC=C1680162016801620 C=O C=O 1850160018501600羰基吸收峰羰基吸收峰羰基吸收峰羰基吸收峰强度大强度大强度大强度大芳环芳环芳环芳环 C=CC=C1600,1580,1600,1580,1500,14501500,1450单键的伸缩单键的伸缩
6、振动和弯曲振动和弯曲振动区振动区 X-Y X-Y：C-O C-O C-N C-N N-O N-O C-X C-X C-C C-C X-H X-H：C-H C-H O-H O-H 本讲稿第八页，共二十二页红外吸收光谱与紫外可见吸收光谱的比较红外吸收光谱与紫外可见吸收光谱的比较 不同点不同点 紫外可见吸收光谱紫外可见吸收光谱红外吸收光谱红外吸收光谱光光 源源紫外可见光紫外可见光红外光红外光起起 源源电子能级跃迁电子能级跃迁振动能级跃迁振动能级跃迁研研 究究范范 围围不饱和有机化合物不饱和有机化合物共轭双键、芳香族等共轭双键、芳香族等几乎所有有机化合几乎所有有机化合物物;许多无机化合物许多无机化合物
7、特特 色色反映发色团、助色团的反映发色团、助色团的情况情况反映各个基团的振反映各个基团的振动及转动特性动及转动特性本讲稿第九页，共二十二页纤维纤维/织物的定性分析织物的定性分析 1 纤维鉴别 ；2纤维改性追踪一一纤维纤维/织物的定量分析织物的定量分析 1 混纺纤维的组分检测；2 纤维/织物的化学处理；3 纤维结晶度与取向度的测定二二 织物涂层的定性分析织物涂层的定性分析三三 染料及助剂的鉴定研究染料及助剂的鉴定研究1 染料的性能鉴定；2 染料/助剂的成分分析；3 织物上助剂鉴定 四四 染色后处理中的应用染色后处理中的应用1 染化污染物的处理；2 废物的回收利用五五二、红外光谱在纺织染整中应用二
8、、红外光谱在纺织染整中应用本讲稿第十页，共二十二页（一）纤维/织物的定性分析 1 纤维鉴别 用红外光谱技术鉴别纺织材料在上世纪 6O年代就已成为一门成熟的技术。红外光谱仪鉴别纺织材料主要是利用各纤维特有官能基团的特征峰进行识别。李政军，钟志光等人研究了傅里叶红外光谱分析在快速检验中的应用。王宏菊等利用 FTIR-ATR技术，采用点对点采样技术，无需制样和破坏样品，可直接鉴定纺织纤维。与以往的 ATR 技术相比较，该方法无需调整光路，操作方便，只要将样品直接放在 ATR 附件上就可以直接测量，且测量灵敏度大大提高，可得到高质量的红外光谱图。本讲稿第十一页，共二十二页 2 纤维改性追踪 邵建中、刘
9、今强等于2001年应用FTIK(ATR)分析技术和二次微分谱图处理方法，跟踪分析过一硫酸盐羊毛表面改性技术中的各道工艺对羊毛表面胱氨酸二硫键拮构的影响，定性定量地分析胱氨酸的最终氧化产物及其氧化中间产物的形成和变化，并探讨这些氧化成分与羊毛防毡缩性的关系。李文霞等于2007年采用傅立叶红外(FT-IR)对美利奴原毛、机械磨碎羊毛粉、氯化或氧化预处理后经酶水解的超细羊毛粉进行红外光谱分析，并对其光谱特征进行了归属 本讲稿第十二页，共二十二页（二）纤维（二）纤维/织物的定量分析织物的定量分析 1 混纺纤维的组分检测 用红外光谱技术定量分析混纺纤维，需要制作标准曲线。首先按照规定的混纺百分率配制试样
10、，然后使用红外光谱仪测定上述试样的红外吸收光谱，对混纺纤维的特征谱带的吸光度之比与纤维的混纺百分比作图可得标准曲线。由此，未知的混纺纤维试样通过测得特征谱带的吸光度之比，即可得到试样的混纺百分比。沈振采用傅里叶红外光谱定量分析方法，方便地测定了尼龙材料中玻璃纤维的含量。校准曲线以尼龙的吸收峰3308 cm-1的吸收强度对应其含量，只用了两个标准品求出了曲线，再检测样品算出的含量值与高温燃烧法测得的数据误差在1%以内。本讲稿第十三页，共二十二页 纤维在化学反应之后与反应之前，其化学组成的不同，造成红外吸收光谱在化学反应前后的变化。如果将不同程度处理的纤维的特征吸收谱带强度(吸光度)对化学变性纤维
11、的含量作关系图，则由此关系图，可从某一变性纤维的红外吸收光谱直接读出纤维试样的化学变性程度。如棉纤维的酯化和醚化反应。赵敏利用红外光谱分析方法研究了马来酸及衣康酸对棉织物的在位聚合-交联处理，分析出聚合与酯化反应分别主要发生于预烘和焙烘阶段。2 纤维/织物的化学处理本讲稿第十四页，共二十二页 3 纤维结晶度与取向度的测定 全勇、韦亚兵利用傅里叶变换显微红外光谱技术方便的测定了PET单纤维的红外光谱，并测定了纤维的取向度和结晶度。王建南等采用傅立叶红外光谱与拉曼光谱与X-射线衍射光谱联用，研究了一种天然黄色家蚕丝的晶态结构，发现其结晶度明显高于黄色野蚕丝，而接近于白色家蚕丝。本讲稿第十五页，共二
12、十二页（三）织物涂层的定性分析 红外光谱法在涂层材料分析中具有独特的优势。织物最常用的涂层材料为聚丙烯酸酯、聚氨酯和聚氯乙烯等。这类材料的样品通常采用溶剂萃取方法制备。李政军等使用傅立叶红外光谱仪计算机软件和新型仪器辅件，通过衰减全反射(ATR)法，快速确定进口化纤涂布的聚酯和聚氨酯复合型化纤涂布成分。贾克英采用AVATAR 360傅里叶变换红外光谱仪峰面积积分法测定腈纶纤维中油剂的含量，方法简便、快速。本讲稿第十六页，共二十二页（四）染料及助剂的鉴定研究1 染料的性能鉴定 刘小珍等利用AVATAR 360FTIR傅里叶变换红外光谱仪分别测定活性翠蓝、真丝绸和活性翠蓝染色的真丝绸以及活性翠蓝镨
13、染色的真丝绸的红外光谱，结果得出活性翠蓝与镨离子是以配位键相结合，活性翠蓝镨在保持活性翠蓝的上染基团的基础上增加了与真丝绸结合的基团。孙振亚等采用傅里叶变换显微红外光谱仪(FTIR)，研究了两种纳米氧氢氧化铁矿(-FeOOH)，正方纤铁矿(-FeOOH)对偶氮染料分子甲基橙和酸性红 G的脱色作用，得出两种偶氮染料的脱色是选择性的化学吸附与氧氢氧化铁界面的氧化还原降解共同作用的结果。本讲稿第十七页，共二十二页 2 染料/助剂的成分分析 陈晓红等运用红外光谱法和气相色谱一质谱联用技术建立一种直接分析混合物体系纺丝油剂中酯类成分的方法,快速鉴定混合物体系中酯类助剂成分。唐保军等用IR与UV、RS等测
14、试手段对通过重氮化偶联反应制备的两种含偶氮苯的咔唑化合物材料进行了分析和表征，结合IR、UV和RS谱图的结果确定在这两类化合物中确实存在偶氮基团。本讲稿第十八页，共二十二页 3 织物上助剂的鉴定 陆必泰采用具有反应活性的环糊精的衍生物和氯菊酯类药品，通过包合的方法制备避蚊整理剂，利用红外光谱分析，检测到经避蚊整理剂整理后棉织物上氯菊酯中酮键所对应的特征峰，从而验证了棉织物上避蚊整理剂的存在。Pablo Monllor等应用傅立叶红外光谱仪与扫描电镜结合，定性验证了经过微胶囊整理之后的棉织物上香味微胶囊的存在，并定量分析了洗涤次数对微胶囊持久性的影响。本讲稿第十九页，共二十二页 1 染化污染物的
15、处理 由于在染整生产加工过程中，大量使用了对环境有影响和妨碍人体健康的染化料助剂，其生物降解性差，毒性大，重金属离子的含量超标。这些染料、助剂，以气体、液体、固体的形态排放而污染环境，严重危害人类的健康。因此，对此类染化料助剂的处理刻不容缓。熊裕华利用傅立叶红外光谱分析，结合X-射线衍射分析，研究了Fe3+TiO2光催化剂对孔雀绿染料的降解，并确定了光催化剂的用量。（五）染色后处理中的应用本讲稿第二十页，共二十二页 2 废物的回收利用 纺织品的回复利用或纺织品再制造可延长其使用寿命，同时也减少加工过程中对环境的污染。吴金鸿等将丝绸废水经过真空浓缩和喷雾干燥制成粗粉末。采用酸析法和低温乙醇沉淀法对粗粉末中的丝胶进行提取。应用红外光谱和圆二色光谱研究2种方法提取的丝胶二级结构分子构象的变化，结果显示提取得到的丝胶蛋白分子构象以无规卷曲为主，角构象的比例增加。S.R.Shukla等利用傅立叶红外光谱对涤纶废弃物的回收加工制备纺织助剂的研究。本讲稿第二十一页，共二十二页本讲稿第二十二页，共二十二页