第2讲4FTIR用于材料表界面分析

1、3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法1/734.4 FTIR在表界面结构分析中的应用在表界面结构分析中的应用 X射线光电子能谱（射线光电子能谱（XPS 或或 ESCA），俄歇电），俄歇电子能谱子能谱 AES，离子散射光谱，离子散射光谱 ISS，穆斯堡尔谱，原，穆斯堡尔谱，原子状态和近程结构的信息；子状态和近程结构的信息；FTIR，Raman，LEIES，表面分子结构、分子排列方式及取向信息。，表面分子结构、分子排列方式及取向信息。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法

2、高分子材料现代研究方法2/73 FTIR 有足够的灵敏度和较高的选择性，操作简有足够的灵敏度和较高的选择性，操作简单、制样方便，可以用来研究高聚物表界面的结构及单、制样方便，可以用来研究高聚物表界面的结构及化学反应。化学反应。 根据样品的外形、透光性等特点及所需得到的信根据样品的外形、透光性等特点及所需得到的信息范围，息范围，FTIR具备透射、发射、漫反射、内反射、具备透射、发射、漫反射、内反射、反射吸收、光声等多种不同的表面分析技术。反射吸收、光声等多种不同的表面分析技术。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法3/73

3、一、光在界面上的行为一、光在界面上的行为图图1 1 入射角（入射角（）及折射率（）及折射率（n n1, 1, n n2 2）对光在界面上行为的影响）对光在界面上行为的影响 3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法4/73 c c 为为临界角。光照射到空气与另一介质界面时，临界角。光照射到空气与另一介质界面时，如果入射角为如果入射角为 9090，则全部透过界面；如果入射角，则全部透过界面；如果入射角小于临界角小于临界角c c，则部分反射；如果入射角，则部分反射；如果入射角大于临大于临界角界角c c，则全部反射。，则全部反射。

4、 临界角是两种介质的折射率的函数：临界角是两种介质的折射率的函数： sinc= n2 / n1 3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法5/73 根据光在界面的行为及样品的特点，根据光在界面的行为及样品的特点，FTIR提供了提供了各种相应的表面分析技术各种相应的表面分析技术3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法6/733.4.1 透射光谱与光谱差减透射光谱与光谱差减3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究

5、方法高分子材料现代研究方法7/73 3.4.2 衰减全反射光谱（衰减全反射光谱（ATR） ATR 也被称为内反射光谱。也被称为内反射光谱。 当一个低折光指数介质与一个高折光指数介质当一个低折光指数介质与一个高折光指数介质接触时，在低折光指数介质中存在一个渐消失场，在接触时，在低折光指数介质中存在一个渐消失场，在高折光指数介质中传播的光发生全内反射。高折光指数介质中传播的光发生全内反射。 3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法8/733.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法

6、高分子材料现代研究方法9/73 FTIR 有很高的信噪比，它与有很高的信噪比，它与 ATR 结合使用，在结合使用，在表面结构的定性及定量研究中发挥了重要作用。表面结构的定性及定量研究中发挥了重要作用。 很多高分子材料如橡胶制品、纤维、纺织品和涂很多高分子材料如橡胶制品、纤维、纺织品和涂层等，用一般透射法测量往往很困难，但使用层等，用一般透射法测量往往很困难，但使用 FTIR及及 ATR 技术却可以很方便地测绘其红外光谱。技术却可以很方便地测绘其红外光谱。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法10/731. 内反射光谱法的

7、原理内反射光谱法的原理p 红外辐射经过棱镜投射到样品表面，当光线的入红外辐射经过棱镜投射到样品表面，当光线的入射角射角 比临界角比临界角c 大时，光线完全被反射，产生全大时，光线完全被反射，产生全反射现象，这里棱镜材料的折射率反射现象，这里棱镜材料的折射率 n1 大于样品折射大于样品折射率率 n2 。p 光线并不是在样品表面被直接反射回来，而是贯光线并不是在样品表面被直接反射回来，而是贯穿到样品表面内一定深度后，再返回表面。穿到样品表面内一定深度后，再返回表面。 3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法11/73内反射光谱

8、内反射光谱 如果样品在入射光的频率范围内有吸收，则反如果样品在入射光的频率范围内有吸收，则反射光的强度在被吸收的频率位置减弱，因而就产生射光的强度在被吸收的频率位置减弱，因而就产生和普通透射吸收相似的现象，所得光谱就称为和普通透射吸收相似的现象，所得光谱就称为内内反射光谱反射光谱。 3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法12/73p 内反射光谱中谱带的强度取决于样品本身内反射光谱中谱带的强度取决于样品本身的吸收性质及光线在样品表面的反射次数和的吸收性质及光线在样品表面的反射次数和穿透到样品内的深度，穿透到样品内的深度，p

9、 穿透愈深，吸收愈强。穿透愈深，吸收愈强。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法13/73 穿透深度穿透深度 dp 随波长的增加而加深，因而随波长的增加而加深，因而 ATR 光光谱与透射光谱的形状区别在于：谱与透射光谱的形状区别在于： ATR 谱在高波数区域谱带强度较弱，随着波数谱在高波数区域谱带强度较弱，随着波数的减少（波长增加），谱带强度成线性上升。的减少（波长增加），谱带强度成线性上升。 3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法14/733.4

10、 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法15/733.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法16/73 在研究高聚物薄膜老化和拉伸取向时，因为在研究高聚物薄膜老化和拉伸取向时，因为内反射技术可以改变光线的穿透深度，所以可了内反射技术可以改变光线的穿透深度，所以可了解材料从表面到内部的结构变化情况。解材料从表面到内部的结构变化情况。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法17/73 3. A

11、TR的应用的应用 (a) 光学常数的确定：光学常数的确定：p 样品（固体或液体）的折射率样品（固体或液体）的折射率 n2 可直接用可直接用ATR 技术来测定。技术来测定。p 即用不同的入射角测定光谱，从即用不同的入射角测定光谱，从ATR谱上发谱上发现现 c ，再用，再用 sin c = n2/n1 计算出计算出 n2。 3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法18/7345.042.940.039.637.936.8PP 折射率折射率 = 1.5173.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子

12、材料现代研究方法高分子材料现代研究方法19/73 (b) 高聚物表面结构分析高聚物表面结构分析p 把透射法和内反射法结合起来，可以分别把透射法和内反射法结合起来，可以分别了解样品本体和表面的结构。了解样品本体和表面的结构。p ATR谱与透射谱还可用来研究高分子在应谱与透射谱还可用来研究高分子在应力作用下受破坏的程度和机理。力作用下受破坏的程度和机理。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法20/73图图3-45透射透射ATRATR3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分

13、子材料现代研究方法21/73透射谱透射谱老化后的烯端基老化后的烯端基谱带谱带3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法22/733.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法23/73(c) 表面吸附研究：表面吸附研究： 用用ATR研究聚合物表面吸附物有三种方法：研究聚合物表面吸附物有三种方法：(1) 吸附材料预先与被吸附物平衡，然后将吸附材吸附材料预先与被吸附物平衡，然后将吸附材料表面与晶体板接触，从光谱上确定被吸附物的料表面与晶体板接触，从光谱上确定被吸附

14、物的结构及其与吸附材料之间的相互作用；结构及其与吸附材料之间的相互作用； 3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法24/73(2) 吸附材料在晶体板上成一薄膜，其厚度吸附材料在晶体板上成一薄膜，其厚度dp，外面是流动的或静止状态的被吸附物溶液，进行外面是流动的或静止状态的被吸附物溶液，进行平衡或现场测量；平衡或现场测量；(3) 用吸附材料做成晶体板，处于静止或流动的被用吸附材料做成晶体板，处于静止或流动的被吸附环境中，进行测量。吸附环境中，进行测量。 3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分

15、子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法25/73 ATR 用于表面吸附的研究在生物材料方面得用于表面吸附的研究在生物材料方面得到了成功的运用，是一个很活跃的领域。到了成功的运用，是一个很活跃的领域。 这些研究主要是为了发展作为活体移植的材料这些研究主要是为了发展作为活体移植的材料，通过观察候选材料与不同蛋白质和血液的作用，通过观察候选材料与不同蛋白质和血液的作用来获得其与体液的相容性。来获得其与体液的相容性。 3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法26/73(d) 聚合物表面取向的研究：聚合物表面取向的研究： 在单向或

16、双向拉伸的高聚薄膜样品中，分子链在单向或双向拉伸的高聚薄膜样品中，分子链或晶粒沿拉伸方向和厚度方向及横向的取向是不或晶粒沿拉伸方向和厚度方向及横向的取向是不同的，且在表面的取向与整个本体的取向也可能同的，且在表面的取向与整个本体的取向也可能不一样。不一样。FTIR-ATR二向色性研究可以得到薄膜二向色性研究可以得到薄膜表面三维取向、取向梯度分布等信息。表面三维取向、取向梯度分布等信息。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法27/73图图3-50 3-50 左图：薄膜表面的三维轴及偏振光的定义左图：薄膜表面的三维轴及偏振光

17、的定义右图：用于测试右图：用于测试ATR-IRATR-IR二向色性的光路示意图二向色性的光路示意图 3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法28/733.4.3 漫反射（漫反射（DRS）红外光谱）红外光谱 对于固体粉末样品，以前一般采用对于固体粉末样品，以前一般采用 KBr 压片进压片进行透射红外谱的测定。但有些样品在此制样过程中行透射红外谱的测定。但有些样品在此制样过程中会出现晶体结构，表面性质的变化，还可能同会出现晶体结构，表面性质的变化，还可能同K，Br发生离子交换；发生离子交换；3.4 FTIR的表界面结构分析的表

18、界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法29/73 再则，有些高分子样品如橡胶、纤维等也难以再则，有些高分子样品如橡胶、纤维等也难以在在 KBr 中分散均匀；中分散均匀； 有时虽可用溶液法来测量红外光谱，但难以找有时虽可用溶液法来测量红外光谱，但难以找到合适的溶剂，而且溶液法也无法得出表面结构。到合适的溶剂，而且溶液法也无法得出表面结构。 衰减全反射可以进行粉末样品的表面结构研究，衰减全反射可以进行粉末样品的表面结构研究，但难以达到样品与晶体板的良好的光学贴合。但难以达到样品与晶体板的良好的光学贴合。 3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021

19、-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法30/73 在最近二十几年中，在红外光谱研究中出现了三在最近二十几年中，在红外光谱研究中出现了三种直接测定粉末样品的新方法，种直接测定粉末样品的新方法， 1）漫反射光谱（）漫反射光谱（DRS） 2）光声光谱（）光声光谱（PAS） 3）发射光谱法）发射光谱法 由于傅里叶变换可以提高信噪比，解决了信号由于傅里叶变换可以提高信噪比，解决了信号强度不足的问题，因而漫反射技术已在许多领域取强度不足的问题，因而漫反射技术已在许多领域取得了重要研究成果。得了重要研究成果。 3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现

20、代研究方法高分子材料现代研究方法31/73 1. 漫反射光谱法的基本原理漫反射光谱法的基本原理 当一束光照射到一个不平整的固体表面时，将当一束光照射到一个不平整的固体表面时，将产生两种反射，一种是通常的镜面反射，其入射角产生两种反射，一种是通常的镜面反射，其入射角和反射角相等；和反射角相等；3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法32/73 另一种即为漫反射，指的是光照射到固体表面上另一种即为漫反射，指的是光照射到固体表面上以不同方向和角度进行反射、折射、散射，物质吸以不同方向和角度进行反射、折射、散射，物质吸收其中一部分

21、光，最后从原表面射出的光线，其方收其中一部分光，最后从原表面射出的光线，其方向和角度是任意的。向和角度是任意的。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法33/73图图4 4 漫反射红外光谱法光路图漫反射红外光谱法光路图M M 平面镜；平面镜；P P 抛物面镜；抛物面镜；E E 椭球面镜；椭球面镜；S S 样品；样品；D D 检测器检测器 3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法34/73 漫反射谱的强度不能直接测定，需要以一个在该漫反射谱的强度不能直接

22、测定，需要以一个在该区域内没有吸收蜂的物质作基准物，通常在红外区选区域内没有吸收蜂的物质作基准物，通常在红外区选用的是碱金属卤化物，如用的是碱金属卤化物，如 KBr。 到到1978年，年，Griffiths 等把等把 FTIR 同同 DRS 相结合，相结合，设计了傅里叶变换漫反射红外装置，解决了设计了傅里叶变换漫反射红外装置，解决了DRS 信噪信噪比低的问题，使比低的问题，使DRS技术向前大大跨进了一步。技术向前大大跨进了一步。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法35/73 由漫反射装置图可以看出，由漫反射装置图可以看

23、出，DRS 特别适用于表特别适用于表面不规整、不透明的固体样品的研究，比如煤、水面不规整、不透明的固体样品的研究，比如煤、水泥等。泥等。 吸附在氧化硅、玻璃纤维等填料表面的偶联剂吸附在氧化硅、玻璃纤维等填料表面的偶联剂的结构形态，橡胶帘线表面涂层的化学反应等，都的结构形态，橡胶帘线表面涂层的化学反应等，都可以用漫反射技术得出满意的结果。可以用漫反射技术得出满意的结果。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法36/734. 漫反射光谱的应用漫反射光谱的应用(a) 聚合物的氧化反应：聚合物的氧化反应： DRS光谱法适用于难溶、

24、难熔的表面不规整、不光谱法适用于难溶、难熔的表面不规整、不透明的聚合物样品的红外光谱研究，且对样品无需进透明的聚合物样品的红外光谱研究，且对样品无需进行制备即可收集光谱。行制备即可收集光谱。 可以将样品与可以将样品与KBr粉末相混，也可将样品放置于粉末相混，也可将样品放置于样品池中的样品池中的KBr粉末之上。粉末之上。 3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法37/73(b) 聚合物的表面梯度结构：聚合物的表面梯度结构： 为了研究薄膜样品的表面结构，可以在薄膜表面为了研究薄膜样品的表面结构，可以在薄膜表面加少量加少量KBr

25、粉末，通过增加涂层上粉末，通过增加涂层上KBr粉末的厚度，粉末的厚度，逐步减少光的穿透深度，所得漫反射光谱便具有了表逐步减少光的穿透深度，所得漫反射光谱便具有了表面光谱的特征，于是就可得到表面的梯度结构信息。面光谱的特征，于是就可得到表面的梯度结构信息。此法可研究此法可研究Kevlar-49纤维表面吸附的水分子。纤维表面吸附的水分子。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法38/73 用漫反射光谱还可研究偶联剂（如硅烷偶联剂）用漫反射光谱还可研究偶联剂（如硅烷偶联剂）在基体表面的结构形态，这对深入了解复合材料界在基体表面的

26、结构形态，这对深入了解复合材料界面结构具有重要意义。面结构具有重要意义。 漫反射光谱法适用于不透明，或表面不规整的固漫反射光谱法适用于不透明，或表面不规整的固体样品的表面结构分析。其优点在于对样品几乎不体样品的表面结构分析。其优点在于对样品几乎不需加以制备，可以是粉末状的，也可以是薄膜。需加以制备，可以是粉末状的，也可以是薄膜。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法39/73 玻璃纤维无论是纤维状还是织成布状，都可以用玻璃纤维无论是纤维状还是织成布状，都可以用漫反射光谱法测得表面结构或表面吸附物的光谱。漫反射光谱法测得表

27、面结构或表面吸附物的光谱。 3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法40/733.4.4 反射吸收光谱反射吸收光谱 ( RAS ) reflection-absorption spectroscopy 红外光照射到涂有样品的金属片时，大部分光线红外光照射到涂有样品的金属片时，大部分光线被反射出来，称之为外反射或镜面反射。被反射出来，称之为外反射或镜面反射。 收集并检测反射光的信号，从中减去金属本身的收集并检测反射光的信号，从中减去金属本身的吸收，就可以得到涂在金属表面的样品的信号。吸收，就可以得到涂在金属表面的样品的信号。

28、3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法41/73 若光线的入射角在若光线的入射角在 7088之间，则可测得被之间，则可测得被增强的光谱信号，这就是红外反射吸收光谱法（增强的光谱信号，这就是红外反射吸收光谱法（RAS）。）。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法42/73 RAS 可用于表征金属表面超薄层样品的结构，可用于表征金属表面超薄层样品的结构，是利用光波在金属表面的反射叠加现象而发展起来是利用光波在金属表面的反射叠加现象而发展起来的一种表面光

29、谱法。的一种表面光谱法。 到到20世纪世纪80年代，年代，RAS 已成为表征金属表面吸已成为表征金属表面吸附物、涂料结构以及研究金属表面化学反应的重要附物、涂料结构以及研究金属表面化学反应的重要方法。方法。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法43/73 由于大角度入射红外光在金属表面反射会产生由于大角度入射红外光在金属表面反射会产生叠加现象，叠加现象，FTIR-RAS收集的光谱信号强度是同样厚收集的光谱信号强度是同样厚度样品的透射光谱信号强度的度样品的透射光谱信号强度的1030倍。倍。 FTIR-RAS可以提供有机化合

30、物在金属表面的结可以提供有机化合物在金属表面的结构信息、官能团的排列方向及被吸附物与金属之间构信息、官能团的排列方向及被吸附物与金属之间发生化学反应的信息。发生化学反应的信息。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法44/73 FTIR-RAS技术在金属防腐蚀物、粘合剂、金属技术在金属防腐蚀物、粘合剂、金属有机化合物、金属与高分子材料复合物与电子材料有机化合物、金属与高分子材料复合物与电子材料界面结构等研究方面可发挥重要作用。界面结构等研究方面可发挥重要作用。 3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11

31、-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法45/733. FTIR-RAS研究涂层结构研究涂层结构 (a) FTIR-RAS的光谱特征：的光谱特征： FTIR-RAS可以提供有机化合物在金属表面的结可以提供有机化合物在金属表面的结构信息，如用以表征金属表面的环氧树脂、偶联剂构信息，如用以表征金属表面的环氧树脂、偶联剂、长链脂肪酸等样品。、长链脂肪酸等样品。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法46/73图图3-64 (a) 聚酯薄膜聚酯薄膜RAS (b) 透射光谱透射光谱abRASRAS在高波数更强在高波数更强谱

32、带偏移谱带偏移3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法47/73(b) RAS 研究金属表面吸附分子官能团取向研究金属表面吸附分子官能团取向 由于反射光与入射光的相干作用，在金属表由于反射光与入射光的相干作用，在金属表面形成增强了的垂直于表面的电场矢量。如果样面形成增强了的垂直于表面的电场矢量。如果样品中某偶极矩与金属表面垂直，该偶极矩与反射品中某偶极矩与金属表面垂直，该偶极矩与反射叠加后的光在表面的电场充分作用，相应的振动叠加后的光在表面的电场充分作用，相应的振动谱带出现明显的增强效应。谱带出现明显的增强效应。3.4 F

33、TIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法48/73 如果样品中某偶极矩与金属表面平行，由于相如果样品中某偶极矩与金属表面平行，由于相干后的光在平行于金属表面方向的电场分量很小，干后的光在平行于金属表面方向的电场分量很小，因而这一跃迁矩的谱带强度就很弱，这就是因而这一跃迁矩的谱带强度就很弱，这就是“表面表面选择定则选择定则”。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法49/73图图3-65 (a) RAS (b) 透射光谱透射光谱ab与金属表面平行的振动谱带减弱，垂

34、直谱带增强与金属表面平行的振动谱带减弱，垂直谱带增强3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法50/733.4.5 傅里叶变换红外光声光谱（傅里叶变换红外光声光谱（FTIR-PAS） 当样品被周期性调制光照射时，如果对某波长有当样品被周期性调制光照射时，如果对某波长有吸收，就从振动能级的基态跃迁至激发态，当其从吸收，就从振动能级的基态跃迁至激发态，当其从激发态回到基态时，能量以热的形式被释放出来。激发态回到基态时，能量以热的形式被释放出来。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究

35、方法高分子材料现代研究方法51/73 由于入射光是周期性的调制光，所以样品的放由于入射光是周期性的调制光，所以样品的放热也是周期性的，造成了样品池中气体介质周期热也是周期性的，造成了样品池中气体介质周期性的扰动，产生性的扰动，产生 “声音声音”，由一高灵敏的，由一高灵敏的“耳机耳机”检测出来，转化为光谱信号。检测出来，转化为光谱信号。 这就是光声光谱。这就是光声光谱。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法52/731. 光声光谱的一般原理光声光谱的一般原理 3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-

36、25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法53/73 FTIR-PAS除作为一种常规的红外光谱定性定量除作为一种常规的红外光谱定性定量测量技术之外，尤其适于表面化学的研究，现已广测量技术之外，尤其适于表面化学的研究，现已广泛应用于表面化学改性、催化反应、表面腐蚀和半泛应用于表面化学改性、催化反应、表面腐蚀和半导体材料等研究。导体材料等研究。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法54/732. FTIR光声光谱的特征光声光谱的特征 光声检测最适于分析、研究强烈散射或光学不透光声检测最适于分析、研究强烈散射或光学不透明

37、的试样，而这恰恰是常规红外吸收光谱的不足。明的试样，而这恰恰是常规红外吸收光谱的不足。 例如含有大量炭黑的黑色试样，用常规红外方法例如含有大量炭黑的黑色试样，用常规红外方法分析很难得到满意的光谱信息，但用光声检测它们并分析很难得到满意的光谱信息，但用光声检测它们并不困难，因为光声信号是由试样吸收光引起表面层的不困难，因为光声信号是由试样吸收光引起表面层的气体压力变化所产生的，强烈散射的试样只能降低入气体压力变化所产生的，强烈散射的试样只能降低入射光的强度，一般不影响光谱面貌。射光的强度，一般不影响光谱面貌。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方

38、法高分子材料现代研究方法55/73 光声法的另一优点是试样制备容易，无论样品光声法的另一优点是试样制备容易，无论样品是粉末、锯齿状、平面状还是与是粉末、锯齿状、平面状还是与 KBr 压成片，都压成片，都可以得到清晰的谱图。可以得到清晰的谱图。 而而 FTIR-DRS 只对粉末样品有效。只对粉末样品有效。 如图如图3-73和图和图3-74。3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法56/733.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法57/73 红外光声光谱与

39、红外吸收光谱图相类似，横坐红外光声光谱与红外吸收光谱图相类似，横坐标是波数，但纵坐标是光声强度。标是波数，但纵坐标是光声强度。 光声光谱是通过样品周围的气体振动来传递光光声光谱是通过样品周围的气体振动来传递光谱信号的，因而样品池中气体的性质、组成及压力谱信号的，因而样品池中气体的性质、组成及压力会对光声效果产生影响，对于红外光声光谱的检测会对光声效果产生影响，对于红外光声光谱的检测，以氦气为最佳。，以氦气为最佳。 3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法58/73通过调整动镜的速度，使光声光谱只测到表面的信息通过调整动镜的

40、速度，使光声光谱只测到表面的信息3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法59/733.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法60/733. 光声光谱在聚合物结构研究中的应用光声光谱在聚合物结构研究中的应用 (a) 表面结构表面结构 织物纤维通常经表面化学处理进行改良，可以织物纤维通常经表面化学处理进行改良，可以用光声光谱来检测表面处理剂的光谱信号（图用光声光谱来检测表面处理剂的光谱信号（图3-77和图和图3-78）。）。 共混物共混物 PETPBT 的结

41、晶过程等。的结晶过程等。 3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法61/733.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法62/73 FTIR-PAS还还可以用来研究可以用来研究PVC的风蚀降解的风蚀降解（图（图3-79）。）。 CHOH-OH3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法63/73 共混物共混物 PET/PBT 的的结晶过程等。结晶过程等。图图3-80848cm-1为结晶峰为结晶峰848 cm-13.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法64/73(b) 表面取向表面取向 可以用光声光谱和偏振入射光研究拉伸可以用光声光谱和偏振入射光研究拉伸PET薄薄膜的分子链的取向。膜的分子链的取向。 （图（图3-81和图和图3-82）。）。 P127 表表3-4 二向色性比二向色性比3.4 FTIR的表界面结构分析的表界面结构分析2021-11-25高分子材料现代研究方法高分子材料现代研究方法65/