Инфракрасная спектроскопия используется для определения цветности бетона

Обновлено: 18.04.2024

В ИК-спектроскопии используют поглощение света веществом в ИК-области. Поглощение ИК-света связано с возбуждением колебаний атомов и групп в молекуле. В двухатомных молекулах атомы колеблются около положения равновесия. Во многих случаях частоты колебаний разных функциональных групп (например, С=О, С–С, С–Н, О–Н, N–H) сравнительно мало изменяются при переходе от одного вещества к другому и поэтому называются характеристическими.

Например, карбонильная группа С=О поглощает в области 1820–1620 см –1 , в насыщенных кетонах — около 1720 см –1 , в ненасыщенных кетонах — около 1680 см –1 . Характеристические полосы разных групп имеют различную интенсивность, что облегчает интерпретацию спектров. Такие частоты используются для структурно-группового анализа веществ (рис. 6.10). Основное требование к материалу кювет — прозрачность в данной области спектра. Именно поэтому в УФ-области необходимо пользоваться кварцевыми кюветами, в видимой — стеклянными, а в ИК-области — кюветами, изготовленными из плавленых галогенидов.

Современным вариантом ИК-спектрометра является Фурье-ИКспектрометр, использующий быстрый компьютерный процесс получения спектров с повышенным разрешением. Для метода характерна низкая чувствительность, что связано с низкими значениями молярного коэффициента поглощения ε многих веществ в ИК-области. Предел определения составляет 0,1–10 %.


Рис. 6.10. ИК-спектр поглощения предельного углеводорода С16

Еще характерны низкая точность, высокая селективность, сложность выполнения, сложность оборудования. Для качественного анализа метод используется очень широко. ИК-спектроскопия — это надежный и однозначный метод идентификации веществ. Она является одним из основных методов установления структуры веществ.

Для количественного анализа метод используется редко. В основном анализируют органические вещества и неводные растворы. Гораздо реже проводят анализ неорганических веществ и водных растворов, поскольку вода сильно поглощает в ИК-области. Кроме того, кюветы из KBr, NaCl растворяются в воде. Примером определения неорганических веществ методом ИК-спектроскопии может служить определение кварца в угольной пыли и определение асбеста в воздухе. ИК-излучение применяется для исследования состава молочных продуктов, широко используется для определения пестицидов в различных пищевых продуктах, при анализе пищевых красителей, а также для контроля технологических процессов при переработке растительного и животного сырья.

К настоящему времени изучены и систематизированы инфракрасные спектры более чем 20 000 соединений, что существенно облегчает идентификацию полученных спектров. Иногда задача качественного анализа может быть решена простым сопоставлением спектра известного соединения и анализируемого вещества. Применение ИК-спектроскопии чаще оказывается более полезным в качестве дополнительного метода при проведении идентификации чистых веществ после хроматографического разделения сложных компонентов пищевых продуктов.

Метод ИК-спектроскопии используется для определения содержания в пищевых продуктах витаминов А, К, В 1 , В 2 , В 6 , С, никотиновой кислоты, токоферолов и каротина. В комбинации с хроматографией ИК-спектроскопию можно применить для исследования ароматических веществ и ряда органических соединений.

6.5. Поляриметрия

Метод поляриметрии основан на определении угла вращения поляризованного луча. Атомы молекул некоторых веществ способны поляризоваться, т. е. приобретать дипольный момент в электрическом поле. Поляризация атомов обусловлена смещением в молекуле атомов разного типа, что связано с несимметричным распределением в молекуле электронной плотности — асимметрические атомы. Вещества, обладающие свойством изменять направление колебаний при прохождении через них поляризованного света, называются оптически анизотропными, или оптически активными.

Оптическая активность веществ обусловлена особенностями строения кристаллической решетки (в этом случае вещества проявляют оптическую активность только в твердом кристаллическом состоянии) или особенностями строения молекул (оптическая активность таких веществ проявляется только в растворах). К веществам последней группы относятся главным образом такие органические вещества, как сахароза, фруктоза, глюкоза, винная кислота. Поляриметрический метод разработан для количественного определения веществ именно этой группы.

Оптическая активность вещества характеризуется удельным вращением, под которым понимается угол, на который повернется плоскость поляризации при прохождении поляризованного луча через раствор, в 1 мл которого содержится 1 г растворенного вещества, при толщине слоя раствора (длине поляризационной трубки), равной 1 дм.

6.6. Масс-спектрометрия

Это мощный универсальный метод анализа, отличается высокой чувствительностью, высокой специфичностью и селективностью определения. Применяется к широчайшему кругу объектов — от изотопов элементов до сложных белковых молекул. Метод отличается от обычных спектроскопических методов, его аппаратура более сложная. Исследуемое вещество нагревают в вакууме, пучок образовавшихся ионов ускоряется электростатическим полем и влетает в магнитное поле.

Сила Лоренца, направленная перпендикулярно скорости, изменяет траекторию полета в зависимости от отношения массы к заряду летящих ионов. Благодаря этому пучок ионов разделяется на части. Эти части попадают на экран, давая масс-спектр. Этот спектр позволяет определить массы ионов и относительное содержание компонентов в исследуемом веществе.

Масс-спектрометр состоит из следующих основных частей:

  • ● устройство для ввода пробы;
  • ● ионизатор;
  • ● узел ускорения и фокусирования ионов;
  • ● анализатор;
  • ● детектор.

Все части прибора находятся под вакуумом. Устройство для ввода пробы обеспечивает необходимую концентрацию вещества в ионизаторе. Ионизация пробы осуществляется одним из следующих способов:

  • а) электронный удар;
  • б) лазерное излучение;
  • в) искровой разряд;
  • г) бомбардировка пучком ионов.

При ионизации разрываются химические связи и появляются ионы-осколки, преимущественно положительные однозарядные ионы, значительно реже двухзарядные. Эти ионы ускоряются электрическим полем и фокусируются в пучок в следующей части массспектрометра. Сфокусированный пучок ионов попадает в масс-анализатор, где ионы разделяются по массе. Ионы движутся в электрическом поле, приобретая кинетическую энергию

zU = mv2 / 2, где U — ускоряющая разность потенциалов; m — масса иона; z — заряд иона; v — скорость.

Отсюда получаем v = (2Uz / m) 0,5 . Таким образом, при постоянной разности потенциалов скорость определяется отношением заряда к массе. Летящие ионы попадают в постоянное магнитное поле напряженностью Н и взаимодействуют с ним (сила Лоренца, равная Hzv), за счет чего траектория движения ионов искривляется. Эту силу можно приравнять центробежной силе Hzv = mv2 / r, где r — радиус кривизны траектории. Ионы с различным отношением массы к заряду имеют разные радиусы кривизны и разлетаются веером, попадают в разные места детектора, где ионный ток преобразуется в электрический сигнал и записывается в виде масс-спектра. Этот спектр регистрируется на экране в виде набора четких полос. Сравнение с масс-спектрами эталонных образцов позволяет провести качественный анализ, а количественный анализ проводится по интенсивности полос.

  • а) анализ изотопного состава элементов;
  • б) элементный анализ твердых неорганических веществ и материалов, определение посторонних веществ на поверхности;
  • в) анализ смесей газов, можно осуществлять непрерывный контроль;
  • г) определение концентрации свободных радикалов;
  • д) установление структуры органических соединений;
  • е) анализ смесей органических веществ.

Сочетание масс-спектрометрии с предварительным хроматографическим разделением позволяет обнаружить до 10 –10 г вещества. Масс-спектрометрия является единственным надежным методом обнаружения диоксинов.

6.7. Ядерно-магнитный резонанс

Ядра многих элементов имеют спин (вращаются, как волчки) и магнитный момент. Когда вещество помещено в магнитное поле напряженностью Р, согласно квантовой механике возможны несколько ориентаций магнитных моментов, характеризуемые магнитным квантовым числом. У ядер водорода спин ядра равен 12 и возможны две ориентации магнитного момента относительно магнитного поля (по полю и против поля) с энергиями взаимодействия Е1 и Е2 . Разность Е2 −Е1 пропорциональна напряженности магнитного поля Н. Если облучить образец радиоволнами такой частоты, что энергия их квантов совпадет с этой разностью, наступит резонанс — спины будут переходить с нижнего уровня на верхний. Кванты поглощаются, что обнаруживается радиотехническим методом и записывается как сигнал ядерно-магнитного резонанса (ЯМР).

Условие резонанса w = gH, где Н — напряженность магнитного поля; w — частота облучающего ЭМИ; g — константа, характерная для каждого вида ядер. Блок-схема ЯМР-спектрометра приведена на рис. 6.11.


Рис. 6.11. Блок-схема ЯМР-спектрометра 1 — ампула с исследуемым образцом; 2 — электромагнит; 3 — «свипирующие» катушки; 4 — приемная катушка; 5 — генератор; 6 — усилитель; 7 — устройство вывода или обработки полученных данных

Анализ проводят следующим образом. Образец вещества в ампуле помещается в катушку 4, находящуюся в магнитном поле. На катушку подается радиочастота. При медленном изменении (сканировании) магнитного поля в момент резонанса обнаруживается поглощение образцом радиочастотной энергии, что записывается в виде спектра. Если все ядра водорода находятся в одинаковом окружении, сигнал ЯМР — это одиночная узкая линия (рис. 6.12).

Спектры ЯМР изооктана (а) и циклогексана (б)

Рис. 6.12. Спектры ЯМР изооктана (а) и циклогексана (б)

Спектры ЯМР даже сложных органических веществ состоят из многих острых линий и по информативности их можно сравнить с отпечатками пальцев. Интенсивность линий связана с концентрацией веществ, спектр ЯМР может быть использован для количественного анализа. Главное достоинство ЯМР — высокая разрешающая способность спектров. Недостаток метода — низкая чувствительность.

Энергия радиочастотного поля мала, поэтому исследуемое вещество не разрушается. Спектры ЯМР дают не только ядра водорода, но и другие. 2H, 13С, 14N, 15N, 17О, 19F, 31Р, 33S. Поскольку некоторые из этих ядер содержатся в веществах в небольшой концентрации, иногда применяется изотопное обогащение образца. Эти спектры расширяют возможности идентификации веществ. Метод ядерно-магнитного резонанса может быть использован для определения качества мясных, рыбных и комбинированных фаршей.

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Зырянов Вадим Семенович, Кузнецов Константин Леонидович, Шеков Анатолий Александрович

В статье проведен анализ ИК-спектров бетонов на основе цемента ОАО «Ангарскцемент» марок М400 и М400Д20 с различной степенью термического поражения. Установлено, что дифференцировать конструкции, подвергнутые воздействию температур более 600 °С, можно по пику 3640 см-1 высокой ин-тенсивности, характерного для портландита, на фоне низкой интенсивности, либо отсутствия широкого пика в области 3450 см-1, характерного для ОН-связей иной природы.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Зырянов Вадим Семенович, Кузнецов Константин Леонидович, Шеков Анатолий Александрович

Физико-химические исследования силикатного кирпича, полученного при автоклавной обработке и по энергосберегающей технологии

DETERMINING THE DEGREE OF THERMAL DESTRUCTION OF CONCRETE MADE FROM CEMENT PRODUCTION "ANGARSKCEMENT" BY IR SPECTROSCOPY

In the article the analysis of the IR spectra of concrete based cement M400 and MD, manufacturer «Angarskcement». The concrete had a different degree of thermal damage. It is established that differentiate the concrete is exposed to temperatures over 600 °C can be at the peak of portlandite (3640 cm-1) high intensity, low intensity, or absence, of a broad peak in the region of 3450 cm-1, characteristic of the OH groups of another nature.

Текст научной работы на тему «Определение степени термического поражения бетонов на основе цемента ОАО «Ангарскцемент» методом ИК-спектроскопии»

В.С. Зырянов, К.Л. Кузнецов, А.А. Шеков ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ТЕРМИЧЕСКОГО ПОРАЖЕНИЯ БЕТОНОВ НА ОСНОВЕ ЦЕМЕНТА ОАО «АНГАРСКЦЕМЕНТ» МЕТОДОМ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ

В статье проведен анализ ИК-спектров бетонов на основе цемента ОАО «Ангарскцемент» марок М400 и М400Д20 с различной степенью термического поражения. Установлено, что дифференцировать конструкции, подвергнутые воздействию температур более 600 °С, можно по пику 3640 см'1 высокой интенсивности, характерного для портландита, на фоне низкой интенсивности, либо отсутствия широкого пика в области 3450 см'1, характерного для ОН-связей иной природы.

Ключевые слова: бетон, цемент, пожар, инфракрасная спектроскопия.

Ziryanov V. S., Kuznetsov K. L., Shekov A. A.

DETERMINING THE DEGREE OF THERMAL DESTRUCTION OF CONCRETE MADE FROM CEMENT PRODUCTION "ANGARSKCEMENT" BY IR SPECTROSCOPY

In the article the analysis of the IR spectra of concrete based cement M400 and MD, manufacturer «Angarskcement». The concrete had a different degree of thermal damage. It is established that differentiate the concrete is exposed to temperatures over 600 °C can be at the peak of portlandite (3640 cm'1) high intensity, low intensity, or absence, of a broad peak in the region of 3450 cm'1, characteristic of the OH groups of another nature.

Keywords: concrete, cement, fire, infra-red spectroscopy.

Повсеместное применение бетона и железобетона в качестве строительных материалов обусловливает актуальность исследования цементного камня после пожара с целью установления очага возгорания и причины пожара.

Одним из эффективных методов определения степени термического поражения бетонных и железобетонных конструкций является ультразвуковая дефектоскопия, базирующаяся на изменении скорости прохождения звуковой волны в результате формирования трещин в массе материала при термическом воздействии. К сожалению, эксперт с соответствующим оборудованием в редких случаях участвует в осмотре места происшествия, связанного с пожаром, а работает в основном с представленными на исследование объектами. Процесс отбора образцов цементного камня не представляет особой сложности, в связи с чем одним из

эффективных аналитических методов его исследования является инфракрасная (ИК) спектроскопия.

Целью работы явилось исследование цементного камня с различной степенью термического поражения методом ИК-спектроскопии.

Для исследования были подготовлены образцы бетонов на основе цемента марок М400 и М400 Д20 производства ОАО «Ангарскцемент». Цементный раствор заливался в формы и выдерживался в течение 25 суток. Затем каждый образец обжигался в муфельной печи при температурах от 200 до 800°С с интервалом 100°С в течение 15 минут.

ИК-спектры цементного камня, отобранного с поверхности образцов, снимали в КВг на ИК-Фурье спектрометре ФСМ 1201.

При визуальном осмотре образцов бетона на основе цементов марок М400 и М400Д20 (рис. 1, 2) было установлено, что при температуре около 600 °С наблюдается изменение цвета и формирование микротрещин, которые при увеличении температуры до 800 °С растут и приводят к разрушению образцов.

200 °С 300 °С 400 °С 500 °С 600 °С 700 °С 800 °С

Рис. 1. Образцы бетона на основе цемента М400, обожженные при температурах

Рис. 2. Образцы бетона на основе цемента М400 Д20, обожженные при температурах 200-800°С

Изменения связаны с процессами дегидратации цементного камня и изменением его структуры. Это также отражается на ИК-спектрах образцов.

Наиболее подробно особенности изменения функционального состава цементного камня на основе портландцементов при нагревании и методики их исследования после пожара изложены в работе Е.Д. Андреевой и И.Д. Четко [1].

ИК-спектры, полученные при исследовании цементного камня на основе цементов марок М400 (рис. 3) и М400 Д20 (рис. 4) производства ОАО «Ангарскцемент», подобны представленным в работе [1] спектрам. Для них характерны полосы поглощения гидроксильных групп различной природы в области 3000-3750 см- , полосы иона (СО3-) карбоната кальция в области 874 и 1430 см-1, а также широкая полоса поглощения в интервале 900-1200 см-1 кремнекислородных групп. Наличие активных минеральных добавок в цементе марки М400 Д20 не оказывает значительного влияния на характеристические полосы поглощения в ИК-спектрах.

Рис. 4. ИК-спектр бетона на основе цемента марки М400 Д20

При увеличении температуры наблюдается снижение интенсивностей полос поглощения 1640 и 3450 см-1, характерных для воды. При этом пик 1640 см-1 исчезает уже при температуре 300 °С.

В области 600 °С начинается разложение карбонатов, входящих в состав портландцемента, что сопровождается снижением интенсивности полосы поглощения 1430 см-1 и полным нивелированием полосы 874 см-1.

В отличие от результатов, представленных в работе [1], в ИК-спектрах цементного камня на основе цементов марок М400 и М400 Д20 производства ОАО «Ангарскцемент» присутствуют хорошо разрешимые полосы поглощения в области 3640 см-1, которые большинство авторов 3 относят к колебаниям связи (ОН). В то же время стоит согласиться с мнением авторов [5, 6], что данная связь характерна для портландита Са(ОН)2, являющегося одним из продуктов гидратации портландцемента.

При нагревании цементного камня наблюдается постепенное снижение интенсивности полосы поглощения 3640 см-1 до полного исчезновения при 600 °С. Дальнейший рост температуры сопровождается увеличением интенсивности данной полосы, при этом интенсивность широкого пика в области 3450 см-1 характерного для воды остается невысокой. Как было отмечено выше, при температуре около 600 °С разлагаются карбонаты. Возможно, образующийся оксид кальция, который придает образцам цементного камня белый цвет, при остывании взаимодействует с парами воды в воздухе и способствует росту интенсивности пика 3640 см-1, характерного для портландита.

Таким образом, можно выделить интервал до 600 °С, когда степень термического поражения конструкций, содержащих цементный камень, можно определять по изменению интенсивности пиков в области 1640, 30003750 см-1 характерных групп (ОН) различной природы и интервал с температурой более 600 °С, когда степень термического поражения целесообразно устанавливать по снижению интенсивности пиков 874 и 1430 см-1 характерных для карбонатов. При этом дифференцировать конструкции, подвергнутые воздействию температур более 600 °С можно по пику 3640 см-1 высокой интенсивности, характерного для портландита на фоне низкой интенсивности либо отсутствия широкого пика в области 3450 см-1 характерного для (ОН) связей иной природы.

1. Андреева Е.Д. Применение ИК-спектроскопии при исследовании объектов, изъятых с места пожара: методическое пособие. М.: ВНИИПО, 2010. 91 с.

3. Брек Д. Цеолитовые молекулярные сита. М.: Мир, 1976. 782 с.

4. Иванова Н.Д., Стадник О.А., Псарева Т.С. и др. Новые композитные материалы на основе оксидных соединений хрома, молибдена, кобальта // Химия, физика и технология поверхности. 2012. Т. 3. № 3. С. 307-311.

5. Естемесова А.С. Экотехнологичное производство сухих строительных смесей с применением стекольного боя: автореф. дис. . канд. тех. наук. Алматы: ЦеЛСИМ, 2007. 26 с.

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Скочилов Р. А., Фишман А. И., Иванов А. А., Носков А. И., Ремизов А. Б.

Разработана спектроскопическая методика определения массовой концентрации некоторого минерала в сложной смеси (в шихте, керне и др.) с применением методов факторного анализа . Проведена апробация методики на примере определения массовой концентрации кальцита, как в модельной смеси, так и в керне.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Скочилов Р. А., Фишман А. И., Иванов А. А., Носков А. И., Ремизов А. Б.

Использование электронного парамагнитного резонанса для выявления признаков тектонических преобразований в карбонатных породах надвиговых зон (на примере силурийско-ордовикских отложений скв. 1-Адакская, центральная часть гряды Чернышева)

The new technique of concentration definition of mineral in a complex mixture (in a charge, a core, etc.) which uses the FTIR spectroscopy and factor analysis is developed. This technique has been tested on examples of calcite concentration definition both in a model mixture and in a core.

Текст научной работы на тему «Определение минерального состава пород методом ИК-спектроскопии»

Р. А. Скочилов, А. И. Фишман, А. А. Иванов,

А. И. Носков, А. Б. Ремизов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СОСТАВА ПОРОД МЕТОДОМ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ

Ключевые слова: ИК-фурье спектроскопия, колебательные спектры, минеральный состав, факторный анализ.

Разработана спектроскопическая методика определения массовой концентрации некоторого минерала в сложной смеси (в шихте, керне и др.) с применением методов факторного анализа. Проведена апробация методики на примере определения массовой концентрации кальцита, как в модельной смеси, так и в керне.

Key words: FTIR spectroscopy, vibrational spectra, mineral composition, factor analysis.

The new technique of concentration definition of mineral in a complex mixture (in a charge, a core, etc.) which uses the FTIR spectroscopy and factor analysis is developed. This technique has been tested on examples of calcite concentration definition both in a model mixture and in a core.

Большая роль при решении геологических задач на современном этапе разведки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений отводится информационно-измерительным системам (ИИС), функционирующим непосредственно в процессе бурения скважин. Эти системы предназначены для одновременного измерения, обработки и регистрации технологических параметров режимов бурения и промывки скважины, геофизических параметров, а также параметров бурового раствора, шлама, керна и пластовых флюидов.

Важное место среди ИИС занимают методы и аппаратура, предназначенные для оперативного анализа бурового раствора, керна и шлама на минеральный состав и нефтесодержание. Интенсивное развитие приборостроения в области инфракрасной (ИК) спектроскопии, создание надежных и высокочувствительных ИК-фурье спектрометров, в сочетании с широким внедрением математических методов обработки большого объема экспериментальных данных, создали предпосылки для применения методов ИК спектроскопии в системах оперативного анализа [1].

ИК спектр любого вещества (положение полос поглощения, их интенсивность, ширина и форма) индивидуален, и может использоваться для идентификации этого вещества. Экспериментальные исследования большого числа минералов и горных пород, в том числе и основных породообразующих минералов - кварца, глины, кальцита, доломита, ангидрита и гипса, показывают, что их можно уверенно различать по спектрам в среднем ИК диапазоне (область 4000 - 400 см-1) [2]. В спектрах основных породообразующих минералов присутствует одна очень сильная полоса поглощения и несколько полос средней интенсивности, положение которых на шкале длин волн однозначно указывает на тип минерала.

Основой качественного и количественного спектрального анализа является аддитивность ИК-спектров: инфракрасный спектр минеральной смеси является суммой спектров компонентов смеси, а интенсивность полос поглощения (оптическая плотность) в спектре каждого компонента пропорциональна его содержанию в смеси.

Целью данной работы является разработка ИК-фурье спектроскопической методики определения массовой концентрации породообразующего минерала в сложной смеси (в шихте, керне и др.).

Традиционно используемые методики количественного анализа по ИК спектрам поглощения, основанные на построении базовой линии, в данном классе задач оказываются

малоэффективными. Это связано с тем, что спектры матриц (шихты, керна и др.) могут варьироваться в значительных пределах, и в большей или меньшей степени перекрывать аналитические полосы анализируемого минерала. В этом случае, без вмешательства оператора и применения специальных методов разделения спектральных контуров, задача может быть решена с большой ошибкой.

В таких случаях для выделения спектров индивидуальных компонент сложных смесей и определения их концентраций более привлекательными являются методы факторного анализа (ФА) [3]. В [4,5] в рамках ФА был предложен подход, позволяющий по набору экспериментальных спектров смеси с различным содержанием компонент найти с точностью до произвольного множителя их индивидуальные спектры и концентрации, что может быть использовано для решения задачи количественного определения минерального состава керна и шлама. Преимущество этого метода состоит в том, что анализируются одновременно ИК спектры нескольких смесей в широком спектральном диапазоне, и для извлечения количественной информации не требуется проведение базовых линий.

1. Метод определения содержания минерала в смеси

Определение содержания некоторого породообразующего минерала (кальцита, кварца, доломита и др.) в породе (шихте, керне и т.п.) предполагает нахождение его массовой доли (массы минерала, приходящейся на общую массу образца). То есть, если смесь имеет массу М = т0+Мост, где т0 - искомая масса интересующего минерала, Мост - масса остальной смеси (остатка), то массовая доля минерала:

Для определения массовой доли минерала методом ФА необходимо получить пакет спектров смеси с различным содержанием анализируемого минерала. Варьировать содержание минерала в смеси можно, используя метод добавок, когда к исходному количеству образца постепенно добавляются известные массы чистого минерала, и регистрируются соответствующие спектры смесей. Анализируя методом ФА полученные спектры, можно определить содержание интересующего минерала в исходной пробе.

В предлагаемой нами методике можно выделить 4 стадии: 1) приготовление образцов (смесей порошков); 2) приготовление таблеток; 3) регистрация ИК-фурье спектров таблеток;

4) факторный анализ и определение концентрации минерала.

Рассмотрим каждую стадию подробно.

Стадия 1. Приготовление образцов

Для регистрации спектров твердых образцов нами выбран метод взвесей в КВг (метод прессования таблеток [6]), поскольку он обладает рядом существенных преимуществ: отсутствием мешающих полос поглощения и возможностью контроля за концентрацией образца.

Анализируемая минеральная смесь (порода) массой M растирается до однородной порошкообразной массы.

Следует обратить внимание на необходимость проведения тщательного и однообразного помола исследуемых веществ. Хорошо известно [6], что качество регистрируемого спектра существенно зависит от степени измельчения. Размеры частиц в порошке не должны превышать 2 - 3 мкм, т. е. должны быть близки к длине волны ИК излучения, используемого при анализе. Необходимая степень измельчения может быть проконтролирована по спектрам.

Полученная порошкообразная порода разделяется на три образца с массами М1> М2, М3:

где к1 + к 2 + к3 = 1, М = М1+ М2+ М3.

К каждому образцу добавляется порошок КВг массы тквг1, тквг2, тквг3, соответственно. Количество порошка КВг должно быть достаточным для прессования таблеток и обеспечивающим условие, при котором оптическая плотность Л полос поглощения в спектрах образцов не превышает 1,5 (в этом диапазоне оптических плотностей закон Бугера-Ламберта-Бера хорошо выполняется, т.е. оптическая плотность пропорциональна концентрации).

Далее, к образцам 2 и 3 добавляется чистый анализируемый минерал (массы т1 и т2, соответственно). Важно, чтобы порошок чистого минерала имел ту же степень помола, что и исследуемая шихта. В противном случае спектр чистого минерала будет отличен от спектра минерала, содержащегося в исходном образце, и будет интерпретироваться дополнительным фактором при ФА.

В результате получаются три образца I, II и III с массами:

Стадия 2. Приготовление таблеток

От каждого образца отбираются массы Мт1, Мт2 и Мтз , из которых прессуются таблетки:

соответственно), О - некоторый размерный коэффициент. Площадь таблетки определяется размером пуансона, и во всех экспериментах остается постоянной.

Подчеркнем, что объемные концентрации интересующего минерала в таблетках будут пропорциональны их массовым концентрациям в порошке.

Пусть Е0 - спектр (экстинкция) анализируемого минерала, Еост - спектр остатка, Сост - концентрация остатка, а - фон, тогда для поглощения таблеток в соответствии с законом

где V7), V7)I, V7ш - объемы таблеток (V = Э б , где в и б - площадь и толщина таблетки,

Бугера-Ламберта-Бера для оптических плотностей (спектров А1, А2, А3) таблеток можно записать следующие соотношения:

А1 — (0^ + С1£0 + СостЕост) — + Е0 • (° • ^

С(1 + б1СостЕост 5

А3 — б3(а3 + С3Е0 + СостЕост ) — б3а3 + Е0 • 0 •

кзт0 + т2 б б С111 Е

Видно, что поглощение образцов, обусловленное присутствием анализируемого минерала с эффективными концентрациями Сд — Сдбд (9=1, 2, 3), не зависит от толщин таблеток бд, а значит, для определения концентраций минерала они могут не учитываться.

Стадия 4. Факторный анализ и определение концентрации минерала

Полученные спектры таблеток А-|, А2, А3 рассматриваются как пакет для ФА и образуют экспериментальную матрицу поглощения А 4. В данном случае при переходе от таблетки к таблетке линейно-независимо изменяются концентрации минерала и остальной смеси (остатка). Поэтому задача является двухфакторной: 1 фактор - анализируемый минерал, 2-й фактор - остаток. Применяя методику ФА для двухкомпонентной смеси [4,5], можно с точностью до произвольных множителей определить индивидуальные спектры и соответствующие концентрации компонент. Таким образом, ФА позволяет определить отношения концентраций анализируемого минерала в таблетках:

Ш1 ФА — С~2 / С~1 и Ш2фА — С3/ С~1

Исходя из этих отношений, можно определить искомую массу анализируемого минерала т0 и его концентрацию в исходном образце (пробе).


ГОСТ Р 57939-2017

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Инфракрасная спектроскопия. Общие принципы

Polymer composites. Infrared spectroscopy. General principles

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" совместно с Автономной некоммерческой организацией "Центр нормирования, стандартизации и классификации композитов" при участии Объединения юридических лиц "Союз производителей композитов" на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 497 "Композиты, конструкции и изделия из них"

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к стандарту АСТМ E334-01(2013)* "Стандартная практика общих методов инфракрасного микроанализа" (ASTM E334-01(2013) "Standard practice for general techniques of infrared microanalysis", MOD) путем включения дополнительных положений, фраз, слов, ссылок, показателей, их значений и/или внесения изменений по отношению к тексту применяемого стандарта АСТМ, которые выделены курсивом**.

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей.

** В оригинале обозначения и номера стандартов и нормативных документов приводятся обычным шрифтом, кроме отмеченного в разделе "Предисловие" знаком "**". - Примечания изготовителя базы данных.

Объяснения причин внесения технических отклонений, а также оригинальный текст модифицированных структурных элементов стандарта АСТМ приведены в дополнительном приложении ДА.

Разделы (подразделы, пункты), не включенные в основную часть настоящего стандарта, приведены в дополнительном приложении ДБ.

Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой указанного стандарта АСТМ E334-01(2013) приведено в дополнительном приложении ДВ.

В настоящем стандарте исключены ссылки на стандарты АСТМ E168, АСТМ E573, АСТМ E1642 и АСТМ E2106, так как они носят справочный характер.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного стандарта АСТМ для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

Сведения о соответствии ссылочных национальных и межгосударственных стандартов стандартам АСТМ, использованным в качестве ссылочных в примененном стандарте АСТМ, приведены в дополнительном приложении ДГ

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Октябрь 2019 г.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие требования к анализу полимерных композитов методом инфракрасной спектроскопии. Особое внимание уделено особенностям анализа микрообразцов.

Настоящий стандарт может быть также применен к анализу других материалов, таких как чистые органические и неорганические вещества и их смеси, полимерные материалы (как реактопласты, так и термопласты), а также компоненты для их производства, включая смолы, отвердители, ускорители, пластификаторы и прочие.

Более полные сведения по конкретным методам анализа приведены в ГОСТ Р 57941 и ГОСТ Р 57988.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 27176 Приборы спектральные оптические. Термины и определения

ГОСТ Р 57941 Композиты полимерные. Инфракрасная спектроскопия. Качественный анализ

ГОСТ Р 57988 Композиты полимерные. Термогравиметрический анализ, совмещенный с анализом методом инфракрасной спектроскопии (ТГА/ИК)

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 27176, а также следующий термин с соответствующим определением:

3.1 световой конденсор (beam condenser): Специализированное приспособление, предназначенное для анализа микрообразцов диаметром 2,0 мм или меньше.

4 Особенности анализа микрообразцов

4.1 Общие положения

Методы спектроскопии, используемые для изучения микрообразцов, как правило, являются модификациями аналогичных макрометодов. Особой проблемой микроанализа является сильное воздействие загрязнителей. Например, незначительные примеси в растворителе могут стать основными компонентами осадка, остающегося после испарения растворителя. Вещества, извлекаемые из материалов для тонкослойной хроматографии, из бумаги, используемой в бумажной хроматографии, и других твердых адсорбентов, могут содержать примеси, требующие особенно внимательного отношения. К значительному загрязнению может приводить также неподвижная фаза для газовой хроматографии. При интерпретации результатов микроанализа необходимо учитывать эти факторы, а также другие источники загрязнения. Вероятность получения ошибочных результатов можно минимизировать, используя чистые реактивы, соблюдая осторожность при обращении с образцами, а также регулярно используя контрольные пробы при разделении и последующей регистрации спектров.

4.2 Использование компьютерной обработки

В компьютеризированных дисперсионных спектрометрах или инфракрасных спектрометрах с преобразованием Фурье для повышения наблюдаемого отношения сигнал-шум слабых полос и повышения чувствительности используют компьютерные процедуры многократного сканирования, усреднения сигнала, вычитания спектров и растяжки по ординате. Вычитание спектров используют также для устранения интерференционных полос из спектра образца, что позволяет понизить предел обнаружения.

4.3 Использование экранирующих диафрагм

Отверстие держателей образцов, применяемых при микроспектроскопии (без использования инфракрасного микроскопа), обычно меньше ширины луча образца. Из-за таких небольших размеров диафрагм необходимо принимать меры для получения спектров наилучшего качества, а применяемые методы будут зависеть от типа используемого спектрометра. Обычно существенно улучшить результаты удается при использовании приспособления для уменьшения диаметра светового пучка (см. 4.4).

При использовании двухлучевого дисперсионного спектрометра, не снабженного компьютером, луч сравнения также необходимо ограничивать до соответствующей диафрагмы. Это можно сделать с помощью непрозрачного листа из плотного материала с отверстием подходящего размера, а также специальных шторок или ослабителей. Ослабление луча сравнения влияет на характеристики измерительного прибора, поэтому для получения надежных спектров при менее высоких уровнях излучения необходима соответствующая регулировка параметров прибора (т.е. увеличение ширины щели или повышение усиления). Чувствительность можно повысить с помощью растяжки по ординате, доступной на большинстве спектрометров.

При использовании однолучевого спектрометра фоновый спектр необходимо регистрировать через диафрагму в держателе образца, размеры которой не превышают размеров образца. Обычно это можно сделать, используя пустой держатель образца.

На некоторых спектрометрах с преобразованием Фурье установка диафрагмы в держатель образца приводит к небольшому изменению наблюдаемых частотных положений полос в результате изменения оптического пути. Следовательно, положение диафрагмы должно быть одинаковым при получении спектров образца и сравнения, особенно при использовании компьютерного вычитания спектров.

При использовании инфракрасного микроскопа спектр сравнения обычно регистрируют через ту же диафрагму, которая использовалась для анализа образца. Размеры диафрагмы выбирают визуально, наблюдая анализируемую область образца. Регистрируют однолучевой спектр данной области образца, после чего регистрируют однолучевой спектр сравнения. Спектр пропускания или поглощения образца получают, используя программное обеспечение спектрометра для расчета отношения двух однолучевых спектров.

4.4 Использование светового конденсора

Больших потерь энергии вследствие ослабления луча можно избежать, используя приспособление для концентрирования светового пучка. Это приспособление используется для фокусировки пучка излучения на анализируемой области размером 2 мм или менее, позволяя исследовать микрообразцы меньшего размера. В большинстве случаев достаточно светового конденсора, уменьшающего размеры светового пучка в 4 раза.

Тепло, производимое концентрированным пучком, может повредить некоторые образцы, особенно при использовании ряда дисперсионных приборов. При возникновении этой проблемы защиту образца можно обеспечить, установив тонкую пластинку из германия между источником света и образцом, либо охлаждая образец потоком воздуха.

5 Анализ полимерных композитов

5.1 Анализ полимерных композитов проводится так же, как и анализ любых других твердых веществ, однако имеет некоторые особенности. Полимерные композиты, как правило, являются неплавкими и нерастворимыми веществами, что сильно ограничивает возможные методы исследования. Структура полимерных композитов неоднородна, поэтому результаты анализа могут существенно зависеть от выбранного метода анализа и пробоподготовки, особенно при анализе микрообразцов. Наличие в составе полимерного композита армирующего наполнителя может потребовать увеличения времени измельчения образца. Из-за интенсивного поглощения графита и подобных ему материалов в ИК области анализ полимерных композитов, содержащих такие наполнители как углеродное волокно или технический углерод, требует повышенного внимания к выбору метода анализа и пробоподготовки.

Примечание - Методы, описанные в данном разделе, применимы для анализа любых твердых веществ.

5.2 Для регистрации качественных спектров микрообразцов твердых веществ необходимо вводить поправку на ослабление луча образца или использовать световой конденсор; для повышения чувствительности может потребоваться растяжка по ординате, многократное сканирование или усреднение сигнала.

Примечание - Для анализа микроколичеств твердых веществ существуют специальные приспособления, такие как микродержатели суспензий, таблеток и т.д. Некоторые из них предназначены для конкретных приборов, а другие являются универсальными.

5.3 Небольшое количество мелко измельченного порошка смешивают с суспендирующим агентом, например, вазелиновым маслом, и наносят на небольшую пластину для образца размерами 351 мм. Пластину устанавливают в держатель максимально близко к фокусу сужающегося пучка излучения или в модуль светового конденсора.

5.4 При анализе микрообразцов может использоваться метод взвесей в галогенидах щелочных металлов (прессования таблеток). Предпочтительно использовать галогенид щелочного металла, выдержанный в сушильном шкафу при температуре от 105°C до 110°C. Для получения спектров сравнения используют свежеприготовленные контрольные таблетки, чтобы контролировать возможное загрязнение.

Серийные пресс-формы для микротаблеток обычно позволяют получать диски диаметром 0,5 или 1,5 мм. Пресс-форму стандартного размера 13 мм можно использовать для получения микротаблеток, проделав небольшое отверстие в диске, например, из оловянной фольги, манильской бумаги, промокательной или фильтровальной бумаги толщиной около 0,1 мм. Оловянная фольга или бумага обычно служит в качестве держателя таблетки и может размещаться за отверстием держателя микротаблетки или на световом конденсоре. Допускается использование свинцовых микродисков.

1 Отверстия для микротаблеток могут быть выполнены с использованием дыроколов для бумаги.

2 Для правильной работы некоторых дисперсионных спектрометров необходима апертура размером 1 на 4 мм и более. При использовании светового конденсора минимально допустимая апертура уменьшается до размера от 0,5 до 1 мм в диаметре. Спектрометры с преобразованием Фурье при необходимости позволяют получать спектры через апертуру диаметром 0,5 мм без использования светового конденсора.

Образец очень маленького размера можно сделать пригодным для перемещения путем перетирания с сухим порошком бромида калия (KBr). Необходимо использовать спектроскопически чистый KBr, а время перетирания должно быть минимально необходимым для равномерного распределения образца в таблетке. Этот способ также используют при анализе тонкого поверхностного слоя, снятого с твердого объекта.

Образец материала тонкого покрытия можно получить, обрабатывая поверхность наждачной бумагой на основе стекла или карбида кремния. Спектр образца на поверхности наждачной бумаги можно получить методом диффузного отражения, используя в качестве эталона чистый кусок соответствующей наждачной бумаги.

5.5 Анализ твердых веществ можно проводить, растворив их в растворителе (см. 6.2). Полученный раствор можно анализировать напрямую или использовать для перевода растворенного вещества в состояние, более пригодное для анализа, например, изготовив тонкую пленку или порошок из галогенида металла с нанесенным веществом для приготовления таблеток с KBr или анализа методом диффузного отражения. Для получения спектра сравнения необходимо использовать тот же растворитель и те же условия пробоподготовки.

Примечание - Перекристаллизация из раствора или расплава, а также прикладываемое к образцам давление может вызывать изменения в кристаллической структуре материала и привести к изменению наблюдаемого спектра.

5.6 Некоторые твердые вещества можно размягчить или расплавить, сжав между двумя небольшими нагреваемыми пластинами из KBr, а затем исследовать в съемном держателе. Сжатие образца может быть выполнено сначала между двумя листами алюминиевой фольги, чтобы приложить более высокое давление. Затем тонкую пленку отделяют от фольги и анализируют между солевыми окнами. Некоторые твердые образцы можно нарезать тонкими пластинками, которые затем устанавливают в держатель для микротаблеток для дальнейшего анализа.

5.7 Анализ небольших пластинок материала можно проводить, помещая их на солевую пластину и размещая диафрагму над образцом. При этом и солевая пластина, и диафрагма располагаются на пути одного луча. Для удерживания очень небольших образцов внутри точечной диафрагмы можно использовать статические силы. В обоих случаях установки образцов может наблюдаться рассеянное излучение, поскольку обычно образцы не закрывают диафрагму полностью. Более высокого качества спектральных данных можно добиться при использовании светового конденсора (см. 4.4) или ИК-микроскопа (см. 7.4).

5.8 Образцы можно помещать не на поверхность солевой пластины, а удерживать между двух тонких листов полимерного материала с низким поглощением инфракрасного излучения на изучаемых частотах. Для получения спектров в большей части средней ИК-области можно использовать фторопластовую ленту, в то время как для измерений в дальней ИК-области используют полиэтиленовую пленку. Оба материала устойчивы к действию многих коррозионных образцов.

5.9 Также небольшие образцы твердых материалов можно удерживать на пути луча, приклеив их к полупрозрачной клейкой ленте и установив диафрагму над образцом. В этом случае необходимо вносить поправку на спектр клейкой ленты, либо установив аналогичную диафрагму, закрытую клейкой лентой, на пути луча сравнения, либо методом компьютерного вычитания спектра клейкой ленты, полученного в условиях, аналогичных условиям получения спектра образца.

Чтобы избежать необходимости компьютерного вычитания спектра клейкой ленты, для установки микрообразцов возле диафрагмы можно использовать маленькие кусочки солевого окна. От использованного кристалла соли с помощью лезвия откалывают кусочки размером от 1 до 2 мм и менее. С помощью зонда переносят несколько частиц клея с кусочка клейкой ленты (желательно старого) на противоположные края этой солевой покровной пластинки. Образец помещают над диафрагмой и накрывают солевой пластинкой. Солевую покровную пластинку придавливают к диафрагме так, чтобы она держалась на клею. Клей из использованного фрагмента ленты облегчит снятие покровной пластинки после завершения измерения.

5.10 При использовании метода НПВО с небольшим образцом оптимальные результаты можно получить, если образец размещается поперек элемента НПВО. В случае с образцами очень малых размеров предпочтительно размещать образец в точке входа луча, чтобы первое отражение находилось в месте расположения образца.

ГОСТ Р 57941-2017

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Инфракрасная спектроскопия. Качественный анализ

Polymer composites. Infrared spectroscopy. Qualitative analysis

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" совместно с Автономной некоммерческой организацией "Центр нормирования, стандартизации и классификации композитов" при участии Объединения юридических лиц "Союз производителей композитов" на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии указанного в пункте 4 стандарта

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 497 "Композиты, конструкции и изделия из них"

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к стандарту АСТМ Е1252-98 (2013)е1* "Стандартная практика общих методов получения инфракрасных спектров для качественного анализа" (ASTM Е1252-98 (2013)е1 "Standard Practice for General Techniques for Obtaining Infrared Spectra for Qualitative Analysis", MOD) путем включения дополнительных положений, фраз, слов, ссылок, показателей, их значений и/или внесения изменений по отношению к тексту применяемого стандарта АСТМ, которые выделены курсивом**.

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей;

** В оригинале обозначения и номера стандартов и нормативных документов приводятся обычным шрифтом, кроме отмеченного в разделе "Предисловие" знаком "**". - Примечания изготовителя базы данных.

Разделы (подразделы, пункты), не включенные в настоящий стандарт, приведены в дополнительном приложении ДА.

Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой указанного стандарта АСТМ приведено в дополнительном приложении ДБ.

В настоящем стандарте исключена ссылка на стандарт АСТМ Е168, т.к. он был отменен, а также на стандарты АСТМ Е573, АСТМ Е932, АСТМ Е1421 и АСТМ Е1642, т.к. они носят справочный характер.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного стандарта АСТМ для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

Сведения о соответствии ссылочных национальных и межгосударственных стандартов стандартам АСТМ, использованным в качестве ссылочных в примененном стандарте АСТМ, приведены в дополнительном приложении ДВ

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Август 2019 г.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие требования к проведению качественного анализа полимерных композитов методами инфракрасной спектроскопии в спектральном диапазоне от 4000 до 50 см, при котором количество доступного для анализа образца не является ограничивающим фактором. Эти методы используют также для регистрации спектров в ближней инфракрасной области спектра (при волновых числах свыше 4000 см).

Настоящий стандарт применим к анализу других материалов, таких как чистые органические и неорганические вещества и их смеси, полимерные материалы (как реактопласты, так и термопласты), а также компоненты для их производства, включая смолы, отвердители, ускорители, пластификаторы и проч.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 27176 Приборы спектральные оптические. Термины и определения

ГОСТ Р 57939 Композиты полимерные. Инфракрасная спектроскопия. Общие принципы

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 27176.

4 Общие сведения

4.1 Инфракрасный (ИК) качественный анализ выполняют путем идентификации функциональных групп или путем сопоставления ИК-спектров поглощения неизвестных материалов со спектрами известных эталонных материалов, или обоими способами. Эти спектры получают методами пропускания, отражения и другими методами, например, оптико-акустической спектроскопии. Сравниваемые спектры необходимо получать с использованием одного метода и при одинаковых условиях. При использовании опубликованных эталонных спектров необходимо принимать во внимание, что не все эти спектры полностью проверены.

Измерительные приборы и приспособления для инфракрасного качественного анализа выпускаются серийно и доступны для приобретения. Для обеспечения оптимальной производительности и безопасности необходимо соблюдать руководство изготовителя.

4.2 Спектры пропускания получают, размещая тонкий равномерный слой образца перпендикулярно траектории инфракрасных лучей (исключение приведено в 6.5 для устранения возможного появления интерференционных полос в случае анализа тонких пленок). Толщина образца должна быть достаточной для снижения мощности излучения, достигающего детектора на частотах поглощения, используемых в ходе анализа. Для получения наилучших результатов коэффициент поглощения наиболее интенсивных полос должен находиться в пределах от 1 до 2, а несколько полос должны иметь коэффициент поглощения не менее 0,6. Существуют исключения из этого правила, основанные на полярности измеряемых молекул. Например, насыщенные углеводороды неполярны, и их характеристические полосы недостаточно интенсивны, однако если не обращать внимания на чрезмерную интенсивность полосы поглощения валентных колебаний С-Н при 2920 см, интенсивность полос поглощения деформационных колебаний в диапазоне от 1440 до 1460 см может составлять от 1,5 до 2,0. Для выполнения достоверного анализа могут потребоваться спектры с различным количеством образца на пути светового пучка. Если спектры анализируют при помощи компьютеризированного сравнения, коэффициент поглощения наиболее интенсивной полосы должен быть менее 1; в противном случае воздействие функции формы спектральной измерительной линии приведет к погрешностям в относительной интенсивности полос в спектрах, измеренных дисперсионными спектрометрами и ИК-Фурье-спектрометрами с определенными функциями аподизации (особенно треугольной).

Метод получения спектров пропускания зависит от состояния образца. Большинство образцов, за исключением самоподдерживаемых тонких пленок, требуют наличия ИК-прозрачных окон или матриц, содержащих образцы. В таблице 1 приведены свойства часто используемых материалов ИК-прозрачных окон. Выбор материала окна зависит от области ИК-спектра, которая будет использоваться для анализа, от отсутствия воздействия на образец и достаточной прочности для типа образца.

Таблица 1 - Свойства материалов окон (в порядке возрастания длинноволновой границы диапазона использования)

Читайте также: