第二章 红外
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第二章红外光谱和拉曼光谱技术研究阴离子型层状及插层材料的结构红外光谱和拉曼光谱技术是相当成熟的分子结构研究手段,目前已经应用于多种阴离子型层状结构LDHs的层板阳离子、层间阴离子的研究[1-21]。
LDHs中的水是一个很强的红外吸收体,因此,红外光谱中很难观察到层板羟基的伸缩振动吸收峰。
但是,水又是一个很差的散射体,层板羟基的伸缩振动可以很容易在拉曼光谱中观察到,因此拉曼光谱法在LDHs研究中逐渐得到人们的重视[18]。
近年来,红外发射光谱技术、热分析/红外光谱联用技术、原位红外和拉曼光谱技术等已经被用来研究LDHs的热稳定性及有机阴离子插层LDHs的热分解过程[21-26]。
相关红外光谱和拉曼光谱技术在LDHs中的应用研究综述详见文献[27]。
2.1. LDHs层板的振动光谱2.1.1. MgAl-LDHs的振动光谱MgAl-LDHs在目前的文献中研究最多,下面以MgAl-LDHs为例说明LDHs层板的振动光谱峰位归属,并且对不同金属阳离子组成的LDHs层板的振动光谱进行比较分析。
MgAl-LDHs的红外光谱谱图在3450cm-1处可以观察到一个强而宽的吸收峰(图2-1),这是由两个或三个羟基伸缩振动和层间水分子伸缩振动重叠而成的;在3000~3300cm-1附近有时还出现一个肩峰,这是由羟基和层间碳酸根的相互作用而产生的;在650cm-1以下可观察到晶格的平移振动,而在700~1000cm-1范围内观察到归属于羟基和水的平移振动模式的宽而强的吸收峰,450cm-1处的吸收峰归属于[AlO6]3-基团或Al-O的单键振动。
在600~650cm-1之间,观察到由多组分峰相重叠而成的一个宽峰,在555cm-1附近有时有一个独立的峰。
680cm-1处峰形比较复杂,这是由于Al-O和Mg-O键的振动峰与碳酸根的ν4振动峰发生重叠的缘故。
对870cm-1附近的吸收峰的归属存在争议,一些研究者认为此峰是由层间CO32-的ν2振动产生的[28-30],而Kagunya等人[31]则认为856cm-1附近的峰归属于LDHs的层间阴离子CO32-、NO3-及OH-的转动振动模式E u(R)(OH)。
1第二章红外光谱(3)2第三节:红外光谱仪器简介¾3.1 色散型红外光谱仪¾3.2 Fourier 变换型红外光谱仪¾3.3 红外反射光谱与技术第四节:红外光谱与分子结构¾4.1 红外振动分类¾4.2 常见官能团的吸收频率¾4.3 影响基团频率的常见因素33.3 红外反射光谱与技术3.3.1 镜反射红外光谱对于那些吸收特别强烈或不透明表面上的覆盖物(如油漆和涂料), 可以用镜反射技术获得它们的光谱。
如下页图:第三节红外光谱仪简介4图2-17 镜反射红外光谱的光路图(a) 固定入射角(b) 可变入射角5镜反射又可分为固定入射角,可变入射角和掠角反射三种。
图2-18 掠角反射装置的光路图6下图为典型的反射红外光谱图,入射角越大,吸收越大,反射率越低。
图2-19 铝基质上700埃氧化硅不同入射角时的反射红外光谱73.3.2 衰减全反射红外光谱全称:Attenuated Total Reflectance IR Spectra ,简称ATR ,又叫内反射光谱(Internal Reflection Spectra )。
什么是全反射?n sφθn p 8根据折射定律,sin θ/sin φ=n s /n p当n p >n s 时,则有φ>θ, 即由光密介质进入光疏介质时,折射角大于入射角。
当θ增大到一定程度时,折射角达到90o ,则有sin θ=n s /n p9即入射光束全部被反射,这种现象叫做全反射,发生全反射时的入射角叫临界角(Critical Angle)。
arcsin(/)c s p n n θ=10全反射现象不完全是在两种介质的界面上发生的,部分光要进入到样品介质一段距离后才被反射回来,在样品透光区,反射回来的光的能量与入射光几乎相同,但在样品的吸收区,则有部分光被吸收,使反射回来的光,能量发生衰减。
这就是衰减全反射光谱的来源。