聚羧酸型水泥减水剂催化剂成分分析

、聚羧酸型水泥减水剂合成（来源）

、催化剂成分剖析

三、使用仪器

1、

1.1简介

红外光谱

在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，其振动频率与红

外光的振动频率相当。 所以，用红外光照射有机物分子时， 震动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同， 得分子中含有何种化学键或官能团的信息。 判断有机化合物分子中所含官能团和化学键

分子中的化学键或官能团可发生

从而可获

在红外光谱上将处于不同位置，

1.2近红外光谱

利用近红外光谱的优点有：1.简单方便有不同的测样器件可直接测定液体、固体、半固 体和胶状体等样品， 检测本钱低。2.分析速度快一般样品可在 lmin内完成。3.适用于近红外 分析的光导纤维易得到，故易实现在线分析及监测，极适合于生产过程和恶劣环境下的样品 分析。4.不损伤样品可称为无损检测。 5.分辨率高可同时对样品多个组分进行定性和定量分 析等。

1.3原理

当一束具有连续波长的红外光通过物质， 物分子中某个基团的振动频率或转动频率和 质］ 红外光的频率一样时，分子就吸收能量 由原来的基态振 动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁， 分子结构和鉴别化合物的分析方法。

（转）动能级跃迁到能量较咼的振 （） 该处波长的光就被物质吸收。所 就得到红外

将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来，

以，红外光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质 光谱图。红外光谱图通常用波长

（入或波数（b为横坐标，表示吸收峰的位置，用透光率（T%）

不同化合物中，同一种官能团的

具体出现在哪

其中外部

或者吸光度（A）为纵坐标，表示吸收强度。

组成分子的各种基团都有自己特定的红外特征吸收峰。 吸收振动总是出现在一个窄的波数范围内， 一波数，与基团在分子中所处的环境有关。 因素主要是分子所处的物理状态和化学环境，

但它不是出现在一个固定波数上， 引起基团频率位移的因素是多方面的，

如温度效应和溶剂效应等。对于导致基团频率

位移的内部因素，迄今已知的有分子中取代基的电性效应：如诱导效应、共轭效应、中介效 ____________ 应、偶极场效应等；机械效应：如质量效应、张力引起的键角效应、 振动之间的耦合效应等。 这些问题虽然已有不少研究报道，

并有较为系统的论述，

但是，若想按照某种效应的结果来

定量地预测有关基团频率位移的方向和大小， 却往往难以做到，因为这些效应大都不是单一

出现的。这样，在进行不同分子间的比较时就很困难。

1.4分区

1.4.1. 红外光谱的分区

通常将红外光谱分为三个区域：

近红外区（0.75~2.5卩m）中红外区（2.5~25卩m）和远红

外区（25~300卩m）。一般说来，近红外光谱是由分子的倍频、合频产生的；中红外光谱属于 分子的基频振动光谱；远红外光谱则属于分子的转动光谱和某些基团的振动光谱。

由于绝大多数有机物和无机物的基频吸收带都出现在中红外区，因此中红外区是研究 和应用最多的区域，积累的资料也最多， 仪器技术最为成熟。 通常所说的红外光谱即指中红 外光谱。

1.4.2. 红外谱图的分区

按吸收峰的来源，可以将2.5~25 ym的红外光谱图大体上分为 特征频率区（2.5~7.7 ^m） 以及指纹区（7.7~16.7 ym）两个区域。

其中特征频率区中的吸收峰基本是由基团的伸缩振动产生，数目不是很多，但具有很 强的特征性，因此在基团鉴定工作上很有价值，

酸、酯或酰胺等类化合物中，其伸缩振动总是在

主要用于鉴定官能团。

如羰基，不论是在酮、

5.9 ym左右出现一个强吸收峰，如谱图中

5.9 ym左右有一个强吸收峰，则大致可以断定分子中有羰基。

指纹区的情况不同， 该区峰多而复杂， 没有强的特征性， 主要是由一些单键 C-0、C-N 和C-X

（卤素原子）等的伸缩振动及C-H、0-H等含氢基团的弯曲振动以及

当分子结构稍有不同时， 该区的吸收就有细微的差异。

C-C骨架振动产生。

这种情况就像每个人都有不同的指纹

一样，因而称为指纹区。指纹区对于区别结构类似的化合物很有帮助。

1.5光谱分类

红外光谱可分为发射光谱和吸收光谱两类。

物体的红外发射光谱主要决定于物体的温度和化学组成，由于测试比较困难，红外发 射光谱只是一种正在发展的新的实验技术，

如激光诱导荧光。将一束不同波长的红外射线照

形成这一分子的红外吸收光谱。

每种

射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，

分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，它是一种分子光谱。

例如水分子有较宽的吸收峰，所以分子的红外吸收光谱属于带状光谱。原子也有红外 发射和吸收光谱，但都是线状光谱。

红外吸收光谱是由分子不停地作振动和转动运动而产生的，分子振动是指分子中各原 子在平衡位置附近作相对运动，

多原子分子可组成多种振动图形。

当分子中各原子以同一频

率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动时，这种振动方式称简正振动。

含n个原子的分子应有 3n-6个简正振动方式；如果是线性分子，只有 动方式。以非线性三原子分子为例，它的简正振动方式只有三种。在 是化学键的伸长和缩短，称为伸缩振动，而

3n-5个简正振

v1和v3振动中，只

v2的振动方式改变了分子中化学键间的夹角称

为变角振动，它们是分子振动的主要方式。分子振动的能量与红外射线的光量子能量正好对 应，因此，当分子的振动状态改变时，就可以发射红外光谱， 振动，而产生红外吸收光谱。

也可以因红外辐射激发分子的

1.6仪器

1.6.1.棱镜和光栅光谱仪

属于色散型光谱仪，它的单色器为棱镜或光栅，属单通道测量，即每次只测量一个窄 波段的光谱元。转动棱镜或光栅，逐点改变其方位后，可测得光源的光谱分布。

随着信息技术和电子计算机的发展，出现了以多通道测量为特点的新

光栅光谱仪

型红外光谱仪，即在一次测量中，探测器就可同时测出光源中各个光谱元的信息，例

如，在哈德曼变换光谱仪 中就是在光栅光谱仪的基础上用编码模板代替入射或出射狭缝， 后用计算机处理探测器所测得的信号。 些。

与光栅光谱仪相比，哈德曼变换光谱仪的信噪比要高

然

2. 傅里叶变换红外光谱仪

它是非色散型的，核心部分是一台

双光束干涉仪(图4中虚线框内所示)，常用的是

探测器所测

就可得到入射光的

迈克耳孙干涉仪。当动镜移动时，经过干涉仪的两束相干光间的光程差就改变， 得的光强也随之变化， 从而得到干涉图。 经过傅里叶变换的数学运算后， 光谱B(v):

式中I(x)为干涉信号；v为波数；x为两束光的光程差。 傅里叶变换光谱仪的主要优点是： 傅里叶变换红外光谱仪 ① 多通道测量使信噪比提高；

② 没有入射和出射狭缝限制，因而光通量高，提高了仪器的灵敏度； ③ 以氦、氖激光波长为标准，波数值的精确度可达 ④ 增加动镜移动距离就可使分辨本领提高；

0.01厘米；

⑤ 工作波段可从可见区延伸到毫米区，使远红外光谱的测定得以实

傅里叶变换红外光谱仪

现。

上述各种红外光谱仪既可测量发射光谱，又可测量吸收或反射光谱。当测量发射光谱 时，以样品本身为光源；测量吸收或反射光谱时，用卤钨灯、能斯脱灯、硅碳棒、高压汞灯 （用于远红外区）为光源。所用探测器主要有热探测器和光电探测器，

前者有高莱池、热电

偶、硫酸二甘肽、氘化硫酸二甘肽等；后者有碲镉汞、硫化铅、锑化铟等。常用的窗片材料 有氯化钠、溴化钾、氟化钡、氟化锂、氟化钙，它们适用于近、中红外区。在远红外区可用 聚乙烯片或聚酯薄膜。此外，还常用金属镀膜反射镜代替透镜。

1.7应用和功能 1.7.1定性分析 1.7.2定量分析 1.7.3

谱图检索

辅助解析• 专家系统

I模式识别

2、

色质联用

色谱的优势在于分离，为混合物的分离提供了最有效的选择，但其难以得到物质的结构 信息，主要依靠与标准物对比来判断未知物，

进行分析。质谱能够提供物质的结构信息， 具有一定的纯度之后才可以直接进行分析。 补这两种仪器各自的缺点。

对无紫外吸收化合物的检测还要通过其它途径 用样量也非常少，但其分析的样品需要进行纯化， 因此，人们期望将色谱与质谱联接起来使用以弥

HLPC-MS （高效液相色谱-质谱法）除了可以分析气相色谱-质谱（GC-MS ）所不能分析的强 极性、难挥

发、热不稳定性的化合物之外，还具有以下几个方面的优点：

① 分析范围广，MS几乎可以检测所有的化合物，比较容易地解决了分析热不稳定化合物的 难题； ② 分离能力强，即使被分析混合物在色谱上没有完全分离开， 谱图也能分别给出它们各自的色谱图来进行定性定量；

③ 定性分析结果可靠，可以同时给出每一个组分的分子量和丰富的结构信息；

④ 检测限低，MS具备高灵敏度，通过选择离子检测（ SIM ）方式，其检测能力还可以提高 一个数量级以上；

⑤ 分析时间快，HPLC-MS使用的液相色谱柱为窄径柱，缩短了分析时间，提高了分离效果;

但通过MS的特征离子质量色

⑥自动化程度高，HPLC-MS具有高度的自动化。

3、能谱 3.1简介

能谱仪(EDS ,Energy Dispersive Spectrometer) 分析，配合扫描电子显微镜与透射电子显微镜的使用。

是用来对材料微区成分兀素种类与含量

3.2原理

各种元素具有自己的 X射线特征波长，特征波长的大小则取决于能级跃迁过程中释放

出的特征能量△ E，能谱仪就是利用不同元素 X射线光子特征能量不同这一特点来进行成分 分析的。

3.3性能指标

探头：一般为Si(Li)锂硅半导体探头 探测面积：几平方毫米 分辨率(MnKa ):〜133eV 探测元素范围：Be4〜U92

3.4测器原理

当光子进入检测器后，在

穴对的最低平均能量

Si ( Li)晶体内激发出一定数目的电子空穴对。产生一个空

3.8ev )，因此由一个 X射线光子造成的

N就越大。利用加在晶体两端的偏

N的大小。

&是一定的(在低温下平均为

空穴对的数目N= △ E/ £o入射X射线光子的能量越高，

压收集电子空穴对，经过前置放大器转换成电流脉冲，电流脉冲的高度取决于 电流脉冲经过主放大器转换成电压脉冲进入多道脉冲高度分析器， 脉冲分类进行计数，这样就可以描出一张

脉冲高度分析器按高度把

X射线按能量大小分布的图谱。

3.5使用范围

1、 高分子、陶瓷、混凝土、生物、矿物、纤维等无机或有机固体材料分析； 2、 金属材料的相分析、成分分析和夹杂物形态成分的鉴定；

3、 可对固体材料的表面涂层、镀层进行分析，如：金属化膜表面镀层的检测； 4、 金银饰品、宝石首饰的鉴别，考古和文物鉴定，以及刑侦鉴定等领域；

5、 进行材料表面微区成分的定性和定量分析，在材料表面做元素的面、线、点分布分 析。