PIIID复合强化处理轴承钢表面TiN膜层的XPS表征

用等离子体浸没离子注入与沉积(PIIID)复合强化新技术在AISI52100轴承钢基体表面成功合成了硬而耐磨的氮化钛薄膜。膜层表面的化学组成和相结构分别用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征;膜层表面的原子力显微镜(AFM)形貌显示出TiN膜结晶完整,结构致密均匀。XRD测试结果表明,TiN在(200)晶面衍射峰最强,具有择优取向。Ti(2p)的XPS谱峰泰勒拟合分析揭示出,Ti(2p_1/2)峰和Ti_2p3/2峰均有双峰出现,表明氮化物中的Ti至少存在不同的化学状态;N(1s)的XPS谱峰在396.51, 397.22和399.01 eV附近出现了三个分峰,分别对应于TiNO_y,TiN和N—N键中的氮原子。结合O(1s)的XPS结果,证实膜层中除生成有稳定的TiN相外,还有少量钛的氧化物和未参与反应的单质氮。整个膜层是由TiN,TiO₂,Ti—O—N化合物和少量单质氮组成的复合体系。     

光谱分析法鉴别丙烯酸丁酯废水中的阴离子交换膜污染物

以回收实际丙烯酸丁酯废水有机酸的双极膜电渗析膜堆中的阴离子交换膜为研究对象,对膜使用前后的性能进行了表征,并综合通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、扫描电镜-能谱(SEM-EDS)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对膜表面组分变化进行了表征。膜性能分析结果表明,使用后的阴离子交换膜受到污染,膜电阻增大,迁移数减小。能谱分析结果表明, 使用后阴离子交换膜表面污染物C和O元素含量(以原子百分比计)显著升高,分别从78.10%,8.34%升高到81.76%,12.05%, 表明膜污染物为含碳含氧物质。XPS谱图C1s峰的分析表明,-COO-Na+化学态的百分含量从污染前的8.5%升高到污染后的13.7%,表明膜污染物中含有-COO-Na+。ATR-FTIR分析结果表明,阴离子交换膜使用后,在1 561 cm-1处的吸收增强,而此波长正是-COO-M+(M为金属)的反对称伸缩振动峰,进一步验证了XPS分析结果。由于丙烯酸丁酯废水中含有聚丙烯酸钠,因此采用聚丙烯酸钠溶液污染阴离子交换膜,并对污染后离子交换膜进行膜性能、XPS和ATR-FTIR的分析。结果表明,聚丙烯酸钠导致阴离子交换膜膜电阻增大,迁移数减小,XPS谱图-COO-Na+化学态的百分含量增加,ATR-FTIR谱图1 561 cm-1处吸收增强。综合上述结果,聚丙烯酸钠是废水中造成阴离子交换膜污染的重要物质。光谱分析方法是离子交换膜污染层表征和污染物鉴别的有效手段。     

紫外辐照高温硫化硅橡胶的红外光谱分析和老化机理

高温硫化(HTV)硅橡胶复合绝缘子广泛应用于特高压输电线路,其抗紫外老化性能越来越受到人们的关注。采用自行设计的可调式紫外老化试验箱对两个厂家的高温硫化硅橡胶样品进行了紫外辐照(0,500和1 000 h)加速老化实验,辐照光波长范围为320～750 nm。对辐照前后试样进行傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)测试,分析谱峰的变化与试样(表面)官能团的关系,辅以扫描电子显微镜(SEM)和憎水性、体积电阻率的测试来研究HTV硅橡胶的老化机理。结果表明:高温硫化硅橡胶FTIR全谱图中1 260 cm~(-1)处Si—CH_3反射峰和800 cm~(-1)附近Si—(CH_3)_2反射峰强度随辐照时间的增加而逐渐减弱, 1 000～1 100 cm~(-1)处的Si—O—Si反射峰强度随辐照时间的增加先减弱后增强;扫描电镜观察到辐照后的样品表面出现大颗粒和坑洞、粗糙度变大,其主要元素O, Si和Al重量百分比略增加;喷水分级法在表面形成的水珠随着样品辐照时间的延长由均匀分布变得不均匀且出现合并,憎水性有明确下降;体积电阻率略微降低。分析认为:辐照后紫外线切断了HTV硅橡胶部分Si—C, C—C和C—H键,对称排列的非极性甲基基团—CH_3从硅氧主链上脱落,减弱了对主链强极性的屏蔽作用,使Si—O—Si峰强度减弱,且少量侧链被氧化,形成C—O和—OH(COOH);而主链之间因裸露出来的自由基—Si·发生进一步的交联反应,使得Si—O键相对含量增加,使Si—O—Si峰强度再增强。二方面结果均导致高温硫化硅橡胶表面极性增强,憎水性下降。水本身具有微弱的电离,憎水性下降的高温硫化硅橡胶易吸收空气中的水使其表面载流子浓度增加体积电阻率略有下降。通过红外光谱分析,紫外线是通过切断高温硫化硅橡胶表面的部分Si—C, C—C, C—H键,使其生成新的自由基并发生交联和氧化而使其老化的。红外光谱的应用对于高温硫化硅橡胶复合绝缘子老化研究及其在特高压输电线路上的挂网应用均具有重要意义。     

非晶SiO_xN_y薄膜的红外吸收光谱研究

通过改变O和N含量研究了SiOxNy 薄膜中从 6 0 0到 16 0 0cm- 1 范围内的红外吸收谱特征。结果表明 ,起源于单一Si—O、Si—N键的吸收峰在 110 5和 86 5cm- 1 处 ;而随着薄膜中O或N含量的升高 ,位于单一键吸收峰的两侧出现因O—Si—O、N—Si—N的对称和反对称键吸收的左右肩 ;对O—Si—N ,其特征吸收峰位于 10 36和 85 6cm- 1 处。     

莫桑比克摩根石的谱学特征研究

近几年摩根石凭借它独特的色彩悄然兴起。采用常规仪器测试、激光剥蚀等离子质谱(LA-ICP-MS)、紫外-可见吸收光谱(UV)、红外光谱(IR)和拉曼光谱(Raman),对产自莫桑比克的摩根石基本性质、化学成分特征、谱学性质进行了较为详细的分析。紫外-可见光谱获得样品主波长、饱和度、明度等相关颜色参数;成分测试显示样品摩根石中Li,Rb,Cs,Mn等含量较高,计算所得到的晶体化学式为Be_3.2090Al_2.0757Li_0.425Si_5.664O₁₈(Na_0.1420Cs_0.1316);红外光谱显示,摩根石的结构振动区主要在指纹区400～1 200 cm-1,其中900～1 200 cm-1为Si—O—Si环的振动区,550～900 cm-1为Be—O振动区,而450~530 cm-1为Al—O振动区。由于摩根石中的Cs元素的含量较高,而Cs为原子序数较高的元素,其存在可能令Si—O—Si环振动谱峰向低频位移。拉曼光谱显示1 065 cm-1为Si—O非桥氧伸缩面内振动,1 000 cm-1左右为Be—O的非桥氧伸缩面外振动,685 cm-1为Si—O—Si的变形面内振动,400 cm-1为O—Be—O的面外弯曲振动,在390 cm-1处为Al—O的面外变形振动,在320 cm-1处为Al—O的面外弯曲振动。     

宝石级钠沸石的振动光谱表征

国际珠宝交易市场上最近出现了一批价值不菲的无色透明的宝石级钠沸石刻面成品,为提供快速区分其与仿制品材料的依据,文章通过红外光谱和拉曼光谱对三颗钠沸石样品的振动光谱进行了研究。结果表明, 其红外光谱主要表现为：4 000～1 200 cm-1的吸收峰是结构中水导致的吸收;1 200～600 cm-1 的强吸收与TO₄四面体的内部T—O(T为Si或Al)的反对称和对称伸缩振动有关。拉曼光谱散射峰主要分布在300～600和700～1 200 cm-1两个区间。300～360 cm-1处较弱强度的拉曼散射峰是由于结构中水分子所导致。482 cm-1处中等强度的峰归属于硅氧四面体内部由于变形导致的拉曼位移。726 cm-1处的拉曼散射峰归属于Al—O的伸缩振动;974,1 038,1 084 cm-1的三处拉曼散射峰都是Si—O的伸缩振动导致的拉曼位移。     

鱼翅干制品品质的ATR-FTIR鉴别研究

采用衰减全反射-傅里叶变换红外光谱法(ATR-FTIR)对64份鱼翅干制品(包括真鱼翅、仿鱼翅和素鱼翅)及明胶增重真鱼翅干制品进行快速无损检测鉴别。实验比较了上述四种样品的特征红外光谱图,结果显示,同一种样品的红外光谱具有较好的稳定性;四种鱼翅干制品的红外光谱图存在明显的差异,主要表现在蛋白质酰胺Ⅰ和Ⅱ峰(1 650, 1 544 cm-1)和多糖骨架(1 050 cm-1)等营养成分吸收峰的差异。真鱼翅样品由于蛋白质含量高、多糖组分含量较低,故其红外光谱图主要呈现强度较高的蛋白质特征吸收酰胺Ⅰ和 Ⅱ峰(1 650, 1 544 cm-1)与较弱的多糖骨架C—O—C伸缩振动峰(1 050 cm-1),前者峰面积和(A_pro)与后者峰面积和(A_pol)的比值(A_pro/A_pol)范围为5.58～25.38。仿鱼翅样品是由鲨鱼的边脚料、胶体及其他一些物质混合、压模而成的,其他添加物质导致减弱了蛋白质特征吸收酰胺Ⅰ和Ⅱ峰的强度,也使酰胺Ⅰ峰发生了约30 cm-1的蓝移,A_pro/A_pol范围为2.63～2.86。素鱼翅样品主要是由海藻酸钠等多糖类物质合成的,其红外光谱图上几乎不显示蛋白质的特征峰,而多糖的特征峰(～1 047 cm-1)表现明显,高于真鱼翅相应吸收峰的强度,A_pro/A_pol范围为0.60～0.72。真鱼翅样品涂覆明胶增重后,样品表面的红外光谱图显示蛋白质和多糖的特征峰均有所减弱,A_pro/A_pol值为1.16,而样品剖面的红外光谱图则与真鱼翅的谱图基本一致。可见,采用ATR-FTIR,利用样品间特征红外光谱图和A_pro/A_pol值的差异,可简便、快速、直观地实现鱼翅干制品品质的无损快速鉴别。     

鼻咽癌患者指甲的红外光谱研究

利用傅里叶红外光谱研究了20例正常人和3例鼻咽癌患者手指甲的红外光谱,结果表明：癌指甲样品与正常指甲样品的红外光谱在峰形、峰强度、峰频率等方面均存在明显差异;它们的最大区别是：酰氨Ⅱ带峰形的变化,δ_s(CH₃)峰的消失,以及874.0 cm-1附近有无吸收峰。还着重研究了磷酸二酯基团的对称和反对称伸缩振动;以及C—O基团伸缩振动峰的变化。并从蛋白质、核酸氢键的角度以及膜脂碳氢链排列及构像变化角度等方面分析了发生变化的原因。磷酸二酯基团的对称伸缩振动峰呈现有规律的变化, 即癌样品由1 080.0位移到1 077.6 cm-1, 反对称伸缩振动由1 239.4位移到1 238.4 cm-1, 表明指甲核酸分子内磷酸二酯键骨架的结构发生了改变。另外, 膜脂分子中的CH₂弯曲振动 δ(CH₂)的波数也有些改变, 即癌样品由1 453.1位移到1 453.7 cm-1。而且,峰的强度也有所增强, 说明癌患者指甲的膜脂中亚甲基链的无序状态较正常人的大。     

胺基化合物修饰戊二醛交联壳聚糖树脂的合成及其红外光谱研究

研究了以三聚氯氰为活化剂,正丁胺、二甲胺、三甲胺、三乙胺、苯甲胺、对甲基苯胺、对氨基苯磺酸修饰戊二醛交联壳聚糖的制备及其红外光谱。壳聚糖1 155 cm-1的糖苷键ν_(C—O—C)吸收峰、899 cm-1的环振动吸收峰和1 030 cm-1的伯羟基ν_(C—OH)吸收峰基本不变。在3 430～3 440 cm-1的ν_(O—H)和ν_(N—H)吸收峰稍有变化,1 400～1 384 cm-1的δ_(C—H)吸收峰变化较明显。氨基化修饰交联壳聚糖仲羟基的ν_(C—OH)吸收峰由1 095 cm-1移至1 060～1 070 cm-1。三聚氯氰活化交联壳聚糖在803～812 cm-1和1 584～1 590 cm-1出现均三嗪环骨架振动吸收峰。随取代度和脱乙酰度不同,壳聚糖的酰胺Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ峰强度变化明显。伯仲胺修饰交联壳聚糖在1 517～1 530 cm-1出现质子化氨基δ_(N—H)吸收峰,三甲胺、三乙胺修饰交联壳聚糖此峰消失或减弱,但在1 400～1 500 cm-1出现一组ν_(C—N)吸收峰。     

彝药大红袍、鸡根红外光谱的快速、无损分析

采用傅里叶变换衰减反射红外光谱法(ATR-FTIR)对2种彝药药材进行了快速无损的红外光谱测定。鸡根的主要特征峰是1 726,1 641 cm-1(宽峰), 1505 cm-1(小峰),1 379 cm-1附近为四指小峰,1 244 cm-1(小尖峰),在920～1 200 cm-1有1个阶梯峰C(最强峰);大红袍的特征峰是1 605 cm-1(次强, 单峰), 1 512 cm-1(小峰),1 438 cm-1(小尖峰),1 044 cm-1(最强,单峰)。实验发现2类块根类药材光谱有一共同点,即由C—O—C振动在1 034 cm-1处产生的吸收峰最强,说明彝药块根的红外吸收光谱图主要由碳水化合物木质素、纤维等吸收峰组成。     

水性涂料施工过程中微观结构的FTIR研究

以市售立邦水性涂料作为研究对象,溶剂水作为变量因子。配制不同水料比的涂料系列样品,分别用FTIR/ATR、FTIR/漫反射光谱表征湿料、涂膜的微观结构特征,湿料抽滤得到的固型物用FTIR/漫反射光谱表征。分析其官能团变化情况,研究施工过程,溶剂对涂膜的影响。结果显示：随着加水量的增加,湿料的FTIR/ATR光谱中,1 727 cm-1对应的羰基吸收峰,逐渐转为肩峰,871 cm-1吸收峰发生蓝移,峰强度逐渐减弱;涂膜的漫反射红外图谱,3 400 cm-1的—OH吸收峰、3 030 cm-1不饱和—CH吸收峰强度逐渐变弱,2 962和2871 cm-1的甲基和亚甲基的吸收峰强度逐渐增强,2 516 cm-1吸收峰位移至2 603 cm-1形成肩峰,1 647 cm-1吸收峰逐渐位移至1 455 cm-1,1 107 cm-1对应的C—O伸缩振动吸收峰发生红移。在水性涂料施工过程中,溶剂水与涂料分子间存在相互作用,对涂层分子中电子云的密度分布有显著的影响,此结果对涂料的生产及施工有参考意义。     

单晶硅表面有机硅烷/Ag2O纳米微粒复合自组装膜的制备和表征

利用分子自组装成膜技术 ,在单晶硅表面制备了有机硅烷 /Ag2 O纳米微粒复合膜 .应用接触角测定仪、原子力显微镜和X射线光电子能谱仪分析表征了薄膜的组成和结构 .结果表明 ,通过硅烷偶联剂 3 氨丙基 三乙氧基硅烷在单晶硅基底表面的成功组装 ,获得了较为均匀的硅烷化表面 ,而Ag2 O纳米微粒可在硅烷化表面成功地进行组装 ,并呈亚单层排布     

低成本吸附剂稻壳灰对Cr(Ⅵ)去除机制的谱学表征

以低成本稻壳灰作为吸附剂,使用FTIR,SEM,XPS,XRD,XRF等分析手段,研究稻壳灰对Cr(Ⅵ)的去除机制。FTIR研究表明酰胺Ⅱ带,Si—O—Si,O—Si—O等在Cr(Ⅵ)去除过程中有一定贡献。由SEM图片清晰可见：吸附Cr(Ⅵ)后,稻壳灰表面分布有众多的光亮沉积物。XPS图谱证明：稻壳灰的主要组成元素为C,N,O,P和Si;C元素的存在状态以醛酮类为主,含C官能团与Cr(Ⅵ)发生了配位反应;N元素以—NH₂形态为主,Cr(Ⅵ)可能以静电作用与含N基团结合,并以物理吸附为主;Si的存在以Si—O为主,含Si官能团可能与Cr(Ⅵ)发生了配位反应。XRD分析结果表明：谱图中出现的峰是典型的SiO2特征峰;稻壳灰的结晶度增加,表明稻壳灰与Cr(Ⅵ)形成了具有晶体结构的金属化合物。XRF研究发现,K,Na,Mg和Ca的元素含量在吸附前后有所变化,另有两种新元素出现,这说明吸附过程存在离子交换机制。所有这些皆表明：各种官能团在Cr(Ⅵ)去除过程中的角色各不相同,无机微沉淀机制、氧化还原机制、表面络合机制、离子交换机制等是稻壳灰去除Cr(Ⅵ)的主要途径。这可以为吸附技术的实际应用提供理论支持。     

银/二氧化硅薄膜对硝酸钠红外吸收特性的影响

采用银氨溶液与二氧化硅溶液混合的方法制备银/二氧化硅(Ag/SiO₂)薄膜材料,并利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及紫外—可见吸收光谱进行了表征。研究了Ag/SiO₂薄膜对硝酸钠水溶液的红外吸收光谱特性的影响。结果表明硝酸根的反对称振动吸收峰随着硝酸钠的浓度提高而变化,这可能与Ag/SiO₂薄膜材料的表面等离子体增强效应和有效表面积增大效应有关。     

新疆于田和田玉的谱学特征及产地特征研究

新疆是世界重要和田玉产地之一,其中于田产和田玉又为优质山料的代表。研究对来自新疆于田县哈尼拉克、阿拉玛斯、赛迪库拉木、齐哈库勒四个矿点的48块和田玉样品进行谱学特征及化学成分分析,采用常规宝石学测试、傅里叶红外光谱、激光拉曼光谱以及激光剥蚀电感耦合等离子体质谱等现代谱学仪器测试。结果表明,新疆于田和田玉样品颜色呈青色、青白色、青黄色、黄白色、灰白色特征,样品呈典型油脂—玻璃光泽,不透明—半透明,为多晶质集合体,折射率在1.61～1.62范围,相对密度范围为2.95～2.99。新疆于田和田玉样品的红外光谱显示了900～1 200和400～760 cm-1范围内透闪石的特征吸收谱带。O—Si—O反伸缩振动、对称伸缩振动显示为位于1 143,1 096,1 040,995和925 cm-1处的峰,Si—O—Si对称伸缩振动显示为位于763和689 cm-1处的峰,而538,512,465和420 cm-1处的峰与Si—O弯曲振动、M—O的晶格振动及OH平动有关。新疆于田和田玉的拉曼光谱符合透闪石谱学特征,其中120,175,220,365和389 cm-1处是晶格振动峰值,670 cm-1峰值代表了闪石类矿物的Si—O—Si伸缩振动,931,1 029和1 060 cm-1是由于Si—O伸缩振动,3 672和3 680 cm-1属于M—OH伸缩振动。新疆于田和田玉的主要成分为MgO,CaO和SiO₂,稀土元素特征显示为δCe值为0.068～3.902,平均值1.064;δEu值为0～8.832,平均值0.343,具有负Eu异常;LREE/HREE为0.010～3.369,平均值0.682。ΣREE值为0.407～18.768,平均值3.138。利用微量元素特征和稀土元素特征可从化学成分方面将新疆于田和田玉与韩国春川、新疆且末、青海三岔河等其他代表性产地的和田玉进行区分。新疆于田和田玉的谱学特征及成分信息丰富了和田玉产地信息数据,为进一步研究提供参考,未来可以根据宝石学特征、谱学特征和稀土元素、微量元素特征提取各产地和田玉的产地信息,结合和田玉成矿地质条件背景,使和田玉产地精细溯源至每个矿点矿脉成为可能。     

马达加斯加黄色方柱石的谱学特征研究

利用常规宝石学仪器、电子探针、傅里叶变换红外光谱仪、激光拉曼光谱仪、紫外-可见分光光度计和三维荧光光谱仪等,对马达加斯加黄色方柱石的宝石学性质及谱学特征进行了研究分析。马达加斯加方柱石的宝石学特征与方柱石理论值基本一致;方柱石样品颜色均匀,具有玻璃光泽,原石晶型较为完好且表面普遍可见纵纹及褐红色杂质,部分样品表面可见晕彩效应,样品内部可见多种包裹体,如黑云母、无色晶体包裹体等。红外光谱分析结果表明,样品在指纹区均显示1 039,1 105和1 196 cm-1处 Si（Al）—O伸缩振动吸收峰;752 cm-1处Si—Si（Al）伸缩振动吸收峰;551,687和624 cm-1处O—Si (Al)—O 弯曲振动吸收峰;459 cm-1处Si—O—Si的弯曲振动与Na（Ca）—O伸缩振动的耦合吸收峰;416 cm-1处Si—O—Si弯曲振动吸收峰。红外光谱官能团区的诊断性鉴定依据为：3 530和3 592 cm-1处O—H振动引起的吸收峰;2 499,2 629和2 964 cm-1处CO2-₃振动产生的吸收峰。拉曼光谱分析结果表明,桥氧弯曲振动产生459和538 cm-1两处吸收峰;Al—O振动导致775 cm-1吸收峰;硅氧四面体Q₄结构单元振动产生1 114 cm-1吸收峰。紫外-可见光吸收光谱可知,马达加斯加方柱石为过渡金属元素致色,铁离子的存在导致了379和420 nm两处吸收峰,且420 nm吸收峰的强弱影响着方柱石的颜色深浅。致色原因为占据了晶体结构中四面体位置的Fe2+与Fe3+之间电荷转移,从而产生黄色。三维荧光光谱分析显示,方柱石具有较为一致的发光行为,均可见一强一弱两个荧光峰,多集中在302 nm(λ_ex)/343 nm(λ_em)附近。电子探针成分分析结果表明样品属于方柱石族系列中的针柱石,Ma值范围为66%～69%, 平均Ma值为68.1%,且随着Ma值的增高,双折射率随着变小。谱学测试作为无损测试技术,适用于鉴定宝石品种。对鉴定马达加斯加方柱石具有重要的意义,同时为产地溯源、区分优化处理品种提供数据支持。