不同变质程度煤燃烧反应性及FTIR分析其热解过程结构变化

利用TG/DTA 6300的热重分析仪对胜利褐煤(SL)、神华烟煤(SH)与塔旺陶勒盖无烟煤(TT)三种不同变质程度的原煤进行空气气氛下燃烧反应;通过FTIR(傅里叶变换红外光谱)分析了三种煤样及不同终温下固定床热解半焦的官能团组成;运用数学高斯函数对FTIR曲线重叠吸收峰进行分峰拟合,利用拟合峰面积计算FTIR的芳香度指数(R)、芳香结构稠合指数(D)及有机成熟度指数(C)结构参数。结果表明： SL,SH与TT煤着火温度分别为299.3,408.2及441.0℃;最大失重速率峰温度分别为348.6,480.5及507.0 ℃,即随煤样变质程度的不同,着火点和最大失重速率温度都不同程度提高。煤中官能团结构较复杂,不同变质程度的煤样的红外光谱曲线中均可以观察到羟基(—OH);脂肪烃(—CH₂,—CH₃);芳环(CC); 含氧官能团(CO, C—O)等主要官能团的振动吸收峰。随着热解炼焦温度的升高,三种煤样中脂肪烃类(—CH₂—,—CH₃)红外振动吸收峰均逐渐减小;炼焦后CO在1 700 cm-1伸缩振动峰在炼焦温度到达550 ℃时基本消失;SL原煤样在1 000～1 800 cm-1 含氧官能团吸收峰区域红外曲线更为复杂,随炼焦温度升高较之其他煤样变化最为显著;而SH及TT煤芳环CC吸收峰在温变过程中峰位及峰强度均无显著变化。通过R,D及C值随热解终温的变化曲线,三种变质程度煤在热解反应过程中主体官能团变化趋势存在差异。     

TCNQ脂类衍生物及其铜复合物的合成与红外光谱研究

首次合成了7,7,8,8-四氰基对苯醌二甲烷的脂类衍生物: TCNQ(C₂H₄COOR)₂(R=CH₃, C₂H₅, C₃H₇)及其铜电子转移复合物。通过元素分析确定这些化合物的组成, 对这些化合成物在4 000～400 cm-1范围内的主要红外光谱吸收峰进行了归属,并讨论了取代基对TCNQ类衍生物红外光谱的影响及其规律。     

不同物料和炭化方式制备生物炭结构性质的FTIR研究

红外光谱是了解生物炭结构性质特征的重要手段。通过采用傅里叶红外光谱技术(FTIR)对不同物料和制备方式的生物炭结构性质特征进行表征。结果表明：不同的物料制备的生物炭均具有羟基、芳香基及一些含氧基团的吸收峰,与活性碳有共同特征;但其他吸收峰,有着显著差异。高温炭化可以使玉米秸秆中—OH,—CH₃,—CH₂—,CO间发生缔合或消除,促进了芳香基团的形成。在不同炭化方式下,加热和微波炭化,对生物炭形成有着机理上差别,加热炭化可致使醇、酚中的—OH彼此结合或者消除,形成苯环类基团,而微波法能使得芳香基团钝化阻止其参与反应,使得苯环类物质得以更多形成。综上表明,红外光谱可较好反映生物炭的结构特征,揭示了生物炭主要含有—OH、芳香基团等活性基团。     

丙烯腈单体自由基反应及光谱分析的研究

采用密度泛函理论对以偶氮二异丁腈为引发剂形成的丙烯腈单体自由基(CH₃)₂(CN)C—CH₂—(CN)CH的终止方式反应机理进行研究。先用B3LYP/6-31G(d)基组对反应物、偶合中间体、过渡态、歧化产物的几何构型进行优化,并计算了各物种经过零点能校正后的总能量,红外频率和电子结构,同时对过渡态结构进行了验证。研究结果表明,反应物先通过自由基的偶合终止方式形成偶合中间体a,再由此经过氢迁移、裂解等机理得到歧化终止产物P[p₁(CH₃)₂(CN)CCHCHCN+p₂(CH₃)₂(CN)C—CH₂—CH₂CN]。双自由基发生偶合和歧化终止反应分别形成偶合中间体a和歧化终止产物P均为放热反应,且偶合产物有着更低的能量。反应过程的速控步骤a→TS→P在常温下的速率常数表示为k(298.15 K)=2.71×10-59。歧化终止反应随着反应温度的升高易于进行,歧化产物所占的比例也增加。通过对反应过程各物种红外谱图的分析,说明自由基在整个终止反应的化学变化,同时分析了HOMO-LUMO电子密度分布的信息,验证丙烯腈双自由基偶合终止方式和各物种结构的准确性。     

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。     

非理想化学计量比氧化铀的拉曼和红外光谱

测量了七种非理想化学计量比的UO₂+x(0＜x＜0.66)及UO₂和U₃O₇等理想化学计量比氧化铀的拉曼和红外光谱,并进行了对比分析,其中U₃O₇和U₃O₈之间UO₂+x的分子振动光谱为首次报道。拉曼光谱结果显示,随着UO₂+x中x值的增加,UO₂特征峰中的578和1 150 cm-1峰强度快速减弱,当x=0.19时,这两峰基本消失,可视为准完美萤石晶体结构UO₂的标志。445 cm-1峰强度在减弱的同时变宽并偏移,当x=0.32时,该峰已偏移至459 cm-1处,同时在～630 cm-1出现一弱肩峰,这与四方相U₃O₇的特征峰一致。当x≥0.39时,459 cm-1峰发生分裂,在235和754 cm-1处出现新峰并增强,其特征逐渐与正交相的α-U₃O₈接近。但直至x=0.60时,与α-U₃O₈相比其333,397,483和805 cm-1峰仍不突出。红外光谱结果显示,随着UO₂+x中x值的增加,UO₂位于400～570 cm-1区间的强吸收特征谱带逐渐分裂为～421和～515 cm-1两峰并增强,同时UO₂在～700 cm-1的弱吸收峰逐渐消失,～645 cm-1处的肩峰逐渐显现,出现的这三个峰正是U₃O₇的特征红外吸收峰。当x≥0.39时,在744 cm-1出现一强吸收峰并增强,该峰是α-U₃O₈的最强特征峰。但即使x=0.60时,～645 cm-1峰仍然存在,同时～515 cm-1峰也未明显分裂成485和535 cm-1峰,这表明UO_2.60仍处于四方相和正交相的过渡阶段。上述结果表明,随着x值的增加,UO₂+x的晶体结构发生变化,每次变化均在拉曼和红外光谱中得到体现。通过对比各特征峰相对强度和位置的变化情况,可很好区分和表征不同的氧化铀。     

26 ℃和常压至1.5 GPa压力下2-甲基戊烷拉曼光谱研究

利用碳化硅压腔在常压至1.5 GPa和26 ℃条件下对液态2-甲基戊烷进行了拉曼光谱测量,讨论了C—H拉曼峰频率、强度、面积、以及谱峰宽度随压力升高的变化规律。实验结果表明,2-甲基戊烷的拉曼位移在2 800～30 00 cm-1范围内的CH₃和CH₂的伸缩振动谱峰随着压力的增大均连续向高波数位移,其拉曼位移与压力的关系可以表示为ν_as(CH₃)=0.013 1p+2 960.1,ν_s(CH₃)=0.008 8p+2 871.0,ν_as(CH₂)=0.008 9p+2 930.2,ν_as(CH₂)’=0.007 0p+2 903.1和ν_s(CH₂)=0.007 9p+2 844.7。另外处理实验结果时发现,在0～1.5 GPa条件下,2-甲基戊烷的ν_as(CH₃)拉曼位移可以进行压力标定,其方程为：P(MPa)=76.2(Δν_p)_{2 960}+21.65(r2=0.995 8)。该压力体标定剂,适合于不希望有Si和Al等元素出现的体系。     

酯化前后酵母菌的红外光谱比较

对啤酒酵母酯化前后的红外光谱进行了分析。啤酒酵母的红外光谱图主要由蛋白质的吸收带、碳水化合物的吸收带组成。1 652 cm-1处的吸收峰为酰胺Ⅰ带,是CO的伸缩振动,1 542 cm-1的吸收峰是酰胺Ⅱ带,振sup>振动和N—H的弯曲振动引起的。1 454 cm-1处的吸收峰为CH₃和CH₂的弯曲振动峰;1 160 cm-1处出现的峰可能为细胞壁的主要成分——碳水化合物中C—O的伸缩振动峰;1 080 cm-1处的吸收峰是由啤酒酵母中的RNA,DNA或细胞壁中存在的碳水化合物或醇中的C—O伸缩振动引起的。用甲醇酯化后在1 744和1 454 cm-1处的吸收峰强度增加,说明酵母菌细胞表面的羧基发生了酯化反应。酯化后细胞的主要成分和结构保持完整。     

光谱技术与反刍动物甲烷排放的精确监测

目前所公布的反刍动物CH₄排放量仅是一个估计值,因为影响反刍动物CH₄排放的因素较多,使目前所应用的动物CH₄排放监测技术都存在较大的不确定性。被发展起来的监测CH₄排放的方法都不能准确的监测反刍动物CH₄的排放量和动态,不同的测定方法所得结果差异较大,反刍动物CH₄排放的精确监测是一个较难的技术问题。相比而言,光谱技术监测反刍动物CH₄排放是近年来发展较快、测试结果准确的技术手段。采用改进的红外光谱CH₄测量系统,激光技术和近红外光谱传感系统可以实现反刍动物在舍饲条件下及自然放牧状态下CH₄排放动态、排放量的精确监测。因此光谱技术是反刍动物CH₄监测前沿技术,对精确预测动物CH₄排放,提出减排方案具有重要作用。     

航天诱变育种甜椒品系的红外光谱分析

首次采用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)对航天诱变育种甜椒品系种子和一般大田生产的甜椒品种种子进行了对比研究,比较了它们红外光谱的异同。甜椒种子的红外光谱主要由蛋白质的吸收带和碳水化合物的吸收带组成。航天育种的两个甜椒品系种子(SP11和SP18)红外光谱的主要吸收峰的峰位、峰形与普通甜椒品系种子相同,表明经航天诱变的甜椒其主要化学成分和基本结构并未发生变化。太空甜椒种子,在2 854,1 652, 1 542以及1 160～1 062 cm-1范围内的吸收都较普通甜椒种子增加。2 855 cm-1峰是CH₂—伸缩振动,1 652 cm-1处的吸收峰为酰胺Ⅰ带,是CO的伸缩振动峰,1 542 cm-1的吸收峰是酰胺Ⅱ带,是N—H的弯曲振动和C—N的伸缩振动,1 160 cm-1处的峰可能为碳水化合物的C—O的伸缩振动引起。表明航天诱变使甜椒种子的蛋白质和碳水化合物含量增加。     

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。     

高压对β-胡萝卜素分子结构及π-电子离域影响的拉曼光谱研究

利用金刚石对顶砧在常压至12.85 GPa条件下对β-胡萝卜素进行了原位高压拉曼光谱测量,讨论了β-胡萝卜素分子特征峰频率随压力的变化规律及其π-电子离域受压力的影响。实验结果表明,β-胡萝卜素的各特征峰均向高波数移动,其主要的三个特征峰的拉曼频率与压力的关系为：ν₁(CC)=4.74P+1 511.4, ν₂(C—C)=2.55P+1 157.6和ν₃(CH₃)=2.25P+1 011.3,β-胡萝卜素的ν₁+ν₂和频峰在5.38 GPa的压力条件下发生劈裂。对实验结果进一步分析发现随压力增大β-胡萝卜素分子的β环扭转变化使其π-电子离域程度变弱, 导致β-胡萝卜素分子主链上的碳碳双键比碳碳单键更容易压缩。     

非分光红外(NDIR)技术测定反刍动物甲烷和二氧化碳研究

反刍动物体内甲烷通过嗳气排入大气,它的产生损失6%～15%的饲料能量。应用非分光红外(NDIR)探测技术,采用电调制红外光源探测器及单光束双波长技术,实现了对反刍动物CH₄和CO₂痕量气体排放的实时长期自动超灵敏的监测。10只体况良好,体重相近(25±5)kg的成年羯羊作为供试动物,在隧道体系中进行连续80天的监测。结果表明,甲烷和二氧化碳气体的平均回收率分别为(96.7±6.6)%和(96.2±9.9)%,每只绵羊24 h, CH₄和CO₂的平均排放量分别为15.6和184.7 g·d-1,其年排放总量约为6.8和71.1 kg,且测量的不确定性低于1%。因此该文用于反刍动物CH₄和CO₂排放的监测,实用可行、简单有效。     

新雪的热红外偏振特性研究

积雪直接影响地表能量平衡和气候变化,与人类生产、生活息息相关,运用热红外偏振技术对新雪的发射光谱特性进行研究,可为热红外遥感监测雪的热辐射偏振特性定量研究提供基础,对加深对全球变暖理解及制定相应对策等具有重要意义。研究结果表明：波段对新雪热红外偏振特性影响很大,其偏振辐亮度(L)表现为：L_CH1>L_CH3>L_CH4>L_CH2,偏振亮温(T)表现为：T_CH4>T_CH1>T_CH2>T_CH3,在探测角50°偏振角90°处出现最大值而在探测角30°偏振角75°处存在最小值,利用CH₃偏振亮温数据分析新雪热辐射偏振特性效果更优。探测角对新雪的偏振亮温影响极其显著,表现为：T₁₀203005040,偏振度(P)表现为：P₀>P₃₀>P₄₀>P₂₀>P₁₀>P₅₀。偏振角对新雪亮温影响呈线性关系,在0~135°范围,每单位偏振角偏振亮温增加约0.003 ℃,这为新雪偏振亮温预测提供可能,在研究探测角对新雪偏振亮温影响时可忽略波段造成的差异。相对方位角对新雪的热辐射偏振特性影响不显著,这主要是由物质表面粗糙程度与组织结构差异导致,利用热红外偏振度对新雪的理化特性监测具有重要作用。     

拉曼光谱在优化处理绿松石中的应用研究

优化处理绿松石的大量面市,给绿松石的鉴定带来了挑战。通过激光拉曼光谱测试分析、压制及人工注塑处理绿松石为研究对象,对优化处理绿松石的激光拉曼光谱特征进行了研究。结果表明,拉曼光谱技术是一种有效鉴别绿松石及其处理品的无损检测方法,OH,H₂O,PO₄ 及CH₂基团的振动模式和频率决定了优化处理绿松石的激光拉曼光谱特征。优化处理绿松石除具绿松石典型拉曼光谱特征外,在2 937和2 883 cm-1处普遍出现一组具鉴定意义的由外来添加物中CH₂伸缩振动及CH₂弯曲振动致拉曼谱带。依据这些特征拉曼谱带,有助于将天然绿松石与优化处理品区分开。该研究为快速、准确、无损鉴别绿松石提供了一种新思路。     

地塞米松磷酸钠和倍他米松磷酸钠两种差向异构体的FTIR,FT-Raman和SERS光谱研究

检测了地塞米松磷酸钠和倍他米松磷酸钠两种差向异构体的红外光谱(FTIR), 固体和饱和溶液的常规拉曼光谱(NRS)及以银胶为基底的表面增强拉曼光谱(SERS)。通过红外和拉曼光谱的结合,对其各基团的振动模式进行解析,并对峰进行归属和比较。结果表明：两种物质的主要区别是地塞米松磷酸钠的CH₃非对称伸缩振动和对称面内变形振动的拉曼位移较大;依据SERS作用机理和规律,推测两种物质在银胶上主要是通过P—O键、羧基和五元环与银胶垂直吸附。建立了两种差向异构体基于银纳米粒子的吸附模式,实现了对两种物质进行快速鉴别与区分的方法,为进一步研究肾上腺皮质激素类药物提供了十分重要的信息和可靠的参考。     

变压器油溶解气体的FTIR定量分析

针对色谱进行变压器溶解气体在线监测需要载气、定期标定、安全性低等缺陷,试图建立一种傅里叶变换红外光谱法的油溶解气体在线分析系统。考虑特征气体量小、成分多、检测限及安全要求高,根据特征气体的吸收光谱特征与分析要求,利用分段比基线校正、改进TR正则化特征变量提取算法,建立稀疏偏最小二乘的定量分析模型。以CH₄,C₂H₆,C₃H₆和CO₂等特征气体为例,给出了分析的测试结果。结果表明,在光谱波数分辨率为1 cm-1,光程为10 cm情况下,可以满足变压器绝缘油溶解气体分析要求。     

光谱学研究硅烷钒锆复合钝化膜的结构和成膜机理

在热镀锌钢板表面制备了硅烷钒锆复合钝化膜。用X射线光电子能谱(XPS)、射频辉光放电发射光谱(rf-GD-OES)和傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)表征了钝化膜的组成结构,分析了硅烷钒锆复合钝化膜的成膜机理。结果表明：硅烷之间互联构成了硅烷钒锆复合钝化膜的主成膜成分,无机缓蚀剂均匀分布在膜层中。钝化膜表面Si2p的XPS窄幅扫描谱100.7 eV处的拟合峰和红外光谱在波数1 100 cm-1 Si—O吸收峰变宽加强,表明硅烷以Si—O—Zn键的形式化学吸附在锌的表面,硅烷分子之间通过Si—O—Si键相互交联;红外光谱中1 650和1 560 cm-1的两个酰胺特征峰,结合910 cm-1的环氧特征峰的消失,表明γ-GPT的环氧基团在氨基活性氢的诱导下开环和γ-APT的氨基之间发生聚合反应形成交联的空间网状结构;rf-GD-OES分析发现钝化膜0.3 μm处存在一层富氧层,钝化反应生成的ZrF₄,ZrO₂和钒盐等无机物均匀分布在钝化膜中。分析膜层组成结构和成膜前后的ATR-FTIR光谱,研究了成膜过程中发生的物理过程和化学变化,提出了硅烷钒锆复合钝化膜的成膜机理。