红外探测异纤总结.docx

红外探测异纤总结.docx

《红外探测异纤总结.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《红外探测异纤总结.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

红外探测异纤总结

一、红外光谱简介

1.电磁波的全部光谱区

2.红外光谱

3.近、中、远红外光谱的作用及光谱范围

4.红外光谱的应用

⑴．根据基团的特定振-转吸收线，可以利用红外光谱可以对特定有机化合物的结果进行解析

Ⅰ：

针对双原子情况

任意两个相邻能级间的能量差如下：

其中K为化学键的力常数，与键能和键长有关；为双原子的折合质量=m1m2/（m1+m2）

由此可见：

发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。

表某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）

举例如下：

键类型—CC—>—C=C—>—C—C—

力常数15179.59.94.55.6

峰位4.5m6.0m7.0m

Ⅱ：

针对多原子情况

伸缩振动：

指键长沿键轴方向发生周期性变化的振动

1．对称伸缩振动：

键长沿键轴方向的运动同时发生

2．反称伸缩振动：

键长沿键轴方向的运动交替发生

弯曲振动（变形振动，变角振动）:

指键角发生周期性变化、而键长不变的振动

1．面内弯曲振动β：

弯曲振动发生在由几个原子构成的平面内

1）剪式振动δ：

振动中键角的变化类似剪刀的开闭

2）面内摇摆ρ：

基团作为一个整体在平面内摇动

2．面外弯曲γ：

弯曲振动垂直几个原子构成的平面

1）面外摇摆ω：

两个X原子同时向面下或面上的振动

2）蜷曲τ：

一个X原子在面上，一个X原子在面下的振动

3．变形振动：

1）对称的变形振动δs：

三个AX键与轴线的夹角同时变大

2）不对称的变形振动δas：

三个AX键与轴线的夹角不同时变大或减小

总结：

伸缩振动（用υ表示）

1.伸缩振动的力常数比弯曲振动的力常数要大，因而同一基团的伸缩振动常在高频区出现吸收。

2.周围环境的改变对频率的变化影响较小。

3.由于振动偶合作用，原子数N大于等于3的基团还可以分为对称伸缩振动和不对称伸缩振动符号分别为υs和υas一般υas比υs的频率高。

弯曲振动（用δ表示）

1.弯曲振动的力常数比伸缩振动的小，因此同一基团的弯曲振动在其伸缩振动的低频区出现.

2.弯曲振动对环境结构的改变可以在较广的波段范围内出现，所以一般不把它作为基团频率处理。

红外吸收峰的强度

分子振动时偶极矩的变化不仅决定了该分子能否吸收红外光产生红外光谱，而且还关系到吸收峰的强度。

根据量子理论，红外吸收峰的强度与分子振动时偶极矩变化的平方成正比。

因此，振动时偶极矩变化越大，吸收强度越强。

而偶极矩变化大小主要取决于下列四种因素。

1、化学键两端连接的原子，若它们的电负性相差越大（极性越大），瞬间偶极矩的变化也越大，在伸缩振动时，引起的红外吸收峰也越强（有费米共振等因素时除外）。

2、振动形式不同对分子的电荷分布影响不同，故吸收峰强度也不同。

通常不对称伸缩振动比对称伸缩振动的影响大，而伸缩振动又比弯曲振动影响大。

3、结构对称的分子在振动过程中，如果整个分子的偶极矩始终为零，没有吸收峰出现。

4、其它诸如费米共振、形成氢键及与偶极矩大的基团共轭等因素，也会使吸收峰强度改变。

红外光谱中吸收峰的强度可以用吸光度（A）或透过率T%表示。

峰的强度遵守朗伯-比耳定律。

吸光度与透过率关系为

A=lg（）

所以在红外光谱中“谷”越深（T%小），吸光度越大，吸收强度越强。

举例：

根据已有文献对聚乙烯的红外光谱检测结果

可以找到聚乙烯（AX2型多原子分子）伸缩振动和弯曲振动的红外吸收峰。

可见聚乙烯的红外吸收特征峰应该为由不对称伸缩振动引起的2925cm-1的吸收线，即：

只要在红外吸收光谱中发现存在2925cm-1的吸收线，就可以肯定样品中必然含有CH2型多原子分子存在。

⑵．红外照相or摄像

种类：

1.被动红外摄像技术：

利用任何物质在绝对零度（-273℃）以上都有红外线辐射，物体的温度越高，辐射出的红外线越多。

利用此原理制成的摄像机最典型的就是红外热像仪，但是，这种特殊的红外摄像机造价昂贵，因此仅限于军事或特殊场合使用。

2.主动红外摄像技术，是采用红外灯辐射“照明”（主要是红外光线），应用普通低照度黑白摄像机、彩色转黑白摄像机或红外低照度彩色摄像机，感受周围景物和环境反射回来的红外光实现监控。

按红外波长出售的几种红外透镜及相关镜头（9种）:

1.720NM混色镜片,许部分高波长的可见光进入，所以能创作出梦幻的效果

2,760NM适宜室内拍摄  

3.760nm-2改良型适宜低照度红外线光源下。

没有红外线夜视功能DC或者DV在很强烈的太阳光下也可以使用  

4.850NM室外,阳光不强,可以在室内照度好或者室外太阳不强烈多云阴天的情况下使用,配合ND更能适应准春秋季节的阳光。

5.950NM室外,阳光强,在室外强光下使用，夏天强光之宝

6.1000NM高速红外胶片最高只可感光1000nm的红外线

7.ND（中灰减光镜）功能：

减少可见光对红外光的干扰，搭载红外线镜片可以模拟提高下大约30到50钠米效果。

能和任何镜片混用！

以弥补三种不同波长红外线之间的波长空缺，更好得达到红外线是真确暴光！

8.偏光镜:

许多偏振光在摄影中是不利于拍照。

如:

玻璃表面的反射光，使我们拍摄不到玻璃橱窗里面的东西，水面的反射光使我们拍摄不到水中的鱼，树叶表面反射光使树叶变成白色，等等。

晴空的蓝天在与太阳方向成90度的垂直方向散射的也是偏振光，它使蓝天变的不那么幽深。

如果消除了这些偏振光，许多照片会显得颜色更加饱和，画面更加清晰。

----这就是它的作用.如果拍摄蓝天，天会显得更蓝、更暗。

偏振镜不止滤掉了偏振光，还把非偏振光中的与偏振光振动方向相同的部分也滤掉了。

所以，使用偏振镜以后，一般要增加一档以上的曝光量。

最好用圆偏振镜（CPL镜）  

9.UV阻挡灰尘保护镜头,消除灰雾!

能红外线镜片可以混用！

其中最常用的红外透镜是850nm和950nm两种。

nm的数值越高，通“光”量就越小，曝光时间就要越长，拍摄的环境越“热”噪点才会越小。

（可以加三角架）一般阴天、雾天、室内要用850nm甚至760nm，艳阳天要用950nm才不会过曝。

因为红外线摄影不依赖于可见光，所以在很多光线不利的时候可以突显其“动人之处”，例如空气透明度很差时，用红外线摄影几乎不受影响，也能拍出漂亮的风光片，由于它的可见景深受大气污染和天气的影响很小，所以和可见光拍摄是互补的。

红外照相的优点：

1.由于不同物体对可见光和红外线的散射or漫反射程度不同，所以有些物体在卡见光下难以区分，但在红外光线下就会出现很明显的区分。

2.红外线的穿透能力较可见光强，所以可以具有一定的透视功能。

对棉花，尼龙，塑料，胶片都有一定的穿透能力。

举例如下：

1．红外拍摄图片

可见光拍摄760nm红外光拍摄

2．穿透能力的演示

可见光拍摄760nm红外光拍摄

二、异性纤维简介

其中蛋白质中令人感兴趣的振动是由酰胺I带的伸缩振动（大约1650cm-1），由酰胺基团O=C-N产生，其中的氧原子与氮原子都会生成氢键，但是与液态水和气态水有同样的振动峰。

有机物中部分基团的特征振动频率

三、利用红外光谱的方法检测籽棉中异性纤维

特点：

1.原材料的特殊性（还有棉籽）

2.异性纤维未经过扎花过程，所以异纤较大

（一）：

利用红外光谱的对基团的特定吸收

Ⅰ：

多波段双路探测

Ⅱ：

多波段单路探测

前向探测背向探测

说明：

从理论上讲，在异性纤维的特定振转能级处，会出现吸收峰，就会在灰度级图上出现灰度较低的区域。

但由于棉籽不透光的原因，会在棉籽的位置处也出现低像素的聚集区，会影响我们对异性纤维低所对应低像素区域的判断。

异纤会位置处会出现低像素区域是因为异纤对特定红外光的吸收；而棉籽位置处会出现低像素区域的原因是光沿直线传播，造成在籽棉的后方出现影，两者之间的本质不同。

为避免棉籽对异性纤维检测中的影响，可以在非本影区进行探测或者采用背向探测。

？

可能会出现的问题：

1.该方法能否检测出籽棉内部的异纤？

取决于籽棉的厚度！

需要试验进一步证实此法的探测厚度。

如果需要探测较厚的籽棉原料，可以考虑断层探测的技术。

2.前向探测采用单路探测，探测非本影区，但仍然会有半影区的影响。

可以参照医学无影灯的技巧，巧妙的设计光源，尽量消除本影，减弱半影。

需要试验进一步证实是否需要光源的投射方向以及半影对探测的影响。

3.光源要采用平行光，且要求光源的照度在整个光源截面要均匀。

可以采用的办法是利用毛玻璃、或者利用凸透镜的扩散效应、或者利用探照灯原理。

需要试验证实哪种方法的效果较好

4.如果直接探测不能满足具体工作中的探测区域和探测分辨率。

应利用凸透镜的聚光象限以及小孔光阑。

需要试验证实。

5.为探测多种异纤，需要进一步证实在籽棉中经常出现的异纤的特征吸收峰。

因为我们目前得到的异纤特征吸收峰均为理论值，实际上会有出入。

6.探测器方面的思考，可以用ccd接受，用灰度上的差别来区分。

也可以用光谱仪探测红外光谱，如果在某个特征吸收峰处出现低谷，即可证明异纤的存在

7.如果探测的信号较弱，灵敏度不够，可以从多次探测累加以及后续的图像处理方面来提高。

（二）、利用不同物质对红外光的反射程度不同，红外照相

利用红外照相的方法进行探测的几点思考：

1有文献证实940nm的光对各种异纤的识别效果较好，但940nm与水的吸收峰比较近，可能会影响到成像。

需要试验证实，具体哪种波长适合能满足我们的要求。

2红外照相的优点为具有穿透性，可以穿透棉花、纤维、塑料、胶片等物质。

需要试验进一步证实，穿透能有多深，对棉花以及异纤均有穿透，分别的效率怎么样？

3.红外透视的前提为由足够的红外光照射，需要实验证实红外光的强度多少合适？

四、其他检测异纤的方法：

也可以尝试用紫外光源和LED线振白光源同时探测籽棉原料

其中紫外光源主要采集具有荧光特性的白色丙纶丝和白色塑料片。

LED线振白光源采集带色的异性纤维