考试作业123

红外光谱仪（IR）红外光谱仪主要有两种类型：色散型和干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）。色散型红外光谱仪是以棱镜或光栅作为色散元件，这类仪器的能量受到严格限制，扫描时间慢，且灵敏度、分辨率和准确度都较低。随着计算方法和计算技术的发展，20世纪70年代出现新一代的红外光谱测量技术及仪器—傅立叶变换红外光谱仪。一、Fourier变换红外光谱仪（FTIR）Fourier变换红外光谱仪没有色散元件,主要由光源（硅碳棒、高压汞灯）、Michelson干涉仪、检测器、计算机和记录仪组成。核心部分为Michelson干涉仪，它将光源来的信号以干涉图的形式送往计算机进行Fourier变换的数学处理，最后将干涉图还原成光谱图。它与色散型红外光度计的主要区别在于干涉仪和电子计算机两部分。1、Fourier变换红外光谱仪工作原理工作原理:光源发出的红外辐射，经干涉仪转变成干涉图，通过试样后得到含试样信息的干涉图，由电子计算机采集，并经过快速傅立叶变换，得到吸收强度或透光度随频率或波数变化的红外光谱图。干涉图从数学观点讲，就是傅立叶变换，计算机的任务是进行傅立叶逆变换。Fourier变换红外光谱仪工作原理图如下2、Fourier变换红外光谱仪的特点（1）扫描速度极快Fourier变换仪器是在整扫描时间内测定所有频率的信息，一般只要1s左右即可。因此它可用于测定不稳定物质的红外光谱。而色散型红外光谱仪，在任何一瞬间只能观测一个很窄的频率范围，一次完整扫描通常需要8、15、30s等。（2）具有很高的分辨率通常Fourier变换红外光谱仪分辨率达0.1~0.005cm-1，而一般棱镜型的仪器分辨率在1000cm-1处有3cm-1，光栅型红外光谱仪分辨率也只有0.2cm-1。（3）灵敏度高因Fourier变换红外光谱仪不用狭缝和单色器，放射镜面又大，故能量损失小，到达检测器的能量大，可检测10-8g数量级的样品。除此之外，还有光谱范围宽（1000~10cm-1）；测量精度高，重复性可达0.1%；杂散光干扰小；样品不受因红外聚焦而产生的热效应的影响；特别适用于气相色谱联机或研究化学反应机理等。3、Fourier变换红外光谱仪的应用红外光谱的最大特点是具有特征性，谱图上的每个吸收峰代表了分子中某个基团的特定振动形式。据此进行化合物的定性分析和定量分析。广泛应用于石油化工、生物医药、环境监测等方面。定性分析（1）已知物的鉴定在得到试样的红外谱图后，与纯物质的谱图进行比较，如果谱图中峰位、峰形和峰的相对强度都一致，即可认为是同一物质。（2）未知物的鉴定是红外光谱法定性分析的一个重要用途，涉及到图谱的解析。定量分析通过对特征吸收谱带强度的测量求出组份含量。依据朗伯-比耳定律。A=ckl=lgI0/I，红外光谱的谱带较多，选择余地大，能方便地对单一组份和多组份进行定量分析。此外，该法不受样品状态限制，能定量测定气体、液体和固体样品,应用广泛。扫描电子显微镜（SEM）1、SEM的结构（1）镜筒镜筒包括电子枪、聚光镜、物镜及扫描系统。其作用是产生很细的电子束(直径约几个nm)，并且使该电子束在样品表面扫描，同时激发出各种信号。（2）电子信号的收集与处理系统在样品室中，扫描电子束与样品发生相互作用后产生多种信号，其中包括二次电子、背散射电子、X射线、吸收电子、俄歇(Auger)电子等。在上述信号中，最主要的是二次电子，它是被入射电子所激发出来的样品原子中的外层电子，产生于样品表面以下几nm至几十nm的区域，其产生率主要取决于样品的形貌和成分。通常所说的扫描电镜像指的就是二次电子像，它是研究样品表面形貌的最有用的电子信号。(3)电子信号的显示与记录系统扫描电镜的图象显示在阴极射线管(显像管)上，并由照相机拍照记录。显像管有两个，一个用来观察，分辨率较低，是长余辉的管子；另一个用来照相记录，分辨率较高，是短余辉的管子。(4)真空系统及电源系统扫描电镜的真空系统由机械泵与油扩散泵组成，电源系统供给各部件所需的特定的电源。2、SEM的工作原理从电子枪阴极发出的电子束，受到阴阳极之间加速电压的作用，射向镜筒，经过聚光镜及物镜的会聚作用，缩小成直径约几毫微米的电子探针。在物镜上部的扫描线圈的作用下，电子探针在样品表面作光栅状扫描并且激发出多种电子信号。这些电子信号被相应的检测器检测，经过放大、转换，变成电压信号，最后被送到显像管的栅极上并且调制显像管的亮度。显像管中的电子束在荧光屏上也作光栅状扫描，并且这种扫描运动与样品表面的电子束的扫描运动严格同步，这样即获得衬度与所接收信号强度相对应的扫描电子像，这种图象反映了样品表面的形貌特征。3、SEM的特点（1）能够直接观察样品表面的结构，样品的尺寸可大至120mm×80mm×50mm。（2）样品制备过程简单，不用切成薄片。（3）样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转，因此，可以从各种角度对样品进行观察。（4）景深大，图象富有立体感。扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大几十倍。（5）图象的放大范围广，分辨率也比较高。可放大十几倍到几十万倍，它基本上包括了从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围。分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间，可达3nm。（6）电子束对样品的损伤与污染程度较小。（7）在观察形貌的同时，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。4、SEM的应用扫描电子显微镜已广泛地应用在生物学、医学、冶金学等学科的领域中，促进了各有关学科的发展。透射电子显微镜（TEM）1、TEM的结构TEM由电子光学系统、循环冷却系统、电源与控制系统、真空系统构成，主体是电子光学系统，有四部分：照明部分、样品装置部分、成像部分、观察记录部分。（1）照明部分电子枪：发射电子的场所，也是电镜的照明源。由阴极（灯丝）、栅极、阳极组成。阴极管发射的电子通过栅极上的小孔形成电子束，电子束有一定发射角，经阳极电压加速后射向聚光镜，起到对电子束加速加压的作用，形成很小的平行电子束。聚光镜：将电子枪所发出的电子束汇聚到样品平面上。并调节电子的孔径角、电子束的电流密度和照明光斑的大小。（2）样品装置部分样品台的作用是承载样品，并使样品能作平移、倾斜、旋转，以选择感兴趣的样品区域或位向进行观察分析。透射电镜的样品是放置在物镜的上下极靴之间，由于这里的空间很小，所以透射电镜的样品也很小，通常是直径3mm的薄片。（3）成像部分物镜：为放大率很高的短距透镜，对样品成像和放大。它是决定TEM分辨本领和成像质量的关键。因为它将样品中的微细结构成像、放大，物镜中的任何缺陷都将被成像系统中的其他透镜进一步放大。中间镜：是一个可变倍率的弱透镜，可以对电子像进行二次放大。通过调节中间镜的电流，可选择物体的像或电子衍射图来进行放大。投影镜：为高级强透镜，最后一级放大镜，用来放大中间像后在荧光屏上成像。（4）观察记录部分。荧光屏：在电子束照射下，电子图像反映在荧光屏上，可呈现终像。研究者通过观察窗在荧光屏上进行像的观察、选择和聚焦。除了荧光屏外，还配有用于单独聚焦的小荧光屏，在主观察窗外有5~10倍的双目镜光学显微镜，以对图像精确聚焦和观察，可以把终像放大3~10倍。照相底片：最常用的透射电镜的照相底片是片状的胶片。胶片的一面有厚度约为25μm的明胶层，明胶层含有均匀分散的10%的卤化银颗粒。照相底片在电子束的照射下能感光。它对电子的感光特性基本上与可见光的感光特性一样（只是灵敏度和噪声不同）。2、TEM的工作原理TEM是利用透过样品的透射电子成像的。电子枪发射出电子射线（不带信息），经透射系统照射在样品上，电子束与样品相互作用后，当电子射线在样品另一方重新出现时，以带有样品内的信息，然后进行放大处理而成像，最终在荧光屏上形成带有样品信息的图像，使人眼能够识别。3、TEM的应用（1）研究聚合物的多相复合体系。（2）研究聚合物的聚集态结构。（3）研究聚合物相对分子质量及相对分子质量分布,用电镜可测定处于玻璃态的聚合物的相对分子质量。选择适当比例的良溶剂、沉淀剂为混合溶剂，配制聚合物的极稀溶液，用喷雾的方法，将其分散为微笑的雾珠，使每个雾珠中包含一个或不包含大分子，从而得到单分子分散的球粒。应用电镜直接测量球粒尺寸，即可计算相对分子质量及其分布。相对分子质量越大，越容易观察，测量误差也越小。电镜法测定的相对分子质量与黏均相对分子质量一致。