红外光谱（FTIR）在材料领域的应用与分析

傅里叶变换红外光谱(简称FTIR)，广泛应用于塑料、涂层、填料、纤维等众多高分子及无机非金属材料的定性与定量分析。

FTIR的原理：待测样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子基团吸收特征频率的辐射，其振动或转动引起分子偶极矩的变化，振动能级和转动能级从基态到激发态的跃迁，形成分子吸收光谱。

1.FTIR在高分子材料的组成分布研究

大部分高分子材料都具有二维或三维的组成分布，如共混物、聚合物基复合材料等，组成分布对其性能影响很大。红外显微镜将微观形貌观察与结构分析结合，测量的微区最小可达5μm×5μm，是测定高分子材料组成分布的一种有效手段。用显微镜红外光谱法对多层复合膜成分进行鉴定，以5μm为步进对薄膜截面进行线扫描后得到了薄膜的二维红外光谱图，可观察确定该复合膜共有3层，0-65μm层为聚乙烯，65-80μm层为聚酰胺，80-90μm层为聚酯。

2.FTIR在聚合物结构及变化的研究

通过红外光谱法可研究聚合物分子链的组成、结构、构型等，还可研究聚合物在一定的条件下分子结构发生的变化，如老化、硫化、固化等。将丙烯酰胺和淀粉通过接枝共聚形成聚合物凝胶体系。新的吸收峰证明丙烯酰胺单体成功地接枝到了淀粉本体上。通过对聚乙烯薄膜进行紫外线老化实验。

3.FTIR在材料阻燃分析中的应用

红外光谱作为一种鉴定物质结构的理想方法，在合成阻燃剂阻燃材料时，可验证产物是否与预计化合物结构一致，在产品制备与分离过程中，还可鉴定产品的纯度和与杂质的分离程度。

此外，红外光谱法可以研究材料的阻燃过程，阻燃材料与防火涂料在高温作用下，反应生成新的基团，其红外光谱会发生变化，对照燃烧前后的谱图，可以研究阻燃材料的阻燃机理。例如对经过热氧化处理的样品进行红外分析可以研究阻燃型尼龙6（PA6）/聚丙烯（PP）硅灰石复合材料体系的阻燃机理。

同时，原位红外光谱技术也可在一定条件下燃烧反应发生的同时进行红外光谱测定，通过某一个或几个吸收峰的变化能够反映出材料在燃烧反应中的变化。

4.红外光谱联用技术在材料热分解研究中的应用

FTIR和固体原位反应技术、快速热裂解原位反应技术以及热分析技术的联用在实时监测材料受热分解过程中凝聚相中间产物、终态产物和气相产物的组成以及分解起始温度点和温度范围方面的应用，提供了一种切实可行的材料热分解机理研究方法。因此，通过傅里叶变换红外光谱技术和固体原位反应技术的联用（Thermolysis/RSFT-IR）可以确认有机化合物在受热分解过程中凝聚相的中间产物的化学结构，并通过升温时间点、温度记录等推导出中间凝聚相产物和终态凝聚相产物的生成温度范围，进而详细了解测试化合物的受热分解机理。

5.FTIR在铁基超导材料中的应用

新的超导材料被发现的时候，最先关心的是超导能隙的大小以及对称性，因其直接关系到超导电子配对的机制。理论计算表明铁基超导体是一类非常规超导体。其电子配对态是由反铁磁自旋涨落引起的，由此导致的超导能隙具有s±对称性。红外光谱对超导能隙以及能隙中可能出现的未配对准粒子非常敏感，因此，也可用来研究铁基超导体中超导能隙对称性的问题。

随着科学技术的发展，红外光谱技术的发展也十分迅速，技术得到了拓展，应用领域不断变宽。如反射光谱、光声光谱法、时间分辨光谱法等。该技术与其它技术联合检测也已成为发展趋势，不断拓展红外光谱法的应用领域。