The basic principles of various instrumental analyses and spectral representation methods

紫外吸收光谱 UV

分析原理:Absorbs ultraviolet light energy,引起分子中电子能级的跃迁
谱图的表示方法相对吸收光能量随吸收光波长的变化
提供的信息:The location of the absorption peak、Strength and shape,提供分子中不同电子结构的信息

荧光光谱法 FS
分析原理:After being excited by electromagnetic radiation,From the lowest single-line excited state back to the single-line ground state,发射荧光
谱图的表示方法发射的荧光能量随光波长的变化
提供的信息:Fluorescence efficiency and longevity,提供分子中不同电子结构的信息

红外吸收光谱法 IR
分析原理:Absorbs infrared light energy,Causes vibrations of molecules with dipole moment changes、转动能级跃迁
谱图的表示方法相对透射光能量随透射光频率变化
提供的信息:The location of the peak、Strength and shape,提供功能团或化学键的特征振动频率

拉曼光谱法 Ram
分析原理:After absorbing light energy,Causes molecular vibrations with a change in polarizability,产生拉曼散射
谱图的表示方法散射光能量随拉曼位移的变化
提供的信息:The location of the peak、Strength and shape,提供功能团或化学键的特征振动频率

核磁共振波谱法 NMR
分析原理:in an external magnetic field,A nucleus with a nuclear magnetic moment,Absorbs RF energy,产生核自旋能级的跃迁
谱图的表示方法吸收光能量随化学位移的变化
提供的信息The chemical shift of the peak、strength、Split fraction and coupling constant,The number of nuclei provided、所处化学环境和几何构型的信息

电子顺磁共振波谱法 ESR
分析原理:in an external magnetic field,Unpaired electrons in the molecule absorb RF energy,产生电子自旋能级跃迁
谱图的表示方法吸收光能量或微分能量随磁场强度变化
提供的信息:Spectral line position、strength、Number of splits and superfine splitting constants,Provides unpaired electron density、分子键特性及几何构型信息

质谱分析法 MS
分析原理:The molecule is bombarded by electrons in a vacuum,Ionization is formed,通过电磁场按不同m/e分离
谱图的表示方法以棒图形式表示离子的相对峰度随m/e的变化
提供的信息:The mass of molecular ions and fragment ions and their relative kurtosis,Molecular weight is provided,元素组成及结构的信息

气相色谱法 GC
分析原理:The components in the sample are between the mobile phase and the stationary phase,由于分配系数不同而分离
谱图的表示方法柱后流出物浓度随保留值的变化
提供的信息:The retention values of the peaks are related to the thermodynamic parameters of the components,It is a qualitative basis;峰面积与组分含量有关

反气相色谱法 IGC
分析原理探针分子保留值的变化取决于它和作为固定相的聚合物样品之间的相互作用力
谱图的表示方法探针分子比保留体积的对数值随柱温倒数的变化曲线
提供的信息探针分子保留值与温度的关系提供聚合物的热力学参数

裂解气相色谱法 PGC
分析原理:Polymer materials are instantaneously cracked under certain conditions,可获得具有一定特征的碎片
谱图的表示方法柱后流出物浓度随保留值的变化
提供的信息:Fingerprint or characteristic fragmentation peaks of the spectrum,表征聚合物的化学结构和几何构型

凝胶色谱法 GPC
分析原理:As the sample passes through the gel column,Separation is carried out according to the hydrodynamic volume of the molecule,大分子先流出
谱图的表示方法柱后流出物浓度随保留值的变化
提供的信息高聚物的平均分子量及其分布

热重法 TG
分析原理:In a temperature-controlled environment,样品重量随温度或时间变化
谱图的表示方法样品的重量分数随温度或时间的变化曲线
提供的信息:The steep drop in the curve is the sample weight loss area,平台区为样品的热稳定区

热差分析 DTA
分析原理:The sample and the reference were placed in the same temperature-controlled environment,Due to the difference in thermal conductivity between the two, the temperature difference occurs,记录温度随环境温度或时间的变化
谱图的表示方法温差随环境温度或时间的变化曲线
提供的信息提供聚合物热转变温度及各种热效应的信息

示差扫描量热分析 DSC
分析原理:The sample and the reference were placed in the same temperature-controlled environment,记录维持温差为零时所需能量随环境温度或时间的变化
谱图的表示方法热量或其变化率随环境温度或时间的变化曲线
提供的信息提供聚合物热转变温度及各种热效应的信息

静态热―力分析 TMA
分析原理样品在恒力作用下产生的形变随温度或时间变化
谱图的表示方法样品形变值随温度或时间变化曲线
提供的信息热转变温度和力学状态

动态热―力分析 DMA
分析原理样品在周期性变化的外力作用下产生的形变随温度的变化
谱图的表示方法模量或tgδ随温度变化曲线
提供的信息热转变温度模量和tgδ

透射电子显微术 TEM
分析原理高能电子束穿透试样时发生散射、absorb、干涉和衍射使得在相平面形成衬度显示出图象
谱图的表示方法质厚衬度象明场衍衬象暗场衍衬象晶格条纹象和分子象
提供的信息晶体形貌分子量分布微孔尺寸分布多相结构和晶格与缺陷等

扫描电子显微术 SEM
分析原理用电子技术检测高能电子束与样品作用时产生二次电子背散射电子吸收电子X射线等并放大成象
谱图的表示方法背散射象二次电子象吸收电流象元素的线分布和面分布等
提供的信息断口形貌表面显微结构薄膜内部的显微结构微区元素分析与定量元素分析等

原子吸收 AAS

原理通过原子化器将待测试样原子化待测原子吸收待测元素空心阴极灯的光从而使用检测器检测到的能量变低从而得到吸光度吸光度与待测元素的浓度成正比

(Inductive coupling high frequency plasma)电感耦合高频等离子体 ICP

原理利用氩等离子体产生的高温使用试样完全分解形成激发态的原子和离子由于激发态的原子和离子不稳定外层电子会从激发态向低的能级跃迁因此发射出特征的谱线通过光栅等分光后利用检测器检测特定波长的强度光的强度与待测元素浓度成正比

X-ray diffraction ,x射线衍射即XRD

X射线是原子内层电子在高速运动电子的轰击下跃迁而产生的光辐射主要有连续X射线和特征X射线两种晶体可被用作X光的光栅这些很大数目的原子或离子/分子所产生的相干散射将会发生光的干涉作用从而影响散射的X射线的强度增强或减弱由于大量原子散射波的叠加互相干涉而产生最大强度的光束称为X射线的衍射线
满足衍射条件可应用布拉格公式:2dsinθ=λ
应用已知波长的X射线来测量θ角从而计算出晶面间距d这是用于X射线结构分析另一个是应用已知d的晶体来测量θ角从而计算出特征X射线的波长进而可在已有资料查出试样中所含的元素

高效毛细管电泳(high performance capillary electrophoresisHPCE)

CZE的基本原理
HPLC选用的毛细管一般内径约为50μm(20~200μm)外径为375μm有效长度为50cm(7~100cm)毛细管两端分别浸入两分开的缓冲液中同时两缓冲液中分别插入连有高压电源的电极该电压使得分析样品沿毛细管迁移当分离样品通过检测器时可对样品进行分析处理HPLC进样一般采用电动力学进样(低电压)或流体力学进样(压力或抽吸)两种方式在毛细管电泳系统中带电溶质在电场作用下发生定向迁移其表观迁移速度是溶质迁移速度与溶液电渗流速度的矢量和所谓电渗是指在高电压作用下双电层中的水合阴离子引起流体整体地朝负极方向移动的现象电泳是指在电解质溶液中带电粒子在电场作用下以不同的速度向其所带电荷相反方向迁移的现象溶质的迁移速度由其所带电荷数和分子量大小决定另外还受缓冲液的组成性质pH值等多种因素影响带正电荷的组份沿毛细管壁形成有机双层向负极移动带负电荷的组分被分配至毛细管近中区域在电场作用下向正极移动。meanwhile,缓冲液的电渗流向负极移动其作用超过电泳最终导致带正电荷中性电荷负电荷的组份依次通过检测器

MECC的基本原理
MECC是在CZE基础上使用表面活性剂来充当胶束相以胶束增溶作为分配原理溶质在水相胶束相中的分配系数不同在电场作用下毛细管中溶液的电渗流和胶束的电泳使胶束和水相有不同的迁移速度同时待分离物质在水相和胶束相中被多次分配在电渗流和这种分配过程的双重作用下得以分离MECC是电泳技术与色谱法的结合适合同时分离分析中性和带电的样品分子

扫描隧道显微镜(STM)

扫描隧道显微镜(STM)的基本原理是利用量子理论中的隧道效应将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极当样品与针尖的距离非常接近时(通常小于1nm)在外加电场的作用下电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极这种现象即是隧道效应

原子力显微镜(Atomic Force Microscopy简称AFM)

原子力显微镜的工作原理就是将探针装在一弹性微悬臂的一端微悬臂的另一端固定当探针在样品表面扫描时探针与样品表面原子间的排斥力会使得微悬臂轻微变形,such,微悬臂的轻微变形就可以作为探针和样品间排斥力的直接量度一束激光经微悬臂的背面反射到光电检测器可以精确测量微悬臂的微小变形这样就实现了通过检测样品与探针之间的原子排斥力来反映样品表面形貌和其他表面结构

俄歇电子能谱学(Auger electron spectroscopy)j简称AES

俄歇电子能谱基本原理入射电子束和物质作用可以激发出原子的内层电子外层电子向内层跃迁过程中所释放的能量可能以X光的形式放出即产生特征X射线也可能又使核外另一电子激发成为自由电子这种自由电子就是俄歇电子对于一个原子来说,激发态原子在释放能量时只能进行一种发射特征X射线或俄歇电子原子序数大的元素特征X射线的发射几率较大原子序数小的元素俄歇电子发射几率较大当原子序数为33时两种发射几率大致相等。therefore,俄歇电子能谱适用于轻元素的分析

(文章来源材料检测网)

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