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刘建学 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030545855

商品编码：29943840191

包装：平装

出版时间：2018-03-01

图书基本信息
图书名称	远红外光谱及技术应用
作者	刘建学
定价	78.00元
出版社	科学出版社
ISBN	9787030545855
出版日期	2018-03-01
字数
页码
版次	31
装帧	平装
开本
商品重量	0.4Kg

内容简介

本书结合外远红外技术研究现状，总结了该领域的**科技成果，融入了本团队一直以来在远红外技术及其应用技术方面的研究成果，是一本以远红外辐射技术、远红外光谱分析技术及其应用技术为主的较全面的远红外光谱技术方面的工具书或参考书。本书主要介绍远红外形成机理及其基础理论、远红外发射材料、适用于不同应用类型的远红外复合材料、远红外发热元件及技术、远红外光谱及其分析技术以及各应用技术等。

作者简介

目录

编辑推荐

文摘

序言

《远红外光谱及技术应用》 一、 核心理论基础 本书深入探讨了远红外光谱这一重要的分子振动光谱技术。远红外区域（通常指10 cm⁻¹至400 cm⁻¹，即6.67 μm至1000 μm的波长范围）的电磁波能够激发分子的低频转动和骨架振动。这些低频振动模式对分子的三维结构、分子间相互作用以及晶体结构中的低聚物、聚合物和晶格振动尤为敏感。 1.1 分子振动光谱原理 revisited 简谐振动近似与非简谐振动： 经典力学将分子振动视为简谐振子，但实际分子振动存在非简谐性。远红外光谱探测的正是这种低频、幅度较大的振动，其非简谐性更加显著，这为研究分子相互作用提供了更丰富的线索。 振动模式的简正坐标分析： 通过对分子进行简正坐标分析，可以计算出所有可能的振动模式。对于较大的分子和复杂的体系，远红外区域的振动模式尤其具有代表性，能反映出整体结构特征。 吸收与散射的机制： 在远红外光谱中，分子吸收特定频率的远红外光，从而跃迁到更高的转动或振动能级。这一过程依赖于分子振动时偶极矩的变化。当分子的偶极矩在振动过程中发生改变时，该振动模式才在红外光谱中显示出吸收。 群论在振动光谱分析中的应用： 群论是理解分子对称性和预测振动模式性质的强大工具。通过分析分子的点群，可以判断哪些振动模式是红外活性的，并预测其红外谱图的特征。 1.2 远红外光谱的独特性质 对低频振动的敏感性： 与中红外和近红外区域不同，远红外光谱主要集中于大位移、低频率的分子运动，这使得它特别适合研究： 分子骨架振动： 决定分子整体形状和刚性的振动。 分子间相互作用： 如氢键、范德华力、π-π堆积等，这些相互作用通常表现为低频振动。 晶格振动： 在固体材料中，晶格振动（声子）的频率分布常常落入远红外区域。 低聚物和聚合物的振动： 大分子或重复单元之间的连接振动，以及低聚物形成的特有振动模式。 与拉曼光谱的互补性： 远红外光谱和拉曼光谱是研究分子振动的两种主要方法。它们基于不同的物理原理（偶极矩变化 vs. 极化率变化），因此具有互补性。例如，对所有红外活性模式，拉曼光谱可能不显示；反之亦然。对于一些特殊的分子（如对称性很高的分子），它们的某些振动模式可能在红外和拉曼光谱中都不显示。 对水和溶剂的挑战与应对： 水和许多有机溶剂在远红外区域具有强烈的吸收，这给溶液体系的远红外光谱测量带来了挑战。本书将详细介绍各种应对策略，如使用低吸收溶剂、特殊设计的样品池、傅里叶变换技术和谱图扣除方法。 二、 仪器与测量技术 实现高质量的远红外光谱数据离不开先进的仪器设备和精密的测量技术。 2.1 远红外光谱仪的工作原理 傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）： FTIR是目前主流的远红外光谱仪。其核心部件是干涉仪（通常是Michelson干涉仪），它产生干涉条纹，然后通过傅里叶变换算法将干涉图转换为光谱。FTIR的优势在于： 高光谱分辨率： 能够区分细微的谱峰。 高灵敏度： 能够检测低浓度的物质。 快速扫描： 能够捕捉快速变化的样品。 优点： 远红外区域的能量相对较低，FTIR的“费尔吉特-皮尔奥原理”（Jacquinot advantage）和“多通道吞吐量”（Fellgett advantage）对于提高信噪比至关重要。 光源： 远红外光源需要产生覆盖目标区域的连续谱。常用的光源包括： 汞灯： 经典的远红外光源，但存在稳定性问题。 陶瓷灯（如 Globar）： 效率较高，稳定性好。 高压汞灯： 能量输出更强。 新型光源： 如同步辐射光源，提供极强的远红外辐射，适用于特殊应用。 探测器： 远红外探测器需要对低能量的远红外光敏感。 热释电探测器（如DTGS）： 常用且成本较低。 低温冷却探测器（如MCT, InSb）： 灵敏度更高，但需要制冷。 硅-朗格（Si-bolometer）： 适用于极低频和高真空环境。 分束器： 分束器的材料是远红外光谱仪的关键。 聚乙烯（Polyethylene）： 广泛应用于中远红外区域。 聚四氟乙烯（PTFE）： 适用于更长波的远红外。 金属丝网（Wire Grid Polarizer）： 适用于非常长的波长。 样品环境： 样品在测量时需要处于特定的环境中。 真空或惰性气体环境： 消除空气中水分和二氧化碳的吸收干扰。 温控样品池： 研究温度对分子振动的影响。 高压样品池： 研究压力对分子结构和相互作用的影响。 2.2 样品制备与测量技巧 固体样品： KBr压片法： 最常用的方法，但KBr在远红外有吸收。需要注意KBr的纯度和研磨细度。 聚乙烯薄膜法： 将样品分散在熔化的聚乙烯中制成薄膜，适用于不溶性样品，并且聚乙烯在远红外区域的吸收较小。 表面反射法/衰减全反射（ATR）法： 适用于无法制成透射样品的情况，但通常信噪比较低。 液体样品： NaCl或KBr窗口样品池： 适用于中性样品，但溶剂吸收是主要问题。 使用低吸收溶剂： 如四氯化碳（CCl₄）、二硫化碳（CS₂）等。 同位素标记溶剂： 如D₂O，以降低谱峰重叠。 气体样品： 长程吸收池： 增加气体在红外光程，提高灵敏度。 特殊样品： 粉末样品： 需要充分研磨，确保粒径均匀，以减少散射效应。 薄膜样品： 可以直接测量，或通过ATR法测量。 三、 数据解析与谱图分析 远红外光谱数据的准确解析是获得有效信息的前提。 3.1 谱峰归属与定性分析 特征吸收峰： 远红外区域的吸收峰通常对应于特定官能团的骨架振动、大分子骨架运动、分子间作用力的振动等。 数据库比对： 将未知样品的光谱与标准物质的数据库进行比对，是鉴定物质成分的常用方法。 量子化学计算： 通过密度泛函理论（DFT）等量子化学方法，可以计算分子的振动频率和振动模式。将计算结果与实验谱图进行对比，可以提供非常有力的谱峰归属依据。 优化几何构型： 首先需要优化分子的几何构型，获得能量最低的稳定构象。 计算振动频率： 对优化后的分子进行频率计算，获得所有简正振动的频率。 振动模式可视化： 可视化计算得到的振动模式，直观地理解每个谱峰对应的原子运动。 频率校准（Scaling Factors）： 由于计算方法和基组的选择会引入系统误差，计算得到的频率通常需要乘以一个“缩放因子”（Scaling Factor）才能与实验频率更好地匹配。 关联分析： 将远红外谱图与中红外、拉曼光谱，以及核磁共振（NMR）等其他谱学信息相结合，进行综合分析，可以更准确地确定分子结构和化学环境。 3.2 定量分析方法 朗伯-比尔定律： 在一定条件下，溶液或薄膜样品中物质的吸光度与浓度成正比（A = εbc）。通过建立标准曲线，可以进行定量分析。 谱峰积分面积： 远红外谱峰的积分面积与样品中相应组分的含量成正比。 多变量分析： 对于复杂的混合物体系，如聚合物共混物、药物制剂等，可以采用主成分分析（PCA）、偏最小二乘法（PLS）等多元统计分析方法，从谱图中提取与各组分含量相关的化学信息，实现定量或半定量分析。 3.3 谱图处理技术 基线校正： 消除仪器或样品本身的基线漂移，使谱峰更清晰。 平滑处理： 减少噪声，使谱图看起来更平滑。但需注意过度平滑可能导致谱峰展宽和信息丢失。 谱峰拟合： 对重叠的谱峰进行分离和拟合，提取单个谱峰的参数（如峰高、峰宽、峰面积）。 导数谱图： 计算谱图的一阶或二阶导数，可以增强谱峰的边缘信息，有助于精确定位峰顶位置，甚至区分出非常接近的重叠峰。 四、 技术应用领域 远红外光谱以其独特的优势，在众多领域展现出强大的应用潜力。 4.1 材料科学与工程 聚合物研究： 结构鉴别与表征： 远红外光谱能够区分不同类型聚合物的骨架结构、立体规整度、结晶度以及顺反异构体。 分子链动力学： 研究聚合物链的转动、振动行为，以及链段的运动。 共混物与复合材料： 分析聚合物共混物的相容性、界面相互作用，以及复合材料中填料与基体之间的相互作用。 老化与降解： 监测聚合物在老化过程中发生的化学键断裂、交联等变化。 晶体与矿物学： 晶体结构分析： 远红外光谱对晶格振动高度敏感，可以用于研究晶体的对称性、晶格畸变、相变等。 矿物鉴别： 远红外光谱可以作为矿物鉴定的有力工具，尤其是在区分结构相似的矿物时。 多晶型研究： 不同晶型的化合物在远红外光谱中会表现出明显的差异，可用于多晶型研究。 无机材料： 氧化物、硫化物、氮化物等： 研究这些材料的骨架振动、配位环境，以及它们在催化、电子器件等领域的性能。 金属有机框架（MOFs）和配位聚合物： 研究金属-配体之间的相互作用，以及孔道内客体分子的振动行为。 半导体材料： 缺陷分析： 远红外光谱可以探测半导体材料中的浅能级杂质和点缺陷引起的低频振动。 晶格动力学： 研究半导体材料的晶格振动模式，为理解其热学、电学性能提供依据。 4.2 生物医学与生命科学 生物大分子研究： 蛋白质和核酸： 远红外光谱能够探测蛋白质的低频骨架振动、二级结构（如α-螺旋、β-折叠）的整体运动，以及DNA/RNA的构象变化。 分子识别与结合： 研究蛋白质-配体、抗原-抗体等相互作用导致的远红外谱图变化，从而揭示结合的机制和亲和力。 水合作用： 远红外光谱对水分子和生物大分子之间氢键网络的敏感性，使其成为研究水合作用的有效工具。 药物研究： 药物晶型鉴定： 远红外光谱是鉴定药物多晶型的重要手段，不同晶型在远红外区有显著的谱峰差异。 药物-辅料相互作用： 研究药物与制剂辅料之间的物理化学相互作用，预测药物的稳定性和释放行为。 药物分析与质量控制： 用于药物原料和成品的快速、无损检测。 疾病诊断： 生物标志物检测： 某些疾病状态下，生物体液（如血液、尿液）或组织中可能存在特定的远红外光谱特征。研究这些特征，有望开发新的非侵入性或微创性诊断方法。 组织成分分析： 远红外光谱可以提供关于组织中脂质、蛋白质、核酸等成分的信息，用于癌症等疾病的研究。 4.3 化学与环境科学 催化剂研究： 催化剂表面物种： 远红外光谱可以探测催化剂表面吸附的分子、活性位点的振动模式，以及它们在反应过程中的演变。 负载型催化剂： 研究催化剂载体与活性组分之间的相互作用。 环境监测： 气体污染物分析： 远红外光谱可以用于痕量气体污染物（如温室气体、挥发性有机化合物VOCs）的检测和定量。 水质分析： 研究水中特定物质（如某些有机污染物、无机离子）的振动特征。 土壤和沉积物分析： 了解土壤和沉积物中的矿物成分、有机质组成及其变化。 有机合成： 反应进程监测： 实时监测有机反应过程中产物、中间体和副产物的生成与消失。 结构鉴定： 确认合成产物的结构，尤其是在低频振动区域有特征吸收的化合物。 食品科学： 成分分析： 研究食品中的脂肪、蛋白质、碳水化合物等成分，以及它们的相互作用。 品质评价： 如脂肪酸的组成、蛋白质的变性程度等。 掺假检测： 识别食品中的非法添加物或劣质原料。 五、 前沿进展与未来展望 高分辨率远红外光谱技术： 随着仪器分辨率的不断提高，未来有望解析更精细的分子振动信息，例如区分同分异构体、研究分子的低频转动能级。 显微远红外光谱： 将远红外光谱与显微技术结合，实现对微小样品区域的成像和谱学分析，为材料表面、细胞等微观结构的研究提供可能。 原位与时间分辨远红外光谱： 开发能够原位（在反应条件下）和时间分辨地监测分子振动的方法，将极大地推动对动态过程（如化学反应、生物过程）的理解。 与计算化学的深度融合： 借助更强大的计算能力和更先进的计算方法，实现理论计算与实验光谱的更加紧密的结合，加速谱图解析和结构确证。 多维远红外光谱： 发展双维度（2D）或多维度远红外光谱技术，可以捕捉不同振动模式之间的耦合关系，为揭示复杂分子体系提供更深层次的信息。 自动化与智能化应用： 将机器学习和人工智能引入远红外光谱数据分析，实现谱图的自动化解析、模式识别和质量控制，提高应用效率。 结论： 《远红外光谱及技术应用》一书，旨在系统性地介绍远红外光谱学的基本原理、仪器技术、数据处理方法，并广泛地涵盖其在材料科学、生命科学、化学、环境科学等诸多领域的最新应用。通过深入学习本书，读者将能够掌握远红外光谱这一强大而独特的分析工具，并将其有效地应用于自己的科研和工程实践中，从而在各自的研究领域取得突破。本书为广大科研工作者、工程师以及对光谱分析感兴趣的学生提供了一份全面、深入的学习资源。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对新材料和前沿科技略有了解的爱好者，我一直关注着光谱技术的发展。当我在书店看到《预售 远红外光谱及技术应用》这本书时，立刻被吸引住了。我常常思考，我们看到的物质世界，其背后的微观结构是如何运作的？而远红外光谱，我理解它似乎能够探测到分子键的振动，从而揭示物质的独特“指纹”。这对于材料科学的研究，比如新型高分子材料、纳米材料的表征，无疑是至关重要的。我更想了解的是，这本书在“技术应用”方面，是否会涵盖一些最新的研究成果和突破性的进展。比如，在能源领域，它能否帮助我们优化太阳能电池材料？在食品安全方面，是否可以用于检测添加剂或伪劣产品？我对这本书寄予厚望，希望能从中汲取到前沿的知识，为我今后的学习和思考提供新的方向和灵感。

评分☆☆☆☆☆

我一直对自然界的奥秘充满好奇，尤其是在物理层面，总觉得还有很多未被揭示的真相。最近偶然在书店看到了这本《预售 远红外光谱及技术应用》，书名本身就带着一种科技探索的神秘感。虽然我不是专业的科研人员，但我对光谱学有着浓厚的兴趣，特别是远红外部分，总觉得它隐藏着很多关于物质结构和相互作用的关键信息。这本书给我的第一印象是厚重且内容详实，封面设计也比较符合科学出版社一贯的严谨风格。我非常期待能够通过这本书，更深入地了解远红外光谱的原理，以及它在不同领域的实际应用。想象一下，它可能能够帮助我们理解某些材料的微观性质，或者在医疗诊断、环境保护甚至天文学研究中扮演重要角色。我迫不及待地想翻开它，看看那些复杂的图表和深入的分析，能否为我揭示更多关于宇宙和物质的秘密。这本书无疑为我打开了一扇新的认知大门，让我对科学的探索之旅充满期待。

评分☆☆☆☆☆

我一直对科学的进步保持着高度的关注，特别是那些能够直接影响我们生产生活的技术。当我在书店的科学专区看到《预售 远红外光谱及技术应用》这本书时，立刻被它所蕴含的科技力量所吸引。书名中的“远红外光谱”听起来就充满了神秘感，而“技术应用”则直指其潜在的实际价值。我很好奇，这种光谱技术究竟能给我们带来哪些具体的改变？它是否能在我们日常生活中解决一些棘手的问题？比如，我曾听说远红外线具有一定的保健作用，不知道这本书中是否会涉及这方面的研究？或者在工业制造领域，它能否提高生产效率，降低成本？甚至在环境保护方面，它是否能为我们提供更有效的监测手段？我希望能在这本书中找到这些问题的答案，并对远红外光谱技术有一个全面而深刻的认识，了解它在现代科技发展中的地位和作用。

评分☆☆☆☆☆

这次偶然的发现，让我对“远红外光谱”这个词产生了浓厚的兴趣。我之前对光谱分析有过一些接触，但更多是集中在可见光和紫外光部分。远红外光谱听起来就有一种更深邃、更根本的探测能力，似乎能够触及到物质更本质的振动模式。这本书的标题《预售 远红外光谱及技术应用》让我觉得它不仅仅是一本理论书籍，更是一本能够指导实践的实用指南。我最感兴趣的是它提到的“技术应用”部分。我想知道，这种技术究竟能解决哪些现实世界中的问题？例如，在工业生产中，它是否能用于质量控制或成分分析？在环境监测方面，能否帮助我们检测污染物？甚至在医学领域，是否能为疾病诊断提供新的手段？我对这些实际应用充满了遐想，希望这本书能够提供丰富的案例和具体的方法，让我能够清晰地看到远红外光谱的强大力量，以及它如何改变我们的生活和科技的面貌。

评分☆☆☆☆☆

在琳琅满目的科学书籍中，《预售 远红外光谱及技术应用》这本书的书名着实引起了我的注意。我并非科班出身，但一直对事物背后的原理和运行机制抱有浓厚的兴趣。远红外光谱，这个概念对我来说既熟悉又陌生。我隐约记得它与热辐射、分子振动有关，但具体的细节和广泛的应用场景却了解不多。这本书的出现，恰好填补了我知识上的空白。我特别期待它能够用清晰易懂的语言，解释清楚远红外光谱的物理基础，例如它为什么能够探测到特定的分子信息，以及不同的物质在远红外区域会有怎样的光谱特征。而“技术应用”部分，更是我关注的焦点。我想了解，这项技术是如何在科研、工业、医药等各个领域发挥作用的，是否有一些颠覆性的应用案例，能够让我惊叹于科学的无限可能。