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劉建學 著

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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030545855

商品編碼：29943840191

包裝：平裝

齣版時間：2018-03-01

圖書基本信息
圖書名稱	遠紅外光譜及技術應用
作者	劉建學
定價	78.00元
齣版社	科學齣版社
ISBN	9787030545855
齣版日期	2018-03-01
字數
頁碼
版次	31
裝幀	平裝
開本
商品重量	0.4Kg

內容簡介

本書結閤外遠紅外技術研究現狀，總結瞭該領域的**科技成果，融入瞭本團隊一直以來在遠紅外技術及其應用技術方麵的研究成果，是一本以遠紅外輻射技術、遠紅外光譜分析技術及其應用技術為主的較全麵的遠紅外光譜技術方麵的工具書或參考書。本書主要介紹遠紅外形成機理及其基礎理論、遠紅外發射材料、適用於不同應用類型的遠紅外復閤材料、遠紅外發熱元件及技術、遠紅外光譜及其分析技術以及各應用技術等。

作者簡介

目錄

編輯推薦

文摘

序言

《遠紅外光譜及技術應用》 一、 核心理論基礎 本書深入探討瞭遠紅外光譜這一重要的分子振動光譜技術。遠紅外區域（通常指10 cm⁻¹至400 cm⁻¹，即6.67 μm至1000 μm的波長範圍）的電磁波能夠激發分子的低頻轉動和骨架振動。這些低頻振動模式對分子的三維結構、分子間相互作用以及晶體結構中的低聚物、聚閤物和晶格振動尤為敏感。 1.1 分子振動光譜原理 revisited 簡諧振動近似與非簡諧振動： 經典力學將分子振動視為簡諧振子，但實際分子振動存在非簡諧性。遠紅外光譜探測的正是這種低頻、幅度較大的振動，其非簡諧性更加顯著，這為研究分子相互作用提供瞭更豐富的綫索。 振動模式的簡正坐標分析： 通過對分子進行簡正坐標分析，可以計算齣所有可能的振動模式。對於較大的分子和復雜的體係，遠紅外區域的振動模式尤其具有代錶性，能反映齣整體結構特徵。 吸收與散射的機製： 在遠紅外光譜中，分子吸收特定頻率的遠紅外光，從而躍遷到更高的轉動或振動能級。這一過程依賴於分子振動時偶極矩的變化。當分子的偶極矩在振動過程中發生改變時，該振動模式纔在紅外光譜中顯示齣吸收。 群論在振動光譜分析中的應用： 群論是理解分子對稱性和預測振動模式性質的強大工具。通過分析分子的點群，可以判斷哪些振動模式是紅外活性的，並預測其紅外譜圖的特徵。 1.2 遠紅外光譜的獨特性質 對低頻振動的敏感性： 與中紅外和近紅外區域不同，遠紅外光譜主要集中於大位移、低頻率的分子運動，這使得它特彆適閤研究： 分子骨架振動： 決定分子整體形狀和剛性的振動。 分子間相互作用： 如氫鍵、範德華力、π-π堆積等，這些相互作用通常錶現為低頻振動。 晶格振動： 在固體材料中，晶格振動（聲子）的頻率分布常常落入遠紅外區域。 低聚物和聚閤物的振動： 大分子或重復單元之間的連接振動，以及低聚物形成的特有振動模式。 與拉曼光譜的互補性： 遠紅外光譜和拉曼光譜是研究分子振動的兩種主要方法。它們基於不同的物理原理（偶極矩變化 vs. 極化率變化），因此具有互補性。例如，對所有紅外活性模式，拉曼光譜可能不顯示；反之亦然。對於一些特殊的分子（如對稱性很高的分子），它們的某些振動模式可能在紅外和拉曼光譜中都不顯示。 對水和溶劑的挑戰與應對： 水和許多有機溶劑在遠紅外區域具有強烈的吸收，這給溶液體係的遠紅外光譜測量帶來瞭挑戰。本書將詳細介紹各種應對策略，如使用低吸收溶劑、特殊設計的樣品池、傅裏葉變換技術和譜圖扣除方法。 二、 儀器與測量技術 實現高質量的遠紅外光譜數據離不開先進的儀器設備和精密的測量技術。 2.1 遠紅外光譜儀的工作原理 傅裏葉變換紅外光譜儀（FTIR）： FTIR是目前主流的遠紅外光譜儀。其核心部件是乾涉儀（通常是Michelson乾涉儀），它産生乾涉條紋，然後通過傅裏葉變換算法將乾涉圖轉換為光譜。FTIR的優勢在於： 高光譜分辨率： 能夠區分細微的譜峰。 高靈敏度： 能夠檢測低濃度的物質。 快速掃描： 能夠捕捉快速變化的樣品。 優點： 遠紅外區域的能量相對較低，FTIR的“費爾吉特-皮爾奧原理”（Jacquinot advantage）和“多通道吞吐量”（Fellgett advantage）對於提高信噪比至關重要。 光源： 遠紅外光源需要産生覆蓋目標區域的連續譜。常用的光源包括： 汞燈： 經典的遠紅外光源，但存在穩定性問題。 陶瓷燈（如 Globar）： 效率較高，穩定性好。 高壓汞燈： 能量輸齣更強。 新型光源： 如同步輻射光源，提供極強的遠紅外輻射，適用於特殊應用。 探測器： 遠紅外探測器需要對低能量的遠紅外光敏感。 熱釋電探測器（如DTGS）： 常用且成本較低。 低溫冷卻探測器（如MCT, InSb）： 靈敏度更高，但需要製冷。 矽-朗格（Si-bolometer）： 適用於極低頻和高真空環境。 分束器： 分束器的材料是遠紅外光譜儀的關鍵。 聚乙烯（Polyethylene）： 廣泛應用於中遠紅外區域。 聚四氟乙烯（PTFE）： 適用於更長波的遠紅外。 金屬絲網（Wire Grid Polarizer）： 適用於非常長的波長。 樣品環境： 樣品在測量時需要處於特定的環境中。 真空或惰性氣體環境： 消除空氣中水分和二氧化碳的吸收乾擾。 溫控樣品池： 研究溫度對分子振動的影響。 高壓樣品池： 研究壓力對分子結構和相互作用的影響。 2.2 樣品製備與測量技巧 固體樣品： KBr壓片法： 最常用的方法，但KBr在遠紅外有吸收。需要注意KBr的純度和研磨細度。 聚乙烯薄膜法： 將樣品分散在熔化的聚乙烯中製成薄膜，適用於不溶性樣品，並且聚乙烯在遠紅外區域的吸收較小。 錶麵反射法/衰減全反射（ATR）法： 適用於無法製成透射樣品的情況，但通常信噪比較低。 液體樣品： NaCl或KBr窗口樣品池： 適用於中性樣品，但溶劑吸收是主要問題。 使用低吸收溶劑： 如四氯化碳（CCl₄）、二硫化碳（CS₂）等。 同位素標記溶劑： 如D₂O，以降低譜峰重疊。 氣體樣品： 長程吸收池： 增加氣體在紅外光程，提高靈敏度。 特殊樣品： 粉末樣品： 需要充分研磨，確保粒徑均勻，以減少散射效應。 薄膜樣品： 可以直接測量，或通過ATR法測量。 三、 數據解析與譜圖分析 遠紅外光譜數據的準確解析是獲得有效信息的前提。 3.1 譜峰歸屬與定性分析 特徵吸收峰： 遠紅外區域的吸收峰通常對應於特定官能團的骨架振動、大分子骨架運動、分子間作用力的振動等。 數據庫比對： 將未知樣品的光譜與標準物質的數據庫進行比對，是鑒定物質成分的常用方法。 量子化學計算： 通過密度泛函理論（DFT）等量子化學方法，可以計算分子的振動頻率和振動模式。將計算結果與實驗譜圖進行對比，可以提供非常有力的譜峰歸屬依據。 優化幾何構型： 首先需要優化分子的幾何構型，獲得能量最低的穩定構象。 計算振動頻率： 對優化後的分子進行頻率計算，獲得所有簡正振動的頻率。 振動模式可視化： 可視化計算得到的振動模式，直觀地理解每個譜峰對應的原子運動。 頻率校準（Scaling Factors）： 由於計算方法和基組的選擇會引入係統誤差，計算得到的頻率通常需要乘以一個“縮放因子”（Scaling Factor）纔能與實驗頻率更好地匹配。 關聯分析： 將遠紅外譜圖與中紅外、拉曼光譜，以及核磁共振（NMR）等其他譜學信息相結閤，進行綜閤分析，可以更準確地確定分子結構和化學環境。 3.2 定量分析方法 朗伯-比爾定律： 在一定條件下，溶液或薄膜樣品中物質的吸光度與濃度成正比（A = εbc）。通過建立標準麯綫，可以進行定量分析。 譜峰積分麵積： 遠紅外譜峰的積分麵積與樣品中相應組分的含量成正比。 多變量分析： 對於復雜的混閤物體係，如聚閤物共混物、藥物製劑等，可以采用主成分分析（PCA）、偏最小二乘法（PLS）等多元統計分析方法，從譜圖中提取與各組分含量相關的化學信息，實現定量或半定量分析。 3.3 譜圖處理技術 基綫校正： 消除儀器或樣品本身的基綫漂移，使譜峰更清晰。 平滑處理： 減少噪聲，使譜圖看起來更平滑。但需注意過度平滑可能導緻譜峰展寬和信息丟失。 譜峰擬閤： 對重疊的譜峰進行分離和擬閤，提取單個譜峰的參數（如峰高、峰寬、峰麵積）。 導數譜圖： 計算譜圖的一階或二階導數，可以增強譜峰的邊緣信息，有助於精確定位峰頂位置，甚至區分齣非常接近的重疊峰。 四、 技術應用領域 遠紅外光譜以其獨特的優勢，在眾多領域展現齣強大的應用潛力。 4.1 材料科學與工程 聚閤物研究： 結構鑒彆與錶徵： 遠紅外光譜能夠區分不同類型聚閤物的骨架結構、立體規整度、結晶度以及順反異構體。 分子鏈動力學： 研究聚閤物鏈的轉動、振動行為，以及鏈段的運動。 共混物與復閤材料： 分析聚閤物共混物的相容性、界麵相互作用，以及復閤材料中填料與基體之間的相互作用。 老化與降解： 監測聚閤物在老化過程中發生的化學鍵斷裂、交聯等變化。 晶體與礦物學： 晶體結構分析： 遠紅外光譜對晶格振動高度敏感，可以用於研究晶體的對稱性、晶格畸變、相變等。 礦物鑒彆： 遠紅外光譜可以作為礦物鑒定的有力工具，尤其是在區分結構相似的礦物時。 多晶型研究： 不同晶型的化閤物在遠紅外光譜中會錶現齣明顯的差異，可用於多晶型研究。 無機材料： 氧化物、硫化物、氮化物等： 研究這些材料的骨架振動、配位環境，以及它們在催化、電子器件等領域的性能。 金屬有機框架（MOFs）和配位聚閤物： 研究金屬-配體之間的相互作用，以及孔道內客體分子的振動行為。 半導體材料： 缺陷分析： 遠紅外光譜可以探測半導體材料中的淺能級雜質和點缺陷引起的低頻振動。 晶格動力學： 研究半導體材料的晶格振動模式，為理解其熱學、電學性能提供依據。 4.2 生物醫學與生命科學 生物大分子研究： 蛋白質和核酸： 遠紅外光譜能夠探測蛋白質的低頻骨架振動、二級結構（如α-螺鏇、β-摺疊）的整體運動，以及DNA/RNA的構象變化。 分子識彆與結閤： 研究蛋白質-配體、抗原-抗體等相互作用導緻的遠紅外譜圖變化，從而揭示結閤的機製和親和力。 水閤作用： 遠紅外光譜對水分子和生物大分子之間氫鍵網絡的敏感性，使其成為研究水閤作用的有效工具。 藥物研究： 藥物晶型鑒定： 遠紅外光譜是鑒定藥物多晶型的重要手段，不同晶型在遠紅外區有顯著的譜峰差異。 藥物-輔料相互作用： 研究藥物與製劑輔料之間的物理化學相互作用，預測藥物的穩定性和釋放行為。 藥物分析與質量控製： 用於藥物原料和成品的快速、無損檢測。 疾病診斷： 生物標誌物檢測： 某些疾病狀態下，生物體液（如血液、尿液）或組織中可能存在特定的遠紅外光譜特徵。研究這些特徵，有望開發新的非侵入性或微創性診斷方法。 組織成分分析： 遠紅外光譜可以提供關於組織中脂質、蛋白質、核酸等成分的信息，用於癌癥等疾病的研究。 4.3 化學與環境科學 催化劑研究： 催化劑錶麵物種： 遠紅外光譜可以探測催化劑錶麵吸附的分子、活性位點的振動模式，以及它們在反應過程中的演變。 負載型催化劑： 研究催化劑載體與活性組分之間的相互作用。 環境監測： 氣體汙染物分析： 遠紅外光譜可以用於痕量氣體汙染物（如溫室氣體、揮發性有機化閤物VOCs）的檢測和定量。 水質分析： 研究水中特定物質（如某些有機汙染物、無機離子）的振動特徵。 土壤和沉積物分析： 瞭解土壤和沉積物中的礦物成分、有機質組成及其變化。 有機閤成： 反應進程監測： 實時監測有機反應過程中産物、中間體和副産物的生成與消失。 結構鑒定： 確認閤成産物的結構，尤其是在低頻振動區域有特徵吸收的化閤物。 食品科學： 成分分析： 研究食品中的脂肪、蛋白質、碳水化閤物等成分，以及它們的相互作用。 品質評價： 如脂肪酸的組成、蛋白質的變性程度等。 摻假檢測： 識彆食品中的非法添加物或劣質原料。 五、 前沿進展與未來展望 高分辨率遠紅外光譜技術： 隨著儀器分辨率的不斷提高，未來有望解析更精細的分子振動信息，例如區分同分異構體、研究分子的低頻轉動能級。 顯微遠紅外光譜： 將遠紅外光譜與顯微技術結閤，實現對微小樣品區域的成像和譜學分析，為材料錶麵、細胞等微觀結構的研究提供可能。 原位與時間分辨遠紅外光譜： 開發能夠原位（在反應條件下）和時間分辨地監測分子振動的方法，將極大地推動對動態過程（如化學反應、生物過程）的理解。 與計算化學的深度融閤： 藉助更強大的計算能力和更先進的計算方法，實現理論計算與實驗光譜的更加緊密的結閤，加速譜圖解析和結構確證。 多維遠紅外光譜： 發展雙維度（2D）或多維度遠紅外光譜技術，可以捕捉不同振動模式之間的耦閤關係，為揭示復雜分子體係提供更深層次的信息。 自動化與智能化應用： 將機器學習和人工智能引入遠紅外光譜數據分析，實現譜圖的自動化解析、模式識彆和質量控製，提高應用效率。 結論： 《遠紅外光譜及技術應用》一書，旨在係統性地介紹遠紅外光譜學的基本原理、儀器技術、數據處理方法，並廣泛地涵蓋其在材料科學、生命科學、化學、環境科學等諸多領域的最新應用。通過深入學習本書，讀者將能夠掌握遠紅外光譜這一強大而獨特的分析工具，並將其有效地應用於自己的科研和工程實踐中，從而在各自的研究領域取得突破。本書為廣大科研工作者、工程師以及對光譜分析感興趣的學生提供瞭一份全麵、深入的學習資源。

评分☆☆☆☆☆

我一直對科學的進步保持著高度的關注，特彆是那些能夠直接影響我們生産生活的技術。當我在書店的科學專區看到《預售 遠紅外光譜及技術應用》這本書時，立刻被它所蘊含的科技力量所吸引。書名中的“遠紅外光譜”聽起來就充滿瞭神秘感，而“技術應用”則直指其潛在的實際價值。我很好奇，這種光譜技術究竟能給我們帶來哪些具體的改變？它是否能在我們日常生活中解決一些棘手的問題？比如，我曾聽說遠紅外綫具有一定的保健作用，不知道這本書中是否會涉及這方麵的研究？或者在工業製造領域，它能否提高生産效率，降低成本？甚至在環境保護方麵，它是否能為我們提供更有效的監測手段？我希望能在這本書中找到這些問題的答案，並對遠紅外光譜技術有一個全麵而深刻的認識，瞭解它在現代科技發展中的地位和作用。

评分☆☆☆☆☆

在琳琅滿目的科學書籍中，《預售 遠紅外光譜及技術應用》這本書的書名著實引起瞭我的注意。我並非科班齣身，但一直對事物背後的原理和運行機製抱有濃厚的興趣。遠紅外光譜，這個概念對我來說既熟悉又陌生。我隱約記得它與熱輻射、分子振動有關，但具體的細節和廣泛的應用場景卻瞭解不多。這本書的齣現，恰好填補瞭我知識上的空白。我特彆期待它能夠用清晰易懂的語言，解釋清楚遠紅外光譜的物理基礎，例如它為什麼能夠探測到特定的分子信息，以及不同的物質在遠紅外區域會有怎樣的光譜特徵。而“技術應用”部分，更是我關注的焦點。我想瞭解，這項技術是如何在科研、工業、醫藥等各個領域發揮作用的，是否有一些顛覆性的應用案例，能夠讓我驚嘆於科學的無限可能。

评分☆☆☆☆☆

我一直對自然界的奧秘充滿好奇，尤其是在物理層麵，總覺得還有很多未被揭示的真相。最近偶然在書店看到瞭這本《預售 遠紅外光譜及技術應用》，書名本身就帶著一種科技探索的神秘感。雖然我不是專業的科研人員，但我對光譜學有著濃厚的興趣，特彆是遠紅外部分，總覺得它隱藏著很多關於物質結構和相互作用的關鍵信息。這本書給我的第一印象是厚重且內容詳實，封麵設計也比較符閤科學齣版社一貫的嚴謹風格。我非常期待能夠通過這本書，更深入地瞭解遠紅外光譜的原理，以及它在不同領域的實際應用。想象一下，它可能能夠幫助我們理解某些材料的微觀性質，或者在醫療診斷、環境保護甚至天文學研究中扮演重要角色。我迫不及待地想翻開它，看看那些復雜的圖錶和深入的分析，能否為我揭示更多關於宇宙和物質的秘密。這本書無疑為我打開瞭一扇新的認知大門，讓我對科學的探索之旅充滿期待。

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這次偶然的發現，讓我對“遠紅外光譜”這個詞産生瞭濃厚的興趣。我之前對光譜分析有過一些接觸，但更多是集中在可見光和紫外光部分。遠紅外光譜聽起來就有一種更深邃、更根本的探測能力，似乎能夠觸及到物質更本質的振動模式。這本書的標題《預售 遠紅外光譜及技術應用》讓我覺得它不僅僅是一本理論書籍，更是一本能夠指導實踐的實用指南。我最感興趣的是它提到的“技術應用”部分。我想知道，這種技術究竟能解決哪些現實世界中的問題？例如，在工業生産中，它是否能用於質量控製或成分分析？在環境監測方麵，能否幫助我們檢測汙染物？甚至在醫學領域，是否能為疾病診斷提供新的手段？我對這些實際應用充滿瞭遐想，希望這本書能夠提供豐富的案例和具體的方法，讓我能夠清晰地看到遠紅外光譜的強大力量，以及它如何改變我們的生活和科技的麵貌。

评分☆☆☆☆☆

作為一名對新材料和前沿科技略有瞭解的愛好者，我一直關注著光譜技術的發展。當我在書店看到《預售 遠紅外光譜及技術應用》這本書時，立刻被吸引住瞭。我常常思考，我們看到的物質世界，其背後的微觀結構是如何運作的？而遠紅外光譜，我理解它似乎能夠探測到分子鍵的振動，從而揭示物質的獨特“指紋”。這對於材料科學的研究，比如新型高分子材料、納米材料的錶徵，無疑是至關重要的。我更想瞭解的是，這本書在“技術應用”方麵，是否會涵蓋一些最新的研究成果和突破性的進展。比如，在能源領域，它能否幫助我們優化太陽能電池材料？在食品安全方麵，是否可以用於檢測添加劑或僞劣産品？我對這本書寄予厚望，希望能從中汲取到前沿的知識，為我今後的學習和思考提供新的方嚮和靈感。