反射衰减

反射衰减（精选3篇）

反射衰减 篇1

农药在促进农林牧业发展以及人们对农副产品的需求方面,发挥了显著作用,同时农药带来的污染对环境和人体健康的危害越来越明显。人食用了残留有农药的食品后,药物就会在体内累积,达到一定剂量后,便造成人体急行或慢性中毒[1]。目前检测果蔬的农药残留普遍采用化学方法,但样品的前处理过程繁琐、消耗试剂、耗时长,无法实现现代快速、绿色检测的需要。本文的主要内容是尝试利用红外光谱检测技术为蔬菜农药残留的直接检测做基础性研究。

1 红外光谱分析技术的基础理论

量子力学的理论[2]提出:分子振动的频率包括基频、各级倍频和各种合频。对环境中频率与分子的基频、倍频与合频相同的电磁波,可通过共振被分子吸收。中红外谱区与分子的基频频率相一致,而近红外谱区与分子的倍频、合频频率相一致。用近红外光照射分子(辐射的能量不足以引起电子能级的跃迁,只能引起转动或振动能级跃迁),所得到的吸收光谱被称为振动转动光谱或者近红外吸收光谱。由有机物中不同键伸缩振动和弯曲振动力的常数范围可推算出,有机物基频吸收的波数范围约在中红外区。而分子在中红外谱区的吸收是由于振动状态在相邻振动能级之间的跃迁而形成的。吸收近红外光和中红外光的分子是含氢化学基团,这些基团产生的光谱吸收峰和强度不同。因此,具有不同吸收峰的光谱就对应了含有不同基团的被测样品。根据朗伯-比尔定律的基础理论,随着样品的结构或者数量的变化,相应的反射光谱也发生变化[3]。这就是红外光谱分析技术的基础理论。

2 农药残留红外检测方法

选用农业上常用的有机磷类农药敌百虫、敌敌畏作为研究对象。由于近年来,一些不法商贩大量超标施用此类农药,且高出标准要求许多倍,甚至一两个数量级[4],故对这两种农药的检测对检查超标使用禁用农药有一定的积极意义。敌敌畏是无色至琥珀色液体,能与大多数有机溶剂和气溶胶推进剂混溶。我国对农产品中残留敌敌畏的限量标准是:原粮0.1,蔬菜,水果0.2,食用油中不得检出[5]。敌百虫是白色结晶粉末,其的限量标准是:原粮、蔬菜、水果0.1[5]。根据这两种农药的理化性质,为方便配置样品,选择常用试剂氯仿作为制备敌敌畏样品的溶剂,蒸馏水作为制备敌百虫样品的溶剂。

2.1 两种农药的普带归属

各种化合物红外光谱谱带的不同与它们所代表的各种振动形式的频率之间成一定的规律。因为谱带波数的多少与化学键的强弱成正比,与振动涉及的原子的折合质量成反比,因此,吸收频率越高的即为价键越强的。故由两种农药的分子结构式可以分析出它们大致的谱带归属[6],如表1所示。

2.2 两种农药的红外特征吸收情况

将适量农药(敌敌畏和敌百虫)分别溶于强挥发性溶剂丙酮,再把适量的农药丙酮溶液分别涂在傅里叶光谱仪附件液体ATR晶体表面,待丙酮完全挥发后,便有一层农药薄膜附着于晶体表面。检测这层薄膜得到的光谱信息可视作农药纯品的光谱,这种获取红外光谱的方法称作涂片法。再由涂片法实测,得到了农药敌敌畏和敌百虫纯品的中红外谱图,如图1所示。

两种农药在中红外波段的特征吸收位置,如表2所示。

同样地,用涂片法检测了两种农药纯品的近红外光谱(在石英窗上涂片),但没有观测到明显吸收(见图2)。

由实际检测到的农药纯品光谱可见,在近红外波段,两种农药的吸收率很低,由于分子振动具有倍频、合频吸收及其线性组合特性,吸收光谱曲线平缓,特征性不强。而在中红外波段,敌敌畏、敌百虫分别在1268.2cm-1,1155.2cm-1,1045.7cm-1,984.1cm-1,865.1cm-1,1178.4cm-1;1235.0cm-1,1176.0cm-1,1097.9cm-1,1047.7cm-1位置出现了特征吸收,这与农药分子化学键官能团的谱带归属相吻合。并且敌敌畏、敌百虫分别在1295.3cm-1,1147.3cm-1,1055.6cm-1984.4cm-1;1225.1cm-1,1147.3cm-1位置呈现出特征峰吸收强烈的特点。可见这两种农药在中红外波段指纹区的特征性明显,可以实现中红外方法的检测。

3 农药残留红外检测方法的分析

分别检测相同浓度(10000ppm)的敌百虫水果溶液和水溶液的吸光度数据(如图3)。可见,在这两种溶剂中,敌百虫的特征吸收峰位置都很明显。实验结果显示:农药敌百虫在两种溶剂中的吸收峰位置完全吻合;在水果汁中的吸光度略低于在蒸馏水溶液中的,认为是未滤除的水果纤维等杂质的吸收造成的影响。

因此,得出结论:在中红外波段,农药在果汁中的特征吸收基本可以完全反应其在标准试剂中的特征吸收,也即可以用农药在标准试剂中的吸收情况反应其在水果中的吸收情况,并证明了利用中红外技术检测水果中的农药可以排除色素等原因的干扰,既而说明实验的可操作性。

4 中红外衰减全反射方法检测农药溶液的实验设计

实验仪器:

本文实验用到的是Perkin Elmer Spectrum GXL FT-IR光谱仪自带的投射式水平衰减全反射附件(Though Attenuated Total Reflection Accessory,简称ATR),用于检测液体样品。该附件所采用的晶体为硒化锌(ZnSe),其折射率为2.4,适用波长为17000-650cml。ATR采用的方法是:多重衰减全反射,以45°角入射,全反射次数为12次。使用该附件进行测量的光路结构,如图4所示。

样品情况;

本课题侧重于研究中红外衰减全反射(ATR)方法的可行性,故以检测敌百虫作为实验目的。采用敌百虫原药和蒸馏水配制农业范围9000-5000ppm(间隔100ppm)的42个敌百虫水溶液样品。用临近背景方法,根据处理过的样品能量光谱数据,获取样品的吸光度光谱。

对42组敌百虫吸光度光谱数据在特征吸收峰处的吸光度值进行一元线性回归分析,结果(见表3)波数范围(cm-1)

由表3可得,回归分析得到的相关系数不理想,在1188cm处权为0.86;并且得到的SEP值也很大,可见回归分析的结果不太好。这是由于,虽然中红外波段的光谱数据反映的是农药分子各官能团的基频振动,吸收峰彼此分离,位置相对稳定,但选用的溶剂不同,对扣除不同背景溶剂后的吸收光谱数据的分析也不尽相同。

水在1250-1000cm范围(敌百虫吸收峰集中区域)也有一定程度的吸收,此时按朗伯-比尔定律[3]扣除纯水背景将引入一定的误差,因此对被扣除掉的有关水的信息,可以通过偏最小二乘(PLS)建立多变量回归模型予以补偿和修正,从而提高敌百虫的预测精度。

对42组敌百虫样品的吸光度光谱数据进行PLS建模预测。建模集取全部42个样品,在1250~1200cm,1197~1175cm,1122~1083cm波段,分别对浓度进行预测。所得建模结果如(表4)。

与一元线性回归结果相比,多变量回归模型的相关系数和预测标准差都有了很大的改善。相关系数提高到0.95,预测标准差降至40ppm以内。

5 小结

用涂片法先后检测了农药纯品的近红外光谱和中红外光谱,发现近红外吸收光谱曲线平缓,特征性不明显,而在中红外波段指纹区特征性强,因而可以实现中红外方法的检测。通过研究农药敌百虫在水果汁溶液中的中红外衰减全反射光谱数据,得到农药在水果汁中与蒸馏水中的吸收相同,表明可以通过农药在水中的吸收建立模型来模拟其在水果体内的吸收。

利用投射ATR装置,对农药溶液样品(42个敌百虫水溶液样品)进行检测,并用一元线性回归和多变量回归数据分析方法对农药溶液样品检测精度的最佳值进行了分析评价。由此可见,用偏最小二乘(PLS)建立的多变量回归模型,精确了相关系数和预测标准差,相关系数提高到0.95,预测标准差降至40ppm以内。

摘要：本实验主要验证中红外衰减全反射(ATR)检测方法的理论可行性和实验可操作性。通过一元线性回归和多变量回归数据分析方法评价分析出了农药溶液样品检测精度的最佳值,并用偏最小二乘法建立多变量回归模型,得到了更精确的相关系数和预测标准差。

关键词：中红外检测,一元线性回归,多变量回归,偏最小二乘法(PLS)

参考文献

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[7]蒋先明,何伟平.简明红外光谱识谱法[M].桂林:广西师范大学出版社,1992.

反射衰减 篇2

可变光衰减器(Variable Optical Attenuator, VOA)是一种重要的光无源器件,其主要功能是降低和控制光信号的强度。近年来,随着密集波分复用(DWDM)技术的快速发展,VOA在光纤通信尤其是波分复用(WDM)系统中得到了广泛的应用。而基于微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical Systems ,MEMS)技术的VOA,相对于其他类型的VOA,具有体积小、插损低、衰减范围大、稳定性好、结构紧凑和易于批量生产等诸多优点,因此逐渐得到用户的认可,受到普遍重视并开始较大规模使用。在WDM系统中,如果MEMS VOA的波长相关损耗(Wavelength Dependent Loss, WDL)过大,则会使不同波长的信号经掺铒光纤放大器(EDFA)放大传输后,对应的增益不一致,尤其是在DWDM系统中级联后,增益谱特性会更加不平坦,导致系统动态失衡。MEMS VOA的其他指标,例如偏振相关损耗(PDL)、回波损耗(RL)、温度相关损耗(TDL)和响应时间等的研究已经成熟,仅WDL难以控制,因此WDL就成为衡量MEMS VOA的关键指标,并导致MEMS VOA的价格居高不下。因而,研究如何提高MEMS VOA的WDL指标,降低成本,对现阶段光纤通信系统中VOA的批量应用具有重要的意义。

1 反射式MEMS VOA的原理

反射式MEMS VOA是通过电压来控制MEMS芯片中反射镜与光轴的夹角ε的。其原理图如图1所示。反射角ε发生变化时,接收光纤的耦合效率会发生改变,从而达到控制光衰减量变化的目的。当ε为0时,VOA的衰减量最小。

2 反射式MEMS VOA的WDL计算

2.1 MEMS VOA的传输矩阵及有关光学参数的计算

反射式MEMS VOA 的光路图及按照光路图建立的坐标系如图2所示。

由双光纤头端面出射的光束依次经过空气隙ab,透镜(C-Lens)bc,空气隙cd,MEMS反射镜d,然后光束沿-z轴再次穿过整个光学系统,先后经过空气隙de,透镜ef及空气隙fg。双芯插针的折射率为n1;空气隙的折射率为n2,且n2=n0(n0=1为空气折射率);长度为d1;透镜折射率为n3;曲率半径为R;长度为d2;透镜到反射镜的距离为d3。

由矩阵光学理论可知,平行平板介质(即空气隙)在xoz和yoz平面的传输矩阵分别为

$\left(\begin{array}{cc}1& L{}_x\\ 0& 1\end{array}\right)$

和

$\left(\begin{array}{cc}1& L{}_y\\ 0& 1\end{array}\right)$

,其中Lx=n1n${}_0^2$cosα(1-sin2α)d1/(n${}_0^2$-n${}_1^2$sin2α)3/2,Ly=n1cosαd1/(n${}_0^2$-n${}_1^2$sin2α)1/2,α表示平行平板的斜面角度。

C-Lens的出射面为球面,在xoz和yoz平面的焦距将不是名义上的焦距f,而分别为fcosβ和f/cosβ,传递矩阵分别为

$\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ \frac{n{}_0-n{}_3}{n{}_{0}R\text{c}\text{o}\text{s}\beta }& \frac{n{}_3}{n{}_0}\end{array}\right)$

和

$\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ \frac{n{}_0-n{}_3}{n{}_{0}R}\cos \beta & \frac{n{}_3}{n{}_0}\end{array}\right)$

,其中,β为入射光线与C-Lens的轴线z所成的角度,且β=α-τ,τ为高斯光束进入C-Lens时的折射角。

根据以上分析我们可以推导出高斯光束从双芯插针出射到反射镜在xoz和yoz平面的传输矩阵M1x和M1y,且

$\begin{array}{l}\mathit{{\rm M}}{}_{1x}=\left(\begin{array}{cc}1& d{}_3\\ 0& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ \frac{n{}_0-n{}_3}{n{}_{0}R\text{c}\text{o}\text{s}\beta }& \frac{n{}_3}{n{}_0}\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}1& d{}_2\\ 0& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& \frac{n{}_1}{n{}_3}\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}1& L{}_x\\ 0& 1\end{array}\right)‚\\ \mathit{{\rm M}}{}_{1y}=\left(\begin{array}{cc}1& d{}_3\\ 0& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ \frac{n{}_0-n{}_3}{n{}_{0}R}\cos \beta & \frac{n{}_3}{n{}_0}\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}1& d{}_2\\ 0& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& \frac{n{}_1}{n{}_3}\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}1& L{}_y\\ 0& 1\end{array}\right)。\end{array}$

从双芯插针发射出的光为圆形高斯光束,复参数为q0,束腰半径为ω0,根据矩阵光学理论,可以得出

$\begin{array}{l}q{}_{1x}=\frac{\mathit{{\rm M}}{}_{1x{}_{0,0}}q{}_0+\mathit{{\rm M}}{}_{1x{}_{0,1}}}{\mathit{{\rm M}}{}_{1x{}_{1,0}}q{}_0+\mathit{{\rm M}}{}_{1x{}_{1,1}}},q{}_{1y}=\frac{\mathit{{\rm M}}{}_{1y{}_{0,0}}q{}_0+\mathit{{\rm M}}{}_{1y{}_{0,1}}}{\mathit{{\rm M}}{}_{1y{}_{1,0}}q{}_0+\mathit{{\rm M}}{}_{1y{}_{1,1}}};\\ \omega {}_{1x}=\sqrt{\frac{1}{\frac{-\text{π}}{\lambda }\text{l}\text{m}\left(\frac{1}{q{}_{1x}}\right)}},\omega {}_{1y}=\sqrt{\frac{1}{\frac{-\text{π}}{\lambda }\text{l}\text{m}\left(\frac{1}{q{}_{1y}}\right)}};\end{array}$

式中,q1x和q1y分别表示到达反射镜时,高斯光束在xoz和yoz平面的复参数;ω1x和ω1y分别表示到达反射镜时,高斯光束在xoz和yoz平面的束腰半径。

令光从双芯插针出射时,离开轴线z的垂直距离为x0,光线传播方向与z轴的夹角为θ0,当光到达反射镜时光线离开轴线z的垂直距离为x1,光线传播方向与z轴的夹角为θ1。根据几何光学可知,在xoz平面内,x1=M1x0,0x0+M1x0,1θ0 , θ1=M1x1,0x0+M1x1,1θ0。

根据我们定义的坐标轴,当MEMS VOA中的反射镜转动时,只在xoz平面内有角度变化,在yoz平面内角度没有发生变化。则设xoz平面内,反射镜与z轴的垂直线所成的角度为ε。经过反射镜时,高斯光束在xoz和yoz平面的复参数分别为q2x、q2y,束腰半径分别为ω2x、ω2y,光线离开轴线z的垂直距离为x2,光线传播方向与z轴的夹角为θ2。根据几何关系原理,可得q2x=q1x,ω2x=ω1x,R2x=R1x,x2=x1,θ2=θ1+2ε。

从反射镜到双芯插针另外一端时,光线沿-z轴穿过这个光学系统,根据

$\frac{1}{AD-BC}\left(\begin{array}{cc}D& B\\ C& A\end{array}\right)$

,则可以推导出在xoz和yoz平面的传输矩阵M3x和M3y。同理,可以计算出光到达双芯插针另一端时在xoz和yoz平面的复参数分别为q3x、q3y ,束腰半径分别为ω3x、ω3y;根据几何关系,同理,我们也可以计算在xoz平面内光线离开轴线z的垂直距离x3和光线传播方向与z轴的夹角θ3。

2.2 反射式MEMS VOA的耦合效率和WDL的

计算

根据高斯光束模耦合理论分析可得MEMS VOA的耦合效率为

$\begin{array}{l}\eta =\frac{\left(\left|{\displaystyle {\int }_{-\infty }^{\infty }{\displaystyle {\int }_{-\infty }^{\infty }E}}{}_{\text{t}}E{}_{\text{r}}\text{d}x\text{d}y\right|\right){}^2}{{\displaystyle {\int }_{-\infty }^{\infty }{\displaystyle {\int }_{-\infty }^{\infty }(}}|E{}_{\text{t}}|){}^2\text{d}x\text{d}y{\displaystyle {\int }_{-\infty }^{\infty }{\displaystyle {\int }_{-\infty }^{\infty }(}}|E{}_{\text{r}}|){}^2\text{d}x\text{d}y},\\ \text{且}E{}_{\text{t}}=\sqrt{\frac{2}{\text{π}}}\sqrt{\frac{1}{\overline{\omega }{}_{3x}}}\sqrt{\frac{1}{\overline{\omega }{}_{3y}}}\text{e}{}^{\frac{-(x+\text{Δ}x){}^2}{\omega {}_{3x}^2}-\frac{y{}^2}{\omega {}_{3y}^2}}\text{e}{}^{-j[k(x\text{s}\text{i}\text{n}\text{Δ}\theta )]},\\ E{}_{\text{r}}=\sqrt{\frac{2}{\text{π}}}\frac{1}{\omega {}_0}\text{e}{}^{\frac{-(x{}^2+y{}^2)}{\omega {}_0}},\\ \text{其}\text{中}‚\text{Δ}x=||x{}_3|-|x{}_0||‚\text{Δ}\theta =\left|\frac{(\theta {}_0+\theta {}_3)\text{π}}{180}\right|。\end{array}$

最后根据IL=-10logη,我们可以得到不同的波长在反射镜转动不同角度时的插入损耗IL,从而可以求出WDL。当其他参数不变,以入射光的波长为变量,则能推导出在不同衰减量时(即MEMS芯片的旋转角度不同)的WDL的计算公式为

$WDL{}_{\lambda {}_1,\lambda {}_2}={\rm I}L(\lambda {}_1,\epsilon )-{\rm I}L(\lambda {}_2,\epsilon )。$

3 反射式MEMS VOA的WDL数值分析

从前面的计算结果可以看出,MEMS VOA的WDL与透镜和插针之间空气隙的长度d1、透镜的长度d2、透镜的折射率n3和透镜的曲率半径R有关。经过比较后,我们取d1=128 μm,d2=3 100 μm,d3=1 900 μm,R=1 419 μm。下面将利用数学处理软件绘出MEMS VOA的WDL与各参数的关系曲线,并分析其相互之间的关系,以期对MEMS VOA 的设计起指导优化作用。

(1) d1对WDL的影响

取插针和透镜的倾斜角度α为8 °,改变透镜和插针之间空气隙的长度d1,MEMS VOA的耦合效率变化很大,如图3所示,IL变化较大。而随着d1的增大,IL和WDL变小,且变化明显。

(2) d2对WDL的影响

当改变d2时,透镜的前焦截距不变,而后焦截距改变,即相应的d3不变,d1随d2线性变化。根据矩阵光学,近轴光的情况下推导得出:d1=[n3R/(n3-1)-d2]/n3,其中,R取定值1 419 μm;n3取定值,为λ=1.55 μm时的透镜折射率。

分析图4可知,改变d2时,IL变化明显,且随d2的递减而变小,而此时WDL也会慢慢地变小,即减少透镜的长度d2,WDL有所减小。

(3) R对WDL的影响

当改变R时,透镜的前焦截距和后焦截距都会发生改变,为了使MEMS VOA的耦合效率达到最佳,我们必须重新确定d1和d3。根据矩阵光学,在近轴光的情况下推导得出:d1=[n3R/(n3-1)-d2]/n3, d3=R/(n3-1),式中,n3取定值,为λ=1.55 μm时的透镜折射率。

分析图5可知,改变R时,IL会有较小的变化,且IL随着R的递增而变大,但对WDL没有明显影响,也就是说R对WDL没有什么影响。

(4) n3对WDL的影响

与改变R的情况相同,当改变n3时,d1、d3也会发生改变,且此时R=1 419 μm。由图6可以看出,n3改变时,IL变化明显,且随n3的递增而减小,而此时WDL会慢慢地变小,但变化幅度不大,即改变n3对减小WDL没有明显作用。

4 结束语

本文为解决反射式MEMS VOA研制中的“瓶颈”和难点提供了主要理论依据:从矩阵光学、几何光学等方面考虑,分析了影响反射式MEMS VOA的IL和WDL的主要因素,并进行了模拟仿真。引入了具体的参数进行理论计算,在处理计算过程中,为了保证计算尽量精准,并未采用常见的近似处理方法。本文采用的计算方法与常见的近似处理法相比有3点不同之处:(1) 从实际光路中高斯光束是椭圆的角度来分析整个光路,而不是在圆形高斯光束的情况下讨论;(2) 考虑插针和透镜之间空气隙的斜面效应,将空气隙等价为倾斜一定角度放置的平行平板,而不是将空气隙等效为竖直放置的平行平板;(3) 高斯光经MEMS芯片反射后的实际光轴与反射前的实际光轴偏差了一定的角度,整个光学系统是一个失调的光学系统,这种情况在一般模拟仿真计算中都被忽略掉了,但在本文中仍被考虑。

最后得出了透镜和插针之间空气隙的长度、透镜的长度、透镜的折射率和透镜的曲率半径等对IL、WDL的影响规律,这些结果对优化MEMS VOA指标及性能具有重要指导意义。

参考文献

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反射衰减 篇3

衰减全反射红外光谱法(下称ATR法)则可以很好地解决上述问题。ATR附件是基于光内反射原理而设计的,从光源发出的红外光经过折射率大的晶体再投射到折射率小的试样表面,当入射角大于临界角时,入射光线就会产生全反射。事实上,红外光并不是全部被反射回来,而是穿透到试样表面内一定深度后再返回表面,在这一过程中,试样在入射光谱区域内有选择地吸收,反射光强度就会减弱,产生与透射吸收相类似的谱图,从而可获得样品表层化学成分的结构信息[2]。该方法能够鉴别大多数常见的有机化合物,并具有分辨力高、检验简便的特点[3]。本研究采用ATR法对有机硅弹性密封胶进行了分析研究,得出了不同类型有机硅弹性密封胶的特征吸收峰,并指出颜色对出峰位置没有明显的影响。

1 实验部分

1.1 样品和仪器

样品:市场上在售的弹性密封胶。

仪器:Nicolet i S10傅里叶变换红外光谱仪,美国赛默飞世尔科技。

1.2 试样制备

把密封胶样品分别挤出直径为7 mm左右的胶条,室温下养护25 d。用小刀把胶条从中间切开,再从未污染部位切出一小块,从中切出5片薄片样品(薄片厚度在20μm以上时,其吸收与厚度无关[4],但是必须保持切面平整,与棱镜有良好的光学接触)。本研究中试样规格为1.5 mm厚、直径5 mm的圆形薄片。

1.3 实验步骤

1)打开傅里叶变换红外光谱仪,预热30 min以上;2)以空气为背景扫描,扣除空气中水和二氧化碳的影响;3)选取试样平整的一面,对准ATR晶体表面;4)在样品上加压,使其尽可能地贴紧ATR晶体表面;5) 扫描样品在4 000~400 cm-1 范围内的红外光谱,并采用ATR优化功能对原始谱图进行处理;6)同一试样取5个不同部位扫描,选取清晰的谱图进行分析。

2 结果与讨论

本研究选取了3种比较常见的有机硅弹性密封胶[5],分别是弹性硅酮密封胶、端硅烷基聚醚密封胶和端硅烷基聚氨酯弹性密封胶;并选取了8种不同颜色的弹性硅酮密封胶进行对比实验。

2.1 弹性硅酮密封胶

图1是弹性硅酮密封胶的ATR-FTIR光谱图。其中,2 962 cm-1 处的吸收峰对应CH3中CH的不对称伸缩振动,由于受其他官能团的影响,CH3中CH的对称伸缩振动并不明显,这是弹性硅酮密封胶区别于端硅烷基聚醚密封胶或者端硅烷基聚氨酯弹性密封胶的特征;1 456 cm-1 和874 cm-1 处是碳酸钙的特征峰;1 260 cm-1 处的谱带是Si—CH3基团中CH3的面内弯曲振动吸收峰;800 cm-1 处的谱带是Si—C的伸缩振动吸收峰和CH3的摇摆吸收峰。弹性硅酮密封胶的特征峰在1 088 cm-1 和1 018 cm-1 附近出现,这是由于当二甲基硅氧烷链节的n值一定大时,分子内Si—O—Si基团位置相邻,它们的振动频率完全相同,同时又具有相同的对称性,故引起振动的偶合,使谱带产生分裂[6]。

2.2 端硅烷基聚醚密封胶

图2是端硅烷基聚醚密封胶的ATR-FTIR光谱图。其中,2 971 cm-1 和2 869 cm-1 处的吸收峰分别对应CH3中CH的不对称伸缩振动和对称伸缩振动;在1 450 cm-1左右的吸收峰为聚醚中CH2、CH3的非对称变形振动;1 373 cm-1 处为甲基的对称变形振动吸收峰;如果端硅烷基聚醚密封胶里面有加入碳酸钙作为填料,则上述两峰会受影响,三者会合成一个强峰,在1 440 cm-1 左右。端硅烷基聚醚密封胶在1 110cm-1附近有强的特征峰,这是C—O—C的非对称伸缩振动吸收峰。

2.3 端硅烷基聚氨酯弹性密封胶

图3是端硅烷基聚氨酯弹性密封胶的ATRFTIR光谱图。其中,2 970 cm-1 和2 871 cm-1 处的吸收峰分别对应CH3中CH的不对称伸缩振动和对称伸缩振动;1 454 cm-1 和1 373 cm-1 处分别为CH2、CH3的非对称变形振动吸收峰和CH3的对称变形振动吸收峰;800 cm-1 处的谱带是Si—C的伸缩振动吸收峰和CH3的摇摆吸收峰。聚氨酯弹性密封胶与端硅烷基聚氨酯弹性密封胶的明显区别是聚氨酯弹性密封胶在2 273 cm-1 处会出现N襒C襒O的伸缩振动吸收峰,而端硅烷基聚氨酯弹性密封胶则不会,但其在1 727 cm-1 附近有氨基甲酸酯中C襒O的伸缩振动吸收峰[7]。端硅烷基聚氨酯弹性密封胶的强特征峰在1 070 cm-1 处出现,是Si—O—Si和C—O—C相互影响的结果。

2.4 不同颜色弹性硅酮密封胶对比

图4是不同颜色弹性硅酮密封胶的ATR-FTIR光谱图。表1是不同颜色弹性硅酮密封胶主要吸收峰的位置。由于ATR法是利用光内反射原理,红外光穿透到试样表面内一定深度后再返回表面,在这一过程中,只要试样在入射光谱区域内有选择地吸收,反射光强度就会减弱,可以产生与透射吸收相类似的谱图,所以不会受到颜色的限制。表1和图4也证明了不同颜色弹性硅酮密封胶的ATR-FTIR谱图具有很好的重复性,颜色对出峰的位置没有明显的干扰。

3 结语