原位紅外光譜技術(shù)(In-situ infrared spectroscopy)是一種能夠在反應(yīng)過程中對物質(zhì)進(jìn)行在線監(jiān)測的分析方法,該技術(shù)利用紅外光譜儀對樣品進(jìn)行光譜分析,可以對反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵進(jìn)行定量分析和定性分析,掌握反應(yīng)物的變化規(guī)律,從而研究化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理。          

原位紅外光譜技術(shù)的原理

原位紅外光譜技術(shù)是一種非侵入式的技術(shù),利用樣品對紅外光的吸收特性來進(jìn)行分析,其原理是將反應(yīng)物物質(zhì)放置于光學(xué)透明的實驗室反應(yīng)池中,通過專用的紅外光譜儀觀察反應(yīng)物在光譜范圍內(nèi)的變化情況,從而得到反應(yīng)物結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的信息,進(jìn)一步研究反應(yīng)過程及反應(yīng)機(jī)理。

原位紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用

一.材料領(lǐng)域

在材料領(lǐng)域中,原位紅外光譜技術(shù)主要應(yīng)用于研究新型材料及其制備反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理、動力學(xué)參數(shù)、過程特征及結(jié)構(gòu)變化,能夠探測不同條件下新材料制備過程中產(chǎn)物分布、物質(zhì)運移、化學(xué)鍵變化、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化及其演化規(guī)律。 例如, 在納米材料的制備過程中,可以利用原位紅外光譜技術(shù)通過觀察反應(yīng)過程中粒子大小及分布變化,從而調(diào)控納米晶體的大小及其分布,控制納米材料的光電性能、形貌及表面結(jié)構(gòu),實現(xiàn)材料和器件的優(yōu)化,提高納米材料制備的效率和效果。

二.化學(xué)反應(yīng)中

原位紅外光譜技術(shù)在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用越來越廣泛,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

1.催化反應(yīng)研究

催化反應(yīng)研究是原位紅外光譜技術(shù)的重要熱點領(lǐng)域之一。在催化反應(yīng)中,催化劑對反應(yīng)體系的一個或多個反應(yīng)物分子起到活化、激發(fā)、轉(zhuǎn)化的作用。使用原位紅外光譜技術(shù),可以從催化劑表面反應(yīng)物的變化中獲得重要信息,從而更好的研究催化反應(yīng)機(jī)制以及其他因素的影響。

2.有機(jī)合成反應(yīng)研究

原位紅外光譜技術(shù)在有機(jī)合成反應(yīng)中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛,特別是在溶液中對于反應(yīng)的原位監(jiān)控研究,如發(fā)生官能基替換反應(yīng)、加成反應(yīng)、環(huán)化反應(yīng)等反應(yīng)類型。還可以對反應(yīng)過程中中間體、自由基、離子和中間產(chǎn)物等進(jìn)行定性分析和定量分析,獲得反應(yīng)物替換率和產(chǎn)物收率等信息。

3.氣相反應(yīng)研究

原位紅外光譜技術(shù)在氣相反應(yīng)研究中也有廣泛應(yīng)用,可對氧化還原反應(yīng)、脫氫反應(yīng)以及氧化反應(yīng)催化機(jī)制、反應(yīng)過程中的產(chǎn)物形成機(jī)理以及中間體的反應(yīng)特性等進(jìn)行分析。

原位紅外光譜技術(shù)的優(yōu)點

(1)非侵入式技術(shù),不破壞反應(yīng)體系;

(2)在線監(jiān)測反應(yīng)過程,可以快速的獲取有關(guān)反應(yīng)屬性的信息,反應(yīng)速度、選擇性和產(chǎn)率等反應(yīng)性質(zhì);

(3)紅外光譜技術(shù)分析結(jié)果更加準(zhǔn)確,有著較高的靈敏度和分辨率,可以用于快速在線分析;

(4)反應(yīng)環(huán)境無需特殊設(shè)備和條件。

總結(jié)

原位紅外光譜技術(shù)在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用是當(dāng)前熱點領(lǐng)域之一,可用于反應(yīng)機(jī)理的研究、催化劑的載體篩選、有機(jī)合成反應(yīng)的實時監(jiān)測等。其中,對于新型材料的制備和性能優(yōu)化及工藝改進(jìn)也都擁有重要作用。這種技術(shù)的應(yīng)用將推動化學(xué)反應(yīng)領(lǐng)域的快速發(fā)展,對我們的生產(chǎn)和生活都能夠帶來福利。