使用FTIR通过化学成分优化轮胎性能

碳黑橡胶（CBR）最常用于汽车轮胎。该材料引入了可靠性，并成功地将热量从延长轮胎寿命的胎面上进行。确保CBR具有正确的化学成分是最大程度地提高轮胎性能的关键元素。

CBR通常在衡量的挑战ftir, as they lack transparency even when they have been cut very thin. Attenuated total reflectance (ATR) is a measurement method that has been shown to accurately measure these complex samples.

衰减的总反射

钻石和锗

使用傅立叶变换红外光谱（FTIR），ATR已成为采样材料的首选技术。亚博网站下载该设备的主要优点是它简单易于清洁。ATR设备改变了相对于传输的外观。

对使用工具和使用它们时的差异的透彻理解将极大地优化ATR在实验室中的有效性。当两种不同材料之间的光线变化时，放大玻璃可以集中太阳的光线。亚博网站下载

每个材料的折射索引都可以找到方向变化。与具有较低指数（如玻璃）的材料（聚碳酸酯）能够更成功地亚博网站下载将光线更成功地引导，因此可以在眼镜中使用高折射材料（例如聚碳酸酯）来产生更薄的镜片。

要理解ATR，请想象一个具有矩形形状的鱼类水族馆。直视时，远方的窗口是透明的，但是侧窗以镜子的形式出现，这是由内部反射引起的现象。如果将手指放在侧玻璃上，则可以看到指纹的边缘，但介于两者之间的缝隙。

简而言之，从这个角度来看，光线非常稍微略微离开侧窗，而这种“ evanevencent Wave”与手指脊相互作用，使它们可以看到您的眼睛。穿透的深度，光从玻璃中移出多远，太浅了，无法看到指纹山谷。

图1。碳黑橡胶（例如此轮胎）代表了用于红外分析的具有挑战性的样本。

The same basic principles are true for infrared spectroscopy. With correct alignment, IR light can be controlled to slightly emerge from an infrared transmissive crystal. This will come in contact with any sample in close proximity to the crystal, like the fingerprint seen on the aquarium’s side window.

大多数ATR配件都提供压力塔，以将样品推向晶体。红外光与晶体表面的样品接触，这会产生光谱。频谱依赖于穿透深度D_p反过来，这依赖于多种因素。从数学上讲，这是由

d_p=λ / {2πn_C[罪²θ - （n_s/n_C）]^1/2}

其中λ是光的波长，θ是光与晶体表面相互作用的角度，n_Cand n_s分别是晶体和样品折射的指数。

图2。Comparative raw spectra from 20% CBR. The diamond ATR spectrum shows several problems, while the Ge ATR spectrum is clean.

图3。来自30％CBR的比较原始光谱。同样，钻石ATR光谱中有伪影，但在GE ATR中没有。

Figure 4.GE 30％CBR。底部光谱仅经过基线校正，中间具有传统的ATR校正，并且顶部具有高级ATR校正。普通缩放，偏移以清晰。

Two widespread ATR crystals are germanium (Ge) and diamond. Diamond is very sturdy, being both chemically inert and hard.

对于钻石，D_p在1000厘米处超过2微米^-1。Ge is similarly hard and chemically inactive, but to a lesser extent than diamond. The main variation lies in the d_p，在1000厘米处大约为0.7微米^-1，由于GE的折射率明显更高。

It is the lower depth of penetration for Ge that makes it the most suitable for carbon black rubbers. CBRs have a high refractive index, similar to that of the diamond.

在前面描述的方程式中，如果样品的索引与晶体的索引太相似，则平方根项为负，索引的比率接近1，几乎没有发生ATR效应。

Advanced ATR Correction, which takes all the variables into account, for the first time allows the use of transmission databases for comparison to ATR spectra.¹

The key difference between older ATR corrections and the advanced correction is the understanding that the index of refraction in a sample changes (increases) when close to an absorption peak. Figures 2 and 3 show the effect of this.

这些光谱通过FTIR光谱仪（例如Thermo Scientific™Nicolet™IS20 FTIR光谱仪。另外还使用了锗和钻石ATR附件。

The sample index is meeting or exceeding the crystal’s index and there is an instant change in d_p靠近约1400厘米的强吸收带^-1。

光谱对此造成负数扭曲，不能简单地纠正它们。相比之下，两个图中的GE光谱都显示出明确和清洁的峰。这是由于GE的折射率更高和穿透深度造成的。

光谱中间的强钻石吸收带也没有有效比率。当通过晶体的光路径在样品光谱和背景中等效时，钻石带的比率正确。

CBR和晶体之间折射指数的密切匹配导致光路变化，而钻石条带的比率不正确。可以在2000 cm左右的光谱伪影中观察到的结果^-1在钻石光谱中。GE的光谱再次完全干净。

The entire investigation of the CBR is performed using the effective Thermo Scientific™ OMNIC™ Specta™ Software. The spectrum is the first baseline corrected and processed.

Figure 4 displays the (baseline corrected) spectrum prior to ATR correction, with the ATR correction available from the majority of suppliers, and with Thermo Scientific™ Advanced ATR Correction.

后者的变化比应用强度校正更为显着。算法校正了强吸光度变化折射指数的频带。现在纠正了现在的频谱，可以参考正常的传输库进行搜索。

Figure 5.图4中的顶部频谱的简单搜索结果是好的，但是结果不可见。

Figure 6.多组分搜索来自OMNIC SPECTA。搜索结果现已完成，并且与频谱非常吻合。

一个简单的搜索提供了图5所示的结果。由于记录了高匹配索引，并且已经找到了基本聚合物。

视觉分析表明，多个峰接近1000厘米^-1由于存在第二个元素，因此未包含在搜索结果中。OMNIC SPECTA的独家多组分搜索算法填补了分析中的空白，如图6所示。

成功的算法从该CBR，硅烷滑动辅助和基本聚合物中获取两个组件（值得注意的是，相当于简单的搜索）。²

是汽车门绝缘带的样品，利用硅烷涂层来停止窗户对绝缘的粘附。复合频谱在视觉上是例外的，因为它显示出与初始频谱几乎完美的相似性。

Conclusion

Carbon black rubbers是复杂的IR样品。钻石不是CBR的广泛解决方案，因为评估的频带被扭曲。

GE提供了干净的峰。然后，Thermo Scientific提供了执行分析的所有必要工具，包括OMNIC Specta的多组分搜索和高级ATR校正。该软件和硬件在协同作用中起作用，以创建有效的分析工具。

参考和进一步阅读

1.热科学应用注释AN01153

2. Thermo Scientific技术注释TN51506

*可以使用Thermo Scientific™Nicolet™IS5，IS10或IS50 FTIR光谱仪系统进行实验。

此信息已从Thermo Fisher Scientific - 材料与结构分析提供的材料中采购，审查和调整。亚博网站下载

有关此消息来源的更多信息，请访问Thermo Fisher科学 - 材料与结构分析。亚博网站下载