内蒙古科技大学材料与冶金学院, 白云鄂博矿多金属资源综合利用重点实验室, 内蒙古 包头 014010
高能球磨法是材料制备过程中常用的方法, 通过物料在高速运转的过程中进行磨合而产生晶体空位缺陷, 实现元素的掺杂, 进而发生化学吸附或化学反应, 合成产生新的物相, 对于后续合成材料的性能有很大影响。 钡铁氧体具有良好的磁性能, 被用于功能材料制备的诸多领域。 采用高能球磨法制备钡铁氧体前驱体, 利用XRD, SEM和FTIR检测方法考察不同高能球磨时间下钡铁氧体前驱体物相、 微观形貌及官能团的变化规律, 并通过红外二阶导数光谱、 拟合平滑光谱计算法, 定量分析高能球磨过程中物相的变化规律。 XRD及SEM检测结果表明, 随球磨时间增加, 钡铁氧体前驱体各物相的衍射峰宽度变宽, 粉末细化, 晶格逐渐发生畸变, 产生晶体空位缺陷, 从而使Ba溶入Fe2O3晶格中生成BaxFe2-xO3的固溶体, 且产生吸附“团聚”现象; 当球磨时间大于40 h时, 发生“纳米尺寸效应”, 生成有磁性的Fe3O4及BaxFe3-xO4固溶体。 红外光谱分析结果显示, 随着球磨时间的增加, BaCO3和α-Fe2O3的特征峰均存在峰强减小、 峰位发生明显移动的规律, 表明随着球磨时间增加, BaCO3和α-Fe2O3颗粒粒度变小, 且发生化学吸附。 通过红外光谱的平滑拟合光谱和二阶导数光谱计算可知, 随球磨时间的增加, 各吸收峰面积均明显减小。 相对于球磨0 h, 在球磨10, 20和40 h后, 波数473 cm-1的Fe—O键振动吸收峰的峰面积分别减少48.84%, 65.97%和93.54%; 而在波数540 cm-1处的Fe—O键吸收峰的峰面积则分别减少37.11%, 51.76%和82.85%; 同理, 在波数856 cm-1处的O—C—O键的面内弯曲振动吸收峰的峰面积分别减少30.62%, 44.71%和67.10%; 在波数1 446 cm-1处的C—O键不对称伸缩振动峰的峰面积则分别减少0.03%, 27.63%和57.90%。 从定量分析的角度考察了钡铁氧体前驱体高能球磨过程中物相的变化规律并精准确定反应产物含量变化的百分比, 对于后续材料的合成与性能随钡铁氧体前驱体物相不同而发生变化的研究有重要的指导意义。
钡铁氧体前驱体 高能球磨 光谱拟合 二阶导数光谱 Barium ferrite precursors High energy ball milling Spectral fitting Second derivative spectrum 光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1634
内蒙古科技大学, 内蒙古自治区白云鄂博矿多金属资源综合利用重点实验室, 内蒙古 包头 014010
目前浮选提高重晶石品位的方法通常采用新型浮选药剂从低品位重晶石矿中进行分选, 采用微波加热预处理矿物可提高浮选回收率, 但微波对浮选药剂与矿物的作用机理还不清楚。 微波加热技术近年来用于矿物加工、 冶金与材料制备等领域, 具有反应速度快、 产品指标高等优点。 以油酸钠为捕收剂, 对微波预处理后的重晶石纯矿物进行浮选, 并对不同微波作用时间下的重晶石浮选样品进行红外光谱检测, 通过红外拟合平滑光谱和二阶导数光谱计算分析, 研究微波对重晶石浮选的影响机理。 浮选试验结果表明, 未经微波预处理的重晶石, 在油酸钠用量为55 mg·L-1、 pH值为8.0的条件下, 浮选指标最佳, 回收率为91.41%; 而对比之下, 经微波作用后的重晶石进行浮选, 随着微波处理时间的增加浮选指标逐渐提高, 且在微波作用60s时的回收率最高, 达95.27%。 基于浮选试验的红外光谱分析表明, 重晶石未经微波预处理进行浮选, 与油酸钠作用, 在波数为3 004 cm-1处—CH2—的对称伸缩振动峰、 2 953 cm-1处—CH3的反对称伸缩振动峰、 1 119和1 077 cm-1处$SO^{2}_{4}$的非对称伸缩振动峰均发生了红移, 说明油酸钠在重晶石表面发生化学吸附; 而经微波预处理后的重晶石浮选时, 在波数为2 853 cm-1处—CH2—对称伸缩振动峰、 2 923 cm-1处—CH2—反对称伸缩振动峰、 2 958 cm-1处—CH3反对称伸缩振动峰、 1 181, 1 122和1 086 cm-1处$SO^{2}_{4}$非对称伸缩振动峰、 982 cm-1处$SO^{2}_{4}$对称伸缩振动峰、 635和610 cm-1处$SO^{2}_{4}$弯曲振动峰, 其峰位并未发生红移, 但峰强随着微波作用时间的增加明显加强, 且微波作用60 s时其峰强增加最明显; 对微波处理后的红外光谱进行拟合平滑光谱和二阶导数光谱计算发现, 在波数为2 958, 2 923, 2 853, 1 181, 1 122, 1 086, 982, 635和610 cm-1处峰面积均有不同程度的增加, 且在微波作用60s时峰面积分别增加了1.84%, 259.12%, 761.15%, 235.72%, 145.61%, 198.50%, 641.16%, 549.67%和744.97%, 表明微波预处理并未诱发重晶石表面发生化学反应, 但强化了捕收剂油酸钠与重晶石矿之间的化学吸附, 使其与重晶石表面的化学吸附更加致密, 吸附量增加, 因此重晶石回收率增加, 浮选指标提高。
傅里叶变换红外光谱 微波 重晶石 拟合平滑光谱 二阶导数光谱 FTIR Microwave Barite Fit smooth spectrum Second derivative spectrum 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3083
1 山东师范大学地理与环境学院, 山东 济南 250014
2 中国环境科学研究院, 北京 100012
三维荧光光谱技术（3DEEM）因其方便迅速、 灵敏度高等一系列优点, 广泛应用于表征DOM。 在实际应用中, 3DEEM步骤较为繁琐, PARAFAC等方法相较于寻峰法虽然更加直观可靠, 但是往往需要借助MATLAB等数学软件, 因此该研究希望借助一种新的方法能够更加简便迅速地表征DOM。 以蘑菇湖水体DOM为例, 基于累积性发射光谱（AFEs）, 结合多元统计及二阶导数等方法, 对DOM各类荧光组分及含量进行表征。 利用主成分分析（PCA）对AFEs进行因子载荷分析, 并确定荧光峰的类型及其含量的差异; 通过二阶导数转换, 得到二阶导数AFEs; 通过对所有采样点二阶导数AFEs各荧光峰进行绝对面积积分, 分析DOM中各组分的含量及变化; 通过聚类分析, 分析不同点位组分的差异性或相似性。 研究表明, 通过AFEs得到5类荧光峰, 分别为类蛋白峰、 类富里酸峰、 陆源类腐殖酸峰以及腐殖酸峰。 基于AFEs及其对荧光强度之和的分析, 可以看出蘑菇湖水体中的DOM主要以不稳定、 易被降解的、 相对分子质量较小的类蛋白及富里酸为主, 腐殖化程度由滨湖区向深湖区递减。 基于AFEs得分图, 得到5类荧光峰, 且荧光峰中类蛋白及类富里酸峰占主导; 基于点位得分矩阵, 可以说明各点位之间的荧光组分存在差异。 二阶导数AFEs被分为5个荧光波段, DOM以相对质量较小的有机质为主, 腐殖化程度、 芳香度较小, 空间差异上不显著。 通过对荧光峰面积以及采样点进行聚类分析, 荧光峰被分为3类, 其中富里酸含量占比较大, 且岸边采样点和位于湖心区域的采样点之间存在差异。 综上研究显示, AFEs相对简单迅速, 能够代替3DEEM对DOM进行表征。 蘑菇湖水体DOM是以相对分子质量较小、 不稳定、 易被降解的类蛋白、 类富里酸物质为主, 总体上腐殖化程度及相对分子质量具有由滨湖区向深湖区递减的趋势, 但空间上差异性较小。
溶解性有机质（DOM） 累积性发射光谱 二阶导数光谱 多元统计 蘑菇湖 Dissolved organic matter (DOM) Accumulative fluorescence emission spectra Second derivative spectrum Multivariate statistical analysis Moguhu Lake 光谱学与光谱分析
2019, 39(9): 2873
