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红外光谱法在高分子材料分析中的应用

仅仅依靠一般化学分析方法来研究高分子材 料是很困难的,只有采用近代仪器分析的方法才 能更好的完成高聚物的分析任务。
二、聚合物红外光谱的特点
在高分子材料的剖析工作中,红外光谱法是鉴定各种 聚合物和助剂最有效的方法。红外光谱法的最主要优点 是: (1)不破坏被分析样品; (2)可以分析具有各种物理状态(气、液和固体)和各种外 观形 态(弹性的、纤维状的、薄膜、涂层状的和粉末状 的)的有机和无机化合物; (3)红外光谱的基础(分子振动光谱学)已较成熟,因而对 化合物的红外光谱的解释比较容易掌握;
2、高分子材料制样技术
<1>溶液铸膜 高聚物溶液制备薄膜来测红外光谱的方法是应用 的比较广泛的。用这种方法制得的样品能全部光 谱区域内惊醒次梁,厚度比较均一,适合于定量 测定。 用于制备高聚物薄膜常用的一些溶剂在2-1表
通常,样品是在玻璃板上制得,其方法是将 高聚物溶液(浓度为2-5﹪)均匀地浇涂在玻璃板 上,带溶剂挥发后,形成薄膜,剥离。
• 对聚合物红外光谱的解释必须考虑到所研究的聚 合物的分子链结构和聚集态结构。对应不同的结 构特征产生相应的吸收带。
• ①组成吸收带:反映了聚合物结构单元的化学组 成、单体之间的连接方式、支化或交联、序列分 布。
• ②构象谱带:这些谱带与高分子链中某些基团的 一定构象有关,在不同的相态中表现是不同的。
②环境的影响光谱中的吸收带并非都是由光谱本身产生的, 潮湿的空气、样品的污染、残留溶剂、由玛瑙研钵或玻璃 器皿所带入的二氧化硅、溴化钾压片时吸附的水等原因均 可产生附加的吸收带,故在光谱解析时应特别加以注意。
③厚度的影响样品的厚度或合适的样品量是很重要的,通常 要求厚度为10~50μm,对于极性物质如聚酯要求厚度小 一些,对非极性物质如聚烯烃要求厚一些。有时为了观察 弱吸收带,如某些含量少的基团、端基、侧链,少量共聚 组分等,应该用较厚的样品整。
对聚合物来说,每个分子包括的原子数目是 相当大的,这似乎应产生相当数目的简正振动, 从而使聚合物光谱变得极为复杂,但是实际情况 并非如此,某些聚合物的红外光谱比其中体更为 简单。
这是因为聚合物链是出许多重复单元构成的, 各个重复单元又具有大致相同的键力常数,因而 其振动频率是接近的,而且由于严格的选择定律 的限制,只有一部分振动具有红外活性。
四、红外光谱图的解析法
1、高分子材料红外光谱的分类 2、高分子材料制样技术 3、解析红外光谱图的三要素 4、判别高聚物的类型 5、解析技术
1、高分子材料红外光谱的分类
如果分子中含有一些极性较强的基团,则对 应这些基团的一些谱带在这个化合物的红外光谱 中往往是最强的,很明显地显示出这个基团的结 构特征。 具体地有以下几个分区:
• ③立构规整性谱带:这些谱带是与高分子链的构 型有关,因此对同一高聚物在各种相态中都应该 相同。
• ④构象规整性谱带:这类谱带是由高分子链内相 邻基团之间相互作用而产生的。与长的构象规整 链段有关,而与个别基团无关。当高聚物熔融时 消失或轮廓变宽、强度减弱。
• ⑤结晶谱带:是由结晶中相邻分子链之间的相互 作用形成的,与分子链排列的三维长程有序有关。
(4)国际上已出版了大量的各类化合物的标准红外光谱图, 使谱图的解析工作变为谱图的查对工作。
随着电子计算机的应用和谱图数据库的开始建立和健全, 鉴定工作将更省力,结论将更可靠。
各种化学结构不同的化合物都有它们特征的 红外吸收光谱图,尤如人的指纹一样,没有两个 是完全相同的。
同时,红外光谱图中的各条吸收带(谱带)都代 表化合物中某一原子团或基团的某种振动形式。 它们的振动频率(相应于谱图上出现的吸收谱带的 波数)和原于团或基团中的原子的质量大小和化学 键的强度大小直接有关。当然它们还间接地受邻 近结构和化学环境的影响不同而有所变动。
• <2>热压成膜
对于热塑性的样品,可以将样品加热到软化 点以上或者熔融,然后在一定的压力下压成适当 厚度的薄膜。
为了防止热压过程中发生高聚物的热降解, 尽量降低温度和缩短加压时间,可以采取增大压 力法。
<3>显微切片法
很多种塑料和橡胶也可用显微切片法制备薄 膜来进行红外测量。选择适合的切片温度,样品 预处理很关键,样品必须要有适当的机械阻力, 既不能太软也不能太硬。体积太小的不宜直接切 片,可以使用包埋切片法。
影响频率位移的因素是多方面的,归纳起来 可以分为外部因素和内部因素两方面的影响。
①外部因素
(a)物理状态的影响:同一个样品不同的相态(气、液、 固),它们的光谱有很大的差别,这与分子间的相 互作用力有关。
(b)溶剂的影响:同一物质在不同的溶剂中,由于溶 剂和溶质的相互作用不同,因此测得光谱吸收带 的频率也不同。
(c)粒度的影响:主要是由散射引起的。粒度越大基 线越高,峰宽而强度低;随粒度变小,基线下, 强度增高,峰变窄。
②内部因素
由于分子结构上的原因引起的变化
主要是诱导效应、共扼效应、氢键效应、耦合效应 等的影响。
2、影响谱图质量的因素
①仪器参数的影响光通量、增益、扫描次数等直接影响信噪 比,同时要根据不同的附件及测试要求及时进行必要的调 整,以得到满意的谱图。
目录
绪论 二、聚合物红外光谱的特点 三、影响频率位移和谱图质量的因素 红外光谱图的解析法 红外光谱在聚合物结构研究中的应用
一、绪论
随着现代科学技术的迅速发展,对于新材料 之一的高分子材料提出了更新更高的要求。高分 子材料一般是指高聚物或以高聚物为主要成分, 加入各种有机或无机添加剂,再经过加工成型的 材料,其中所含高聚物的结构和性能是决定该材 料结构和性能的主要因素。
三、影响频率位移和谱图质量的因素
1、影响频率位移的因素 外部因素 内部因素
2、影响谱图质量的因素
1、影响频率位移的因素
了解频率位移的因素和位移的规律对鉴定工作 很有用处,例如某一含C=O的化合物在1680cm-1 有吸收峰时会有两种可能性,一种可能性是酰胺 中的C=O;另一种可能则是由于酮C=O与某些基 团共轭而导致频率低移。若是酰胺则要找出-NH 的吸收峰来;若是共轭酮的C=O则要进一步找出 与之共扼的基团来。
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