红外光谱法在高分子材料分析中的应用.ppt

红外光谱法在高分子材料分析中的应用 制作人： 李 平（13） 孙德波（14） 目录 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。 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； （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。 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。 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。 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。 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。 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。 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