高分子材料研究方法实验
高分子材料研究方法 实验
实验一聚合物红外光谱分析
实验一 聚合物红外光谱分析
红外光谱分析概述红外光谱与有机化合物、高分子化合物的结构之间存在密切的关系。它是研究结构与性能关系的基本手段之一。红外光谱分析具有速度快、样品用量少并能分析各种状态的样品等特点。广泛用于高聚物领域，如对高分子材料的定性定量分析，研究高聚物的序列分布、研究支化程度，研究高聚物的聚集态结构，高聚物的聚合过程反应激励和老化，还可以对高聚物的力学性能进行研究
一 红外光谱分析概述 红外光谱与有机化合物、高分子化合物的结构 之间存在密切的关系。它是研究结构与性能关系 的基本手段之一。红外光谱分析具有速度快、样 品用量少并能分析各种状态的样品等特点。广泛 用于高聚物领域，如对高分子材料的定性定量分 析，研究高聚物的序列分布、研究支化程度，研 究高聚物的聚集态结构，高聚物的聚合过程反应 激励和老化，还可以对高聚物的力学性能进行研 究
一。实验目的了解红外光谱分析的基本原理1.2.初步掌握红外光谱仪的使用3．初步掌握红外光谱样品的制备。4.．初步学会红外光谱图的解析，定性分析聚合物
一 ．实验目的 1．了解红外光谱分析的基本原理。 2．初步掌握红外光谱仪的使用。 3．初步掌握红外光谱样品的制备。 4．初步学会红外光谱图的解析，定性分析 聚合物
二。实验原理红外光谱(infraredspectroscopy，IR)是一种吸收光谱。红外光只能激发分子内原子核之间的振动和转动能级的跃迁，因此红外吸收光谱是通过测定这两种能级跃迁的信息来研究分子结构的。在红外光谱图中，纵坐标一般用线性透光率作标度，称为透射光谱图：也有采用非线性吸光度为标度的，称为吸收光谱图。谱图中的横坐标是以红外辐射光的波数（cm-1）为标度。但有时也用波长（um）为标度这两种标度的关系依照式为：v(cm-l）×入(um）=104。红外辐射光的波数可分为近红外区（10000一4000cm-）、中红外区（4000一400cm-）和远红外区（400一10cm-）。其中最常用的是中红外区，大多数化合物的化学键振动能级的跃迁发生在这一区域，因此主要研究中红外区域的吸收光谱即分子的振动光谱，可以对各种高分子材料进行分析、测定
二．实验原理 红外光谱(infrared spectroscopy，IR)是一种吸收光谱。红外光只能 激发分子内原子核之间的振动和转动能级的跃迁，因此红外吸收光谱是 通过测定这两种能级跃迁的信息来研究分子结构的。 在红外光谱图中，纵坐标一般用线性透光率作标度，称为透射光 谱图；也有采用非线性吸光度为标度的，称为吸收光谱图。谱图中的横 坐标是以红外辐射光的波数(cm-1)为标度。但有时也用波长(μm )为标度 。这两种标度的关系依照式为：ν(cm-1)×λ(μm)＝104 。红外辐射光的波 数可分为近红外区(10000一4000cm-1)、中红外区(4000一400 cm-1)和远红 外区(400－10 cm-1)。其中最常用的是中红外区，大多数化合物的化学键 振动能级的跃迁发生在这一区域，因此主要研究中红外区域的吸收光谱 即分子的振动光谱，可以对各种高分子材料进行分析、测定
分子的振动方式在分子中存在着许多不同类型的振动。可分为两大类：一类是原子沿键轴方向伸缩使键长发生变化的振动，称为伸缩振动。这种振动分为对称伸缩振动和非对称伸缩振动。另一类是原子垂直键轴方向振动，此类振动会引起分子内键角发生变化，称为弯曲振动这种振动又分为面内弯曲振动（包括平面及剪式两种振动），面外弯曲振动（包括非平面摇摆振动和弯曲摇摆振动）在原子或分子中有许多振动形式，但并不是每一种振动都会和红外辐射发生相互作用而产生红外吸收光谱。只有发生偶极矩变化（△0）的振动才能引起可观测的红外吸收光谱，该分子称之为红外活性的：△μ=0的分子振动不能产生红外振动吸收，称为非红外活性的。例如，H、O,、N，电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。H一C=C一H、R一C=C一R，其C=C（三键）振动也不能引起红外吸收
分子的振动方式 在分子中存在着许多不同类型的振动。可分为两大类：一类是 原子沿键轴方向伸缩使键长发生变化的振动，称为伸缩振动。这种 振动又分为对称伸缩振动和非对称伸缩振动。另一类是原子垂直键 轴方向振动，此类振动会引起分子内键角发生变化，称为弯曲振动 。这种振动又分为面内弯曲振动（包括平面及剪式两种振动），面 外弯曲振动（包括非平面摇摆振动和弯曲摇摆振动）。 在原子或分子中有许多振动形式，但并不是每一种振动都会和 红外辐射发生相互作用而产生红外吸收光谱。只有发生偶极矩变化 （△≠0）的振动才能引起可观测的红外吸收光谱，该分子称之为 红外活性的； △=0的分子振动不能产生红外振动吸收，称为非红 外活性的。例如，H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外 吸收。H―C≡C―H、R―C≡C―R，其C≡C（三键）振动也不能引 起红外吸收
聚乙烯中-CH2-基团的振动模式CHCH--CHCH非对称伸缩振动对称伸缩檬动弯曲非平面平面剪式振动摇摆振动播摆擦动撼握振动图1聚乙烯中-CH-基团的振动模式
聚乙烯中-CH2-基团的振动模式 图1 聚乙烯中-CH2-基团的振动模式
产生红外光谱的必要条件：1：红外辐射光的频率与分子振动的频率相当，才能满足分子振动能级跃迁所需的能量，而产生吸收光谱2.必须是能引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收光谱。在正常情况下，具有红外活动的分子振动大多数处于基态，被红外辐射激发后，振动能级由基态跃迁至第一激发态，这种跃迁所产生的红外吸收称为基频。大多数吸收谱线为基频谱带，除此之外，还可产生以下谱带：倍频（泛频）：振动能级由基态跃迁至第二激发态、第三激发态...所产生的吸收峰称为倍频峰。强度为基频的1/10或1/100。而且倍频波数也不是基频的两倍。合频（组频）：两个频率为v1和v2的基频，在一些情况下，由于偶合作用，出现v,+V,和vi一vz的弱峰。如一取代苯在（2000～1660）cm-1处有吸收带，即为（1000～700）cm，的合频
产生红外光谱的必要条件： 1. 红外辐射光的频率与分子振动的频率相当，才能满足分子振动能级跃 迁所需的能量，而产生吸收光谱。 2. 必须是能引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收光谱。 在正常情况下，具有红外活动的分子振动大多数处于基态，被红外辐 射激发后，振动能级由基态跃迁至第一激发态，这种跃迁所产生的红外 吸收称为基频。大多数吸收谱线为基频谱带，除此之外，还可产生以下 谱带： 倍频（泛频）：振动能级由基态跃迁至第二激发态、第三激发态， 所产生的吸收峰称为倍频峰。强度为基频的1/10或1/100。而且倍频波数 也不是基频的两倍。 合频（组频）：两个频率为1和2的基频，在一些情况下，由于偶合作 用，出现1+2 和1－2的弱峰。如一取代苯在（2000～1660）cm-1处 有吸收带，即为δ（1000～700）cm-1的合频
重要官能团的红外特征吸收（见表1）表1红外主要八个峰区序号光谱区域/cm-1引起吸收的主要基团11000~3000O一H.N一H伸缩振动23300~2700C一H伸缩振动CC- CN, CCC-32500-~1900CCO,NCO伸缩振动41900~~1650CO伸缩振动及芳烃中CH弯曲振动的倍频和合频iS芳环、1675~1500CN--伸缩振动61500~1300CH面内弯曲振动71300~1000C一O,C-F.Si-O仲缩振动和C-C骨架振动8C-H面外弯曲振动，C-CI伸缩振动1000650
重要官能团的红外特征吸收（见表1） 表1红外主要八个峰区
样品的制备方法一般说来，在制备样品时应注意下列几点：（1）样品的浓度和测试厚度应选择适当，过低的浓度和过薄的测试厚度常常使弱峰或中等强度的峰消失、不能得到一张完整的谱图、反之又会使强吸收峰的高度超越标尺刻度无法确定它的真实位置、一张好的谱图应使应使它的吸收峰的透过率为20%～60%。范围内，有时为得一完整的谱图往往需要采用多种浓度或厚度。（2）样品中不应含有游离水，水的存在不但干扰样品吸收峰的面貌，而且还腐蚀吸收槽窗。（3）多组份试样在测绘其红外光谱时：应预先进行组份分离，否则会造成各级份光谱互相干扰，致使无法解析。液体样品可以直接进行测试，对于固体样品通常采用下述几种方法制样：1.KBr压片法制样：把固体样品分散到碱金属卤化物（KBr，KCI）压成透明的薄片而减少粒子散射的影响称之为压片法2.糊状法制样把样品的粉未悬浮在糊剂（如：石蜡油）中进行测定，由于液体石蜡的折射率和样品的折射率相近，从而大大减小了散射光强度。3.薄膜法制样：把样品制成薄膜也可直接用于红外光谱的测定，通常采用制膜的方法有：1）直接把样品熔融然后压制或涂制成膜：2）把样品制成溶剂，然后蒸干溶剂制成薄膜4.粉末：把样品放在玛瑙研钵中研细至2u左右，然后把它悬浮到易挥发的溶剂中，把这种悬浮液移至盐窗口后赶走溶剂后即成为一层均匀的薄膜
一般说来，在制备样品时应注意下列几点： （1）样品的浓度和测试厚度应选择适当．过低的浓度和过薄的测试厚度常常使弱峰或 中等强度的峰消失、不能得到一张完整的谱图、反之又会使强吸收峰的高度超越标尺刻度 ．无法确定它的真实位置、一张好的谱图应使应使它的吸收峰的透过率为20%～60%。范 围内， 有时为得一完整的谱图往往需要采用多种浓度或厚度。 （2）样品中不应含有游离水，水的存在不但干扰样品吸收峰的面貌，而且还腐蚀吸收 槽窗。 （3）多组份试样在测绘其红外光谱时：应预先进行组份分离，否则会造成各级份光谱 互相干扰，致使无法解析。 液体样品可以直接进行测试，对于固体样品通常采用下述几种方法制样： 1.KBr压片法制样:把固体样品分散到碱金属卤化物（KBr，KCl）压成透明的薄片而减少 粒子散射的影响称之为压片法。 2.糊状法制样:把样品的粉末悬浮在糊剂（如：石蜡油）中进行测定，由于液体石蜡的折 射率和样品的折射率相近，从而大大减小了散射光强度。 3.薄膜法制样:把样品制成薄膜也可直接用于红外光谱的测定，通常采用制膜的方法有： 1）直接把样品熔融然后压制或涂制成膜；2）把样品制成溶剂，然后蒸干溶剂制成薄膜。 4.粉末:把样品放在玛瑙研钵中研细至2μ左右，然后把它悬浮到易挥发的溶剂中，把这种 悬浮液移至盐窗口后赶走溶剂后即成为一层均匀的薄膜