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中红外光谱在高分子聚合物材料中的应用方向

日期:2024-05-08 02:08
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摘要: 高分子材料是我国化工产品中一个重要的组成部分,了解高分子材料的组成结构可以帮助人们进一步改进其性能。在高分子材料研究中,*常使用的分析方法是红外光谱法,该方法操作简单,易于掌握,能较直观地反映出化合物的结构变化。 红外光谱区常分成近红外、中红外、远红外三个区,我们常说的红外光谱为中红外光谱,波数范围是4000~400cm-1,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IR光谱中往往有很强的吸收峰来显示这个基团的结构特征。 对于各种聚合物分子来...
      高分子材料是我国化工产品中一个重要的组成部分,了解高分子材料的组成结构可以帮助人们进一步改进其性能。在高分子材料研究中,*常使用的分析方法是红外光谱法,该方法操作简单,易于掌握,能较直观地反映出化合物的结构变化。

 

红外光谱区常分成近红外、中红外、远红外三个区,我们常说的红外光谱为中红外光谱,波数范围是4000~400cm-1,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IR光谱中往往有很强的吸收峰来显示这个基团的结构特征。

 

对于各种聚合物分子来说,含有的主要极性基团是酯、酸、酰胺、酰亚胺、苯醚、脂肪醚和醇等。此外,含有硅、硫磷、氯和氟等杂原子的化合物也常具有较强的极性。因此我们能够从红外光谱图中,掌握分子的结构及官能团情况。

 

傅立叶变换红外光谱仪

 

 

 

红外光谱能提供什么信息?

 

红外光谱可以提供三种信息,即三个特征量。一是谱带位置,即波长或波数。谱带位置是在红外光谱图上化学键(基团)的特征吸收频率,是定性各种化学键(基团)和结构分析的依据。谱带位置不同,反映了物质中含有不同的化学键(基团)

二是谱带强度,即透射百分率或吸收百分率。谱带强度与分子振动的对称性有关。对称性越强,振动中分子偶极矩变化越小,谱带强度也就越弱。

三是谱带形状,反映了分子结构特性,可帮助辨别各种官能团。

 

常见官能团的特征吸收频率

 

红外光谱*基本的用途就是对高分子化合物进行结构分析,这对高分子化合物的合成研究有很大的帮助。例如聚丙烯酸脂共聚反应通过红外光谱就可以观察到反应的结果。

 

PET聚酯及其扩链产物的红外分析谱图

 

 

高分子材料材质剖析也是红外光谱*基本的用途之一。在高分子合成研究中要经常对某种高分子材料进行剖析,以便借鉴。红外光谱可以很方便地检测出高分子材料的种类,甚至添加剂的种类,这对工艺研究有很大的帮助。

 

 

如何分析红外光谱谱图?

 

 

分析一张谱图时,一般要从谱图中主要的强吸收谱带开始,这些强吸收谱带对应化合物的主要官能团,也就能特征地反映出化合物的结构,然后再分析其它较弱的吸收谱带。

 

如图中特征谱带是在2950cm-11460cm-1720/730cm-1处,有三个很强的吸收峰,它们分别属于CH的伸缩,弯曲和摇摆振动。其中720cm-1处光谱反映的是无定型的聚乙烯吸收峰,730cm-1处光谱是结晶聚乙烯吸收峰。

聚合物中有很大一部分是含有酯基和苯环的,因此在得到一张未知聚合物的IR光谱图之后,首先观察在1740~1720cm-1区域内是否有特征吸收谱带(属于酯基中C=O的伸缩振动频率),以及是否有1600cm-11580cm-11500cm-11450cm-1(属于苯环的C=C骨架振动频率)这四条谱带,这样就将聚合物的可能范围大大地缩小了。再选用一些表征其他基团或结构的吸收频率(吸收谱带),*终实现鉴定聚合物的目的。

 

通过红外谱图分析推测样品

 

 

 

红外光谱与标准图谱

 

 

不同的化合物均有各自独特的红外光谱,当测得红外光谱后,无论是已知物的验证或是未知物的鉴定,都需要和标准谱图验证。傅里叶变换红外光谱仪可将测得的光谱图用计算机进行检索。

萨特勒”(Sadlter)标准红外光谱集是目前光谱中收集数量多,使用*普遍的光谱集。Sadlter标准红外光谱是由美国费城萨特勒研究室编制,自1947年到目前,国内已收集了95卷,77000多张标准谱图。查阅标准谱图时可根据样品的分子式及可能的结构式结合物理常数查阅,若样品的谱图与标准谱图完全符合,即可确定此样品,若是新化合物,查不到它的标准谱图可结合其它分析方法如元素分析,核磁共振,质谱等来确定其结构。

 

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