红外光谱法鉴定聚合物的结构特征

红外光谱法在聚合物鉴别中的应用红外光谱法在聚合物鉴别中的应用红外光谱法是一种分析化学技术，它通过将分子中的振动能量转化为电磁波，利用光谱仪测定样品吸收红外辐射的能量，进而分析样品的成分和结构。

在聚合物材料的鉴别和表征方面，红外光谱法得到了广泛的应用，成为了聚合物研究的基本手段之一。

本文将详细介绍红外光谱法在聚合物鉴别中的应用。

1.聚合物的基本结构聚合物是由数个重复单元结构化合而成的高分子化合物。

其中，重复单元由单体分子通过化学键结合而成，分子量高达几千至几百万不等。

不同的聚合物具有不同的物理化学性质和应用性能，因此对于聚合物的鉴别和表征具有重要的意义。

聚合物材料具有复杂的结构和特性，但是它们的基本单体结构和宏观性质往往与其红外光谱图谱（IR谱）相关联。

IR谱是由聚合物分子的振动带来的光谱图像，包括由伸缩、弯曲、扭曲和往复式振动产生的信息。

因此，IR谱可以用来确定单体结构、化学键类型、官能团或取代基类别、杂质种类、晶型、杂交锋的相对量等信息。

2.聚合物鉴别的方法在聚合物的鉴别和表征中，主要有以下几种方法：2.1 溶解色谱法通过在不同的溶剂中溶解样品，观察到不同的相对分子质量和分子间吸引力的变化，可以间接地进行聚合物的鉴别。

然而，对于相似结构的聚合物，由于其相似的水溶性和分子量，很难分辨出它们的差异性。

2.2 标准化的温度和热重分析法温度和热重分析法（TGA）和不同的附加技术也可以用于聚合物的鉴别。

通过在恒定的加热速率下，检测样品的重量损失，可以获得特定聚合物的热分解温度、热容和热稳定性等信息。

然而，由于在不同条件下的析出温度差异甚至可以超过10摄氏度，因此，这一方法只能识别相对不同的聚合物，而不能进行严格的鉴别。

2.3 光谱法光谱法是目前最常用的聚合物鉴别方法之一，IR谱作为其中的重要分支，提供了分子结构和化学键类型等信息。

根据不同的聚合物类型和分子结构，红外光谱谱图可以表现为一系列的吸收峰。

给定的峰可以被标识为相应的化学键，从而确定分子中的成分和结构。

实验1 红外光谱法鉴定聚合物的结构特征1.实验目的（1）了解红外光谱分析法的基本原理。

（2）初步掌握红外光谱样品的制备和红外光谱仪的使用。

（3）红外吸收光谱的应用和谱图的分析方法。

2.实验原理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、取样微、高灵敏并能分析各种状态的样品等特点，广泛应用于高聚物领域，如对高聚物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，研究高聚物的聚集形态结构，高聚物的聚合过程反应机理和老化，还可以对高聚物的力学性能进行研究。

红外光谱属于振动光谱，其光谱区域可进一步细分为近红外区（12800～4000cm-1）、中红外区（4000～200cm-1）和远红外区（200～10cm-1）。

其中最常用的是4000～400cm-1，大多数化合物的化学键振动能的跃迁发生在这一区域。

图2.18为典型的红外光谱。

横坐标为波数（cm-1，最常见）或波长（μm）,纵坐标为透光率或吸光度。

图1 聚苯乙烯的红外光谱在分子中存在着许多不同类型的振动，其振动与原子数有关。

含N个原子的分子有3N 个自由度，除去分子的平动和转动自由度外，振动自由度应为3N-6（线性分子是3N-5）。

这些振动可分为两类：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，用υ表示。

这种振动又分为对称伸缩振动（υs）和不对称伸缩振动（υas）。

另一类是原子垂直键轴方向振动，此类振动会引起分子的内键角发生变化，称为弯曲（或变形）振动，用δ表示，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（包括非平面摇摆及弯曲摇摆两种振动）。

图2为聚乙烯中-CH2-基团的几种振动模式。

图2 聚乙烯中-CH2-基团的振动模式分子振动能与振动频率成反比。

为计算分子振动频率，首先研究各个孤立的振动，即双原子分子的伸缩振动。

可用弹簧模型来描述最简单的双原子分子的简谐振动。

常见聚合物红外光谱红外光谱是一种常用的分析方法，可用于研究聚合物的结构和化学环境。

下面将介绍常见聚合物红外光谱的主要特征。

1、聚合物的类型不同类型的聚合物在红外光谱上表现出不同的特征。

例如，聚烯烃在红外光谱上表现出明显的C-H伸缩振动，而聚酰胺则表现出N-H伸缩振动和C-N伸缩振动的双峰。

因此，通过红外光谱可以区分不同类型的聚合物。

2、聚合物链的构型聚合物的链构型也会影响红外光谱的特征。

例如，等规聚合物和无规聚合物在红外光谱上表现出不同的特征。

等规聚合物在红外光谱上表现出等规序列的C-H 伸缩振动，而无规聚合物则表现出非等规序列的C-H伸缩振动。

3、聚合物链的取代基聚合物链中的取代基也会影响红外光谱的特征。

例如，聚合物链中的烷基、芳基、酯基等不同的取代基在红外光谱上表现出不同的特征。

因此，通过红外光谱可以研究聚合物链中的取代基类型和数量。

4、聚合物链的序列结构聚合物的序列结构也会影响红外光谱的特征。

例如，在聚合物链中，如果存在序列结构的变化，如序列分布、嵌段共聚物等，那么在红外光谱上就会表现出不同的特征。

因此，通过红外光谱可以研究聚合物的序列结构。

5、聚合物链的立体结构聚合物的立体结构也会影响红外光谱的特征。

例如，结晶聚合物和非晶聚合物在红外光谱上表现出不同的特征。

结晶聚合物在红外光谱上表现出有序的结晶结构，而非晶聚合物则表现出无序的结构。

此外，聚合物的立构构型也会影响红外光谱的特征。

例如，等规立构和间规立构在红外光谱上表现出不同的特征。

因此，通过红外光谱可以研究聚合物的立体结构。

6、聚合物链的聚集态结构聚合物的聚集态结构也会影响红外光谱的特征。

例如，不同形态的聚合物在红外光谱上表现出不同的特征。

粉末状的聚合物在红外光谱上表现出颗粒状的结构，而纤维状的聚合物则表现出丝状的结构。

此外，不同温度下的聚合物聚集态结构也会影响红外光谱的特征。

因此，通过红外光谱可以研究聚合物的聚集态结构。

7、聚合物链的化学环境聚合物的化学环境也会影响红外光谱的特征。

红外线光谱与物质结构分析红外线光谱分析技术是一种无损的、快速且灵敏的分析方法，可以对物质的化学结构进行分析和识别。

红外线光谱是在波长范围为0.78~1000微米的红外线区域内进行测量，利用物质中不同振动模式对应的不同波数进行结构分析。

这种技术在化工、医药、材料科学等各个领域有着广泛的应用。

一、红外线光谱的基本原理物质的分子由原子通过或化学键或氢键结合而成。

这些原子通过在分子中振动、转动或伸缩等方式运动而相互作用，因此每个分子都有着其特有的振动光谱。

红外线光谱技术就是通过测量物质吸收、反射、散射等光的信息，以得出分子中原子间的互相作用及其振动模式，进而分析物质的结构、成分和性质。

二、红外线光谱应用的对象红外线光谱可以用于分析各种化学物质，例如：有机化合物、矿物、材料等。

1、有机化合物有机化合物通常由C-O、C-N、C=C、C-H、N-H、O-H、S-H、C≡C等化学键构成。

这些化学键分别对应着不同的振动模式，因此在红外线光谱图上可以清晰地显示出化学键的吸收峰。

有机化合物的红外线光谱可以用于识别化合物的结构和化学键类型。

2、矿物矿物的红外线光谱可以用于确定其化学成分、物相同定、晶体结构以及矿物中的配位离子等。

例如，炭酸盐矿物的红外线光谱中有一个特定的吸收带- v3 (CO3) ，其位置和强度与不同的矿物和孔隙水体沉积所产生的环境因素有关。

因此，炭酸盐矿物的红外线光谱可以用于矿物化学、地质环境和孔隙水渗透性的研究。

3、材料红外线光谱可以用于分析各种材料，例如聚合物、陶瓷、金属等。

利用这种技术可以对材料的化学成分、结构和性质进行深入研究和分析。

三、红外线光谱的数据解释红外线光谱可以用于分析物质的结构和化学成分，但是在解释光谱数据时需要特殊的技术和经验。

以下是一些常见的解释方法：1、吸收峰位置红外线吸收峰的位置和强度与所测化合物的结构和化学键类型有关。

吸收峰的频率可以提供关于结构中原子键属性的信息，而吸收峰的强度则反映出原子中相互作用力的大小。

聚合物的红外光谱研究红外光谱是一种广泛应用于聚合物研究的非常有用的分析技术。

通过红外光谱，我们可以了解聚合物的化学组成、结构、相互作用以及其它物理性质。

在这篇文章中，我们将讨论红外光谱在聚合物研究中的应用以及一些相关的研究方法。

首先，让我们简要介绍一下红外光谱的基本原理。

红外辐射是电磁辐射的一种波长范围，它的波长介于可见光和微波之间。

有机化合物在红外波段的吸收谱带可以用于识别和分析化合物的不同官能团。

聚合物是由重复单元组成的大分子，因此其红外光谱也有其特殊之处。

首先，红外光谱可以用于鉴定聚合物的化学组成。

聚合物通常由不同的单体或功能单元组成，通过红外光谱，我们可以确定聚合物中存在的官能团。

例如，酯、醚、酰胺等官能团的振动频率可以在红外光谱图中很清晰地观察到。

通过比较聚合物的红外光谱和单体的红外光谱，我们可以确定聚合物的化学组成。

其次，红外光谱可以用于研究聚合物的结构。

聚合物的结构对其性质和应用有着重要的影响。

通过红外光谱，我们可以观察到聚合物的键长、键角、晶体结构等方面的信息。

例如，聚烯烃类聚合物的红外吸收峰的位置和强度可以提供有关侧链的构象和取向信息。

此外，红外光谱还可以用于研究聚合物的相互作用。

聚合物可以与其它物质或聚合物形成复合材料或共聚物。

红外光谱可以提供复合材料中不同成分之间的相互作用信息。

例如，如果聚合物与钙盐形成络合物或聚合物链与聚酰胺链相互交联，我们可以通过红外光谱观察到特定的峰位变化。

在聚合物红外光谱研究中，有几种常用的方法。

首先，传统的固体样品法是将聚合物样品研磨成颗粒或制备薄膜，然后直接在红外光谱仪中进行测量。

这种方法适用于固体聚合物样品，可以提供非常准确的红外光谱。

其次，溶液法是将聚合物溶解在合适的溶剂中，然后通过红外透射法进行测量。

这种方法适用于大多数溶液聚合物样品，可以提供样品的整体红外光谱。

最后，偏振红外光谱法是将聚合物样品与偏振红外光进行相互作用，以研究聚合物的定向和取向。

如何通过红外光谱技术快速鉴定化学结构通过红外光谱技术快速鉴定化学结构在现代化学研究中，准确地鉴定化学结构是至关重要的。

而红外光谱技术则成为了一种非常有效的工具，可以帮助化学家们快速准确地确定物质的化学结构。

本文将介绍红外光谱技术的原理、应用领域以及如何通过该技术快速鉴定化学结构。

首先，我们来了解一下红外光谱技术的原理。

红外光谱技术是通过测量物质对红外辐射的吸收来获取信息的一种分析方法。

红外辐射的波长范围在近红外（近800纳米）到远红外（约1毫米）之间。

物质分子的振动和转动会导致它们对特定波长的红外光产生吸收。

通过测量物质在不同波数下的吸收强度，我们可以得到物质的红外光谱图像。

红外光谱技术在很多领域有着广泛的应用。

首先是有机化学领域，通过红外光谱可以确定有机化合物的官能团、碳氢键位置以及分子结构。

此外，在材料科学领域，红外光谱可以用来研究材料的物理化学性质，例如聚合物结构、表面活性剂的吸附行为等。

此外，生物化学领域也广泛应用了红外光谱技术，可以用于研究生物大分子的结构和功能。

那么如何通过红外光谱技术快速鉴定化学结构呢？首先，我们需要收集样品的红外光谱图像。

这可以通过红外光谱仪来实现，现代的红外光谱仪已经非常便捷和高效。

样品被置于红外光谱仪的样品室中，然后通过传感器来测量光谱图像。

接下来，我们需要将测得的光谱图像与已知的光谱数据库进行对比。

这些数据库中包含了已知化合物的光谱图像以及其对应的结构信息。

通过对比样品光谱图像与数据库中的光谱图像，我们可以确定样品的化学结构。

在进行对比时，我们可以关注吸收峰的位置和形状。

吸收峰的位置对应着特定的化学键或官能团，而吸收峰的形状则与分子结构有关。

通过对吸收峰位置和形状的分析，我们可以比较样品与数据库中的光谱，从而确定样品的化学结构。

此外，还可以利用红外光谱的一些特征峰进行定性和定量分析，如特定峰的强度变化或者比例。

然而，值得一提的是，红外光谱技术虽然在快速鉴定化学结构中有着广泛应用，但它不能提供绝对准确的结果。

红外光谱测聚合物结构------07材料化学周宏亮测定未知聚合物的结构，红外光谱法定性分析的一个重要用途。

如果未知物不是新化合物，可以通过两种方式利用标准谱图进行查对：（1）查阅标准谱图的谱带索引，与寻找试样光谱吸收带相同的标准谱图；（2）进行光谱解析，判断试样的可能结构，然后在由化学分类索引查找标准谱图对照核实。

在对光谱图进行解析之前，应收集样品的有关资料和数据。

了解试样的来源、以估计其可能是哪类聚合物；测定试样的物理常数，如熔点、沸点、溶解度、折光率等，作为定性分析的旁证；根据元素分析及相对摩尔质量的测定，求出化学式并计算化合物的不饱和度：不饱和度W=1+n4+(n3-n1)/2式中n4、n3、n1、分别为分子中所含的四价、三价和一价元素原子的数目。

W=0时，表示分子是饱和的，应在链状烃及其不含双键的衍生物。

W=1时，可能有一个双键或脂环；W=2时，可能有两个双键和脂环，也可能有一个叁键；W =4时，可能有一个苯环等。

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（△μ≠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，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。

产生红外光谱的必要条件是：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。

一、红外光谱法在聚合物材料研究中的应用红外光谱法在聚合物材料的研究中是一种必不可少的工具，也是近代分析方法中最成熟、最有效的方法之一。

用它来进行研究的内容也很广泛，包括未知聚合物及其添加剂的分析、聚合物结构(包括链结构及聚集态结构)和结构变化的分析、聚合反应的研究、聚合物与配合剂相互作用及并用聚合物之间相互作用的研究，结晶度、取向度的测定，聚合物表面的分析等。

对聚合物红外光谱的解释有三个要素必须注意。

第一是谱带的位置，它代表某一基团的振动频率，也是说明是否含有某种基团的标志。

这在第三节已有详细叙述，当然有些基团的谱带会出现在相同频率区或很接近的频率_匕这就需特别注意。

第二是谱带的形状，例如氢键和离子的官能团会产生很宽的红外谱带，这对于鉴定特殊基团的存在十分重要，如酸胺基的C =a和烯类的C =}伸缩振动都出现在}}5}c}、一’附近，但酞胺基团的默基大都形成氢键，其谱带较宽，这就容易与烯类的C }Cf谱带区分开。

第三是谱带的相对强度，谱带的强弱对比不单是一种基团含量的定量分析基础，而且可以暗示某一特殊基团或元素的存在，例如C H基团邻接氯原子时，将使它的摇摆、扭绞和变形振动的谱带由弱变强，因此从其对应的谱带的增强可提示有氯原子的存在。

分子中有极性较强的基团将产生强的吸收，如默基、醚基等谱带的吸收都很强。

下面举例说明红外光谱法在聚合物材料研究中的应用。

1、未知聚合物的鉴定一般来说，一张聚合物的光谱图是较复杂的，需要进行细心的分析才能得到初步的结果，最后还要根据分析结果查对标准潜图再作最后的确定。

首先可以基团的频率及频率分区中排除一些基团的存在，例如，在:3100～3700cm-1区域没有吸收带就可以排除O—H和N—H基团的存在；在3000～3100cm-1附近没有吸收带则表示不是芳环或不饱和碳氢化合物；在2242cm-1处没有谱带则表示不是含C≡N基团的聚合物(如丁睛胶、聚丙烯睛等)；在1720～1735cm-1之间没有谱带则表示被分析聚合物不是含碳基或醋基的聚合物。