高聚物红外光谱

高聚物近代测试——红外光谱分析1 红外光谱分析概述分子中的电子总是处在某一种运动状态中，每一种状态都具有一定的能量，属于一定的能级。

电子由于受到光、热、电的激发，从一个能级转移到另一个能级，称为跃迁。

当这些电子吸收了外来辐射的能量，就从一个能量较低的能级跃迁到另一个能量较高的能级。

由于分子内部运动所牵涉到的能级变化比较复杂，分子吸收光谱也就比较复杂。

由于各种物质分子内部结构的不同，分子的能级也千差万别，各种能级之间的间隔也互不相同，这样就决定了它们对不同波长光线的选择吸收。

如果改变通过某一吸收物质的入射光的波长，并记录该物质在每一波长处的吸光度（A），然后以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标作图，得到的谱图称为该物质的吸收光谱或吸收曲线。

某物质的吸收光谱反映了它在不同的光谱区域内吸收能力的分布情况，可以从波形、波峰的强度和位置及其数目，研究物质的内部结构。

分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动——转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱。

红外吸收光谱是一种分子吸收光谱。

2 红外光区的划分红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约为0.75~1000µm，根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光区分为三个区：近红外光区（0.75 ~ 2.5µm ），中红外光区（2.5 ~ 25µm ），远红外光区（25 ~ 1000µm ）。

近红外光区的吸收带（0.75 ~ 2.5µm ）主要是由低能电子跃迁、含氢原子团（如O-H、N-H、C-H）伸缩振动的倍频吸收产生。

该区的光谱可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化合物，并适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量分析。

中红外光区吸收带（2.5 ~ 25µm ）是绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带（由基态振动能级（v=0）跃迁至第一振动激发态（v=1）时，所产生的吸收峰称为基频峰）。

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。

实验8 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（12 800～4 000cm-1）、中红外区（4 000～200cm-1）和远红外区（200~l0cm-1）。

其中最常用的是4 000～400cm-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2－18 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以外，振动自由度应为3N－6（线形分子是3N－5）。

这些振动可分两大类：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，用υ表示。

这种振动又分为对称伸缩振动（用υs表示）和非对称伸缩振动（用υas表示）。

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（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2－19为聚乙烯中－CH2－基团的几种振动模式。

图2－19 聚乙烯中－CH 2－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。

聚合物分析测试—傅立叶红外光谱（FTIR）与拉曼光谱法高分子与低分子的区别在于前者相对分子质量很高，通常将相对分子质量高于约1万的称为高分子，相对分子质量低于约1000的称为低分子。

相对分子质量介于高分子和低分子之间的称为低聚物（又名齐聚物）。

一般高聚物的相对分子质量为104~106，相对分子质量大于这个范围的又称为超高相对分子质量聚合物。

科标分析实验室可以通过多种大型仪器对样品进行全方位的测试，提供专业聚合物分析测试服务。

以下是傅立叶红外光谱（FTIR）与拉曼光谱法介绍：分子吸收红外光后会引起分子的转动和振动。

红外光谱就是由于分子的振动和转动引起的，因而又称为振-转光谱。

分别通过基团的特征吸收波数和吸收峰的面积（或峰高）进行定性和定量分析。

波数是波长的倒数，单位是cm-1，与频率有正比关系。

红外光谱的研究范围是2～25µm（相当于200～4000cm-1）。

红外光谱在高分子方面的应用有如下一些方面：（1）高聚物品种的定性鉴别图11-1是高分子红外光谱中主要谱带的波数与结构的关系图，可用作高分子鉴别的快速指南。

图11-1高分子红外光谱中主要谱带位置的快速鉴别指南（2）高聚物的主链结构、取代基的位置、双键的位置、侧链的结构等定性鉴别（3）定量测定高聚物的结晶度、键接方式含量、等规度、支化度和共聚（或共混）组成、共聚序列分布等。

定量时需利用一个无关谱带作为参比谱带以扣除厚度变化的影响，例如结晶度的计算公式为：结晶度＝K（4）通过对单体或产物的测定，分析单体纯度或研究反应（包括交联、老化等）过程。

（5）用红外二向色性比R表征取向程度。

（使用偏振红外光，在取向方向和与取向方向垂直的方向上测定，两个方向的强度比为二向色性比）。

由于计算机技术的发展，近代的红外光谱都采用了傅立叶变换技术，称傅立叶变换红外光谱（FTIR）。

FTIR不仅速度快，而且精度高。

通过差示分析还可以检出微量的混合组分、添加剂或杂质。

实验一红外光谱法测定聚合物的结构一、实验目的：1. 了解红外线分析聚合物的原理及其应用范围；2. 掌握操作红外线分析仪器的操作方法；3. 测定某位置样品的红外谱图。

二、实验原理：在分子中存在着许多不同类型的振动，其振动自由度与原子数有关。

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以外，振动动自由度应为3N-6（线性分子是3N-5）这些振动可分两大类：一类是沿键轴方向伸缩使键长发生变化的振动，称为为伸缩振动，用V表示。

这种振动又分为对称伸缩振动用V表示和非对称伸缩震动用Vas表示；另一类原子垂直于价键方向振动；此类振动会引起分子内键角发生变化称为弯曲（或变形）振动，用δ表示，这类振动又可分为面内弯曲振动（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）。

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。

把两个原子看成质量分别为m1和m2的钢性小球，化学键好似一根无质量的弹簧在原子分子中有多种振动形式，每一种简正振动都对应一定的振动频率，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，只有能引起分子偶极矩变化的振动（称为红外活性振动），才能产生红外吸收光谱。

也就是说，当分子振动引起分子偶极矩变化时，就能形成稳定的交变电场，其频率与分子振动频率相同，可以和相同频率的红外辐射发生相互作用，使分子吸收红外辐射的能量跃迁到高能态，从而产生红外吸收光谱。

在正常情况下，这些具有红外活性的分子振动大多数处于基态，被红外辐射激发后，跃迁到第一激发态。

这种跃迁所产生的红外吸收称为基频吸收。

在红外吸收光谱中大部分吸收部属于这一类型。

除基频吸收外还有倍频和合频吸收，但这两种吸收都较弱。

红外吸收谱带的强度与分子数有关，但也与分子振动时偶极矩变化率有关。

变化率越大，吸收强度也越大，因此极性基团如碳基、胺基等均有很强的红外吸收带。

红外光谱法测定聚合物的结构红外光谱是研究有机化合物、高分子化合物结构与性能关系的基本手段之一，具有分析速度快、样品用量少并能分析各种状态的样品等特点。

红外光谱广泛用于高聚物材料的定性定量分析，例如：研究高聚物的序列分布、研究支化程度、高聚物的聚集态结构、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。

一、实验目的1．了解红外光谱的基本原理。

2．初步掌握红外光谱样品的制备方法和红外光谱仪的使用。

3．初步学会红外光谱图的解析。

二、实验基本原理红外辐射光的波数可分为近红外区(10000~4000cm-1)、中红外区(( 4000~400cm-1)和远红外区(400~l0cm-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的跃迁发生在这一区域，在此区域出现的光谱为分子振动光谱，即红外光谱。

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以外，振动自由度应为3N-6(线形分子是3N-5)。

这些振动可分两大类：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，用v表示。

这种振动又分为对称伸缩振动(v s)和非对称伸缩振动(v as)。

另一类是原子沿垂直键轴方向的振动，此类振动会引起分子内键角发生变化，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(包括平面摇摆及剪式两种振动)和面外弯曲振动(包括非平面摇摆及扭曲两种振动)。

图14-1为聚乙烯中—CH2—基团的几种振动模式。

图14-1 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。

把两个原子看成质量分别为m1和m2的刚性小球，化学键好似一根无质量的弹簧，如图14-2所示。

图14-2 双原子分子弹簧球模型按照这一类型，双原子分子的简谐振动应符合虎克定律，振动频率可用下式表示：式中，v 为频率，Hz ；K 为化学键力常数，10-5 N/cm ；μ为折合质量，g ；m 1，m 2分别为每个原子的相对原子质量；N 为阿伏加德罗常数。

高聚物单体的判断方法高聚物单体是指能够通过聚合反应形成高聚物的小分子化合物。

在化学工业中，判断高聚物单体的纯度和质量对于生产高质量的高聚物产品至关重要。

本文将介绍几种常用的判断高聚物单体的方法。

一、质量测定法质量测定法是通过测量高聚物单体的物理性质来判断其纯度和质量。

常用的质量测定方法包括密度测定、折射率测定、熔点测定等。

这些方法可以直接反映高聚物单体的纯度，高纯度的高聚物单体通常具有更高的密度、折射率和熔点。

二、红外光谱法红外光谱法是一种常用的分析方法，可以用于判断高聚物单体的结构和功能基团。

通过测量高聚物单体在红外光谱中的吸收峰，可以确定其化学结构和官能团的存在与否。

这种方法可以快速准确地判断高聚物单体的纯度和结构。

三、核磁共振法核磁共振法是一种非常强大的结构分析方法，可以用于判断高聚物单体的化学结构和空间构型。

通过测量高聚物单体在核磁共振谱图中的峰位和峰强，可以确定其分子结构和化学环境。

这种方法可以提供高聚物单体的详细结构信息，对于判断其纯度和质量非常有帮助。

四、色谱法色谱法是一种分离和分析技术，可以用于判断高聚物单体的组分和纯度。

常用的色谱方法包括气相色谱和液相色谱。

通过在色谱柱中将高聚物单体与其他杂质分离，再通过检测器对其进行检测，可以确定高聚物单体的纯度和组分。

色谱法具有分离效果好、分析速度快的优点，是判断高聚物单体质量的重要方法之一。

五、溶解度测定法溶解度测定法是一种常用的物理性质测定方法，可以用于判断高聚物单体的纯度和溶解性。

通过测量高聚物单体在不同溶剂中的溶解度，可以确定其溶解度与溶剂的相容性。

高纯度的高聚物单体通常具有更好的溶解性，溶解度测定法可以用于判断高聚物单体的纯度和质量。

判断高聚物单体的纯度和质量是化学工业生产中的重要环节。

质量测定法、红外光谱法、核磁共振法、色谱法和溶解度测定法是常用的判断方法。

通过综合应用这些方法，可以准确判断高聚物单体的纯度和质量，从而保证生产高质量的高聚物产品。