中紅外光譜在高分子聚合物材料中的應用方向
紅外光譜區常分成近紅外、中紅外、遠紅外三個區,我們常說的紅外光譜為中紅外光譜,波數范圍是4000~400cm-1,如果分子中含有一些極性較強的基團,則對應這些基團的一些譜帶在這個化合物的IR光譜中往往有很強的吸收峰來顯示這個基團的結構特征。
對于各種聚合物分子來說,含有的主要極性基團是酯、酸、酰胺、酰亞胺、苯醚、脂肪醚和醇等。此外,含有硅、硫磷、氯和氟等雜原子的化合物也常具有較強的極性。因此我們能夠從紅外光譜圖中,掌握分子的結構及官能團情況。
傅立葉變換紅外光譜儀
紅外光譜能提供什么信息?
紅外光譜可以提供三種信息,即三個特征量。一是譜帶位置,即波長或波數。譜帶位置是在紅外光譜圖上化學鍵(基團)的特征吸收頻率,是定性各種化學鍵(基團)和結構分析的依據。譜帶位置不同,反映了物質中含有不同的化學鍵(基團)。
二是譜帶強度,即透射百分率或吸收百分率。譜帶強度與分子振動的對稱性有關。對稱性越強,振動中分子偶極矩變化越小,譜帶強度也就越弱。
三是譜帶形狀,反映了分子結構特性,可幫助辨別各種官能團。
常見官能團的特征吸收頻率
紅外光譜*基本的用途就是對高分子化合物進行結構分析,這對高分子化合物的合成研究有很大的幫助。例如聚丙烯酸脂共聚反應通過紅外光譜就可以觀察到反應的結果。
PET聚酯及其擴鏈產物的紅外分析譜圖
高分子材料材質剖析也是紅外光譜*基本的用途之一。在高分子合成研究中要經常對某種高分子材料進行剖析,以便借鑒。紅外光譜可以很方便地檢測出高分子材料的種類,甚至添加劑的種類,這對工藝研究有很大的幫助。
如何分析紅外光譜譜圖?
分析一張譜圖時,一般要從譜圖中主要的強吸收譜帶開始,這些強吸收譜帶對應化合物的主要官能團,也就能特征地反映出化合物的結構,然后再分析其它較弱的吸收譜帶。
如圖中特征譜帶是在2950cm-1,1460cm-1和720/730cm-1處,有三個很強的吸收峰,它們分別屬于C一H的伸縮,彎曲和搖擺振動。其中720cm-1處光譜反映的是無定型的聚乙烯吸收峰,730cm-1處光譜是結晶聚乙烯吸收峰。
聚合物中有很大一部分是含有酯基和苯環的,因此在得到一張未知聚合物的IR光譜圖之后,首先觀察在1740~1720cm-1區域內是否有特征吸收譜帶(屬于酯基中C=O的伸縮振動頻率),以及是否有1600cm-1、1580cm-1、1500cm-1、1450cm-1(屬于苯環的C=C骨架振動頻率)這四條譜帶,這樣就將聚合物的可能范圍大大地縮小了。再選用一些表征其他基團或結構的吸收頻率(吸收譜帶),*終實現鑒定聚合物的目的。
通過紅外譜圖分析推測樣品
紅外光譜與標準圖譜
不同的化合物均有各自獨特的紅外光譜,當測得紅外光譜后,無論是已知物的驗證或是未知物的鑒定,都需要和標準譜圖驗證。傅里葉變換紅外光譜儀可將測得的光譜圖用計算機進行檢索。
“薩特勒”(Sadlter)標準紅外光譜集是目前光譜中收集數量多,使用*普遍的光譜集。Sadlter標準紅外光譜是由美國費城薩特勒研究室編制,自1947年到目前,國內已收集了95卷,77000多張標準譜圖。查閱標準譜圖時可根據樣品的分子式及可能的結構式結合物理常數查閱,若樣品的譜圖與標準譜圖完全符合,即可確定此樣品,若是新化合物,查不到它的標準譜圖可結合其它分析方法如元素分析,核磁共振,質譜等來確定其結構。