聚合物表征红外光谱
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。
红外光谱法鉴别高聚物
亚甲基的平面摇摆振动特征峰：
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2．聚丙烯
聚丙烯个每两个碳就有一个甲基支链，因而除了1460cm-1 的CH2弯曲振动外，还有很强的甲基弯曲振动谱带出现在 1378cm-1。CH3和CH2的伸缩振动叠加在一起，出现了2800－ 3000 cm-1的多重峰。
聚丙烯图的另一个主要特点是在970和1155cm-1处呈现的 [CH2CH(CH3)] 的特征峰。全同聚丙烯与无规聚丙烯的主要 区别是，全同聚丙烯除上述五条谱带外，在841、998和 1304cm-1等还存在系列与结晶有关的谱带，而无规聚丙烯不 能结晶，故不存在这些谱带。
聚乙烯红外光谱是最简单的高分子光谱图。在约2950、1460和720／ 730cm-1处有3个很强的吸收峰，它们分别归属C－H的伸缩、弯曲和摇摆 振动。720／730cm-1是双重峰，其中720是无定形聚乙烯的吸收峰，730 是结晶聚乙烯的吸收峰。由于实际聚乙烯很少是完全线型的，低密度 聚乙烯有许多支链，因而在1378cm-1处能观察到甲基弯曲振动谱带。
在酸中由于羧基形成很强的氢键，使得羟基 在3330cm-1的峰难以观察。酸的证据只有C－H 在2900cm-1的峰加宽，以及C＝O峰向低波数位 移。
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②含羟基的高分子 羟基吸收峰在3130-3700cm-1区域内。对于任何情况下
都不形成氢键的“自由”状态羟基，在3570-3700cm-1 有宽峰。多数羟基化合物的分子间会形成氢键，从而 在3130-3570cm-1出现强的宽峰。 这类化合物若在惰性溶剂的稀溶液中测定，羟基峰变 得很锐利，且落入3570-3700cm-1的范围。如果在稀溶 液中测定也没有变化，说明羟基与分子的其他极性基 团形成氢键，羟基间不存在氢键。形成分子内氢键时 羟基吸收峰是3130-3570cm-1的锐峰。含羟基高分子的 谱带于表7-7。
红外光谱法鉴定聚合物的结构特征
红外光谱法鉴定聚合物的结构特征引言红外光谱法是一种常用的分析技术，广泛应用于聚合物材料的表征和鉴定。
聚合物是由重复单元组成的高分子化合物，其结构决定了其性质和应用领域。
通过红外光谱法，可以研究聚合物中的化学键类型、官能团以及杂质等信息，从而实现聚合物的结构特征的鉴定。
本文将介绍红外光谱法在聚合物结构鉴定中的原理和方法，并结合实例进行详细说明。
一、红外光谱的原理红外光谱法基于分子内振动产生的特定频率的吸收现象来鉴定材料的成分和结构。
红外光谱仪通过引入红外光源，照射到样品上，样品会吸收特定频率的红外光，所吸收的红外光谱与样品分子的振动能级间的能量差有关，因此可以得到有关样品结构和化学键性质的信息。
二、红外光谱法在聚合物结构鉴定中的应用1.化学键类型的鉴定红外光谱法可以通过分析吸收峰的位置和形状来确定聚合物中的化学键类型。
例如，碳氢键的振动会在285-300 cm-1范围内产生吸收峰，羟基(OH)官能团的振动会在320-360 cm-1范围内产生宽而强的吸收峰。
通过观察这些特征吸收峰的出现和位置，可以确定聚合物中的化学键类型。
2.官能团的鉴定红外光谱法可以通过分析吸收峰的位置和形状来确定聚合物中的官能团。
不同官能团的振动会在不同的频率范围内产生吸收峰。
例如，醛基(C=O)官能团会在165-175 cm-1范围内产生吸收峰，羧基(COOH)官能团会在170-180 cm-1范围内产生吸收峰。
通过观察这些特征吸收峰的出现和位置，可以确定聚合物中的官能团。
3.结构的定性和定量分析通过分析红外光谱中的吸收峰的强度和形状，可以对聚合物结构进行定性和定量的分析。
例如，在聚丙烯中，不饱和度的增加会导致红外光谱中烯烃吸收峰的增加。
通过测量吸收峰的强度，可以确定聚合物中不饱和度的含量。
4.杂质的检测实例以聚丙烯为例，通过红外光谱法鉴定其结构特征。
首先，我们需要将聚丙烯样品制备成薄膜状。
然后，将样品置于红外光谱仪中进行测试。
第五节红外光谱法在聚合物材料研究中的应用
第五节红外光谱法在聚合物材料研究中的应用一、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。
聚合物的表征-IR
乙酸酐的两个羰基间隔一个氧原子，它们发生 耦合。羰基的频率分裂为1818和1750 cm-1。(如 果没有耦合其羰基振动将出现在约1760 cm-1)
0 .3
724.93
0 .2
1371.81
0 .1
0 .0
- 0.1
- 0.2
4 00 0
3 50 0
3 00 0
2 50 0
2 00 0
1 50 0
1 00 0
5 00
PE的IR谱图（吸光度） Wavenumbers (cm-1)
2. 物理原理
2.1分子振动形式 2.1.1伸缩振动(伸展振动)（Stretching Vibration）
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
4000
3500
3000
2500
2000
Wavenumbers (cm-1)
1500
1000
500
1.5.2红外光谱图 最常用的两种表达方式
红外光谱是研究波数在4000-400cm-1范围内不同 波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图。
横坐标 波长
波数
纵坐标 透过百分比 吸光度
特征频率总是伴随相应基团出现
实际
不同分子中同一基团的特征频率总是在一定 范围内有所偏移的
例:C＝O在IR谱图中的位置变化
不同类分子中C＝O的吸收带可在 1650—1900cm-1间变化
醛
1640-1740cm-1
酮
1705-1725cm-1
酸
1700 cm-1
酯
1725-1740cm-1
酰胺
1640-1720cm-1
聚合物的表征概述
目录1 前言 (1)2 表征方法 (2)2.1 红外光谱法(IR) (2)2.2 核磁共振法(NMR) (4)2.3 热分析法 (4)2.4 扫描电镜法 (6)2.5 X-射线衍射法 (6)2.6 原子力显微镜法 (7)2.7 透射电镜法 (8)3 聚合物表征的相关研究 (9)4 结论 (9)参考文献 (10)聚合物表征方法概述摘要：介绍了常规的聚合物的表征方法，具体叙述了红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、核磁共振(NMR)等的原理、方法、特点、局限性及改进方法并展望了聚合物表征方法的发展趋势。
关键词: 聚合物表征方法Summary of polymer characterization methodsAbstrac t：The conventional polymer characterization methods were introduced in this paper. The principle, method, characteristics infrared spectra (IR), X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and the nuclear magnetic resonance (NMR) have been described, the limitations, the improved method and the predicts the development trend of those polymer characterization methods have been summarized.Keyword：polymer characterization method1 前言功能高分子是指具有某些特定功能的高分子材料[1]。
它们之所以具有特定的功能，是由于在其大分子链中结合了特定的功能基团，或大分子与具有特定功能的其他材料进行了复合，或者二者兼而有之。
聚合物分析测试—傅立叶红外光谱(FTIR)与拉曼光谱法
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。
pvdf红外光谱特征峰
pvdf红外光谱特征峰
PVDF是一种聚合物材料，广泛应用于电池、太阳能电池和传感器等领域。
红
外光谱是一种常用的表征PVDF材料结构和性质的方法。
在PVDF的红外光谱中，有许多特征峰，其中一些峰具有重要的研究意义。
PVDF的红外光谱特征峰主要有C-H伸缩振动峰、C=O伸缩振动峰、CF2对称伸缩振动峰、CF2非对称伸缩振动峰、CF2振弯振动峰、CF2振扭振动峰和C-F伸缩振动峰等。
其中，C-H伸缩振动峰是PVDF红外光谱中较为明显的特征峰之一，该峰位在2930 cm-1左右。
C=O伸缩振动峰是另一个明显的特征峰，位于1775 cm-1左右。
CF2对称伸缩振动峰、CF2非对称伸缩振动峰、CF2振弯振动峰和CF2振扭振动峰，分别位于1140 cm-1左右、1210 cm-1左右、650 cm-1左右和540 cm-1左右。
而C-
F伸缩振动峰则位于1200 cm-1左右。
这些特征峰的位置和强度可以反映出PVDF的分子结构和化学键的类型与数量。
因此，在研究PVDF的应用和性质时，红外光谱特征峰的分析非常重要。
对于PVDF的红外光谱特征峰的研究也有一定的发展历程，现在已经有一些比较成熟的红外光谱分析方法。
以上是对于PVDF红外光谱特征峰的简要介绍，希望能为您提供一些参考。
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1.5.1 IR定义
分子吸收光谱 分子振-转光谱
IR定义
分子吸收光谱 分子振-转光谱
分子结构不同 分子运动形式不同
运动所需能量不同
分子转动 分子振动
吸收不同波长的红外光
进行结构分析
Absorbance
1.0
0.9 0.8
产生特征吸收峰(谱带)
0.7
0.6
折合质量的关系。 3、理解基团频率及其影响因素。 4、了解红外光谱仪的构成及特点。 5、了解红外光谱法在物质结构分析中的应用。
2020年7月20日星期一11时 36分5秒
关键概念
虎克定律 振动类型 红外活性振动 简并 特征峰 特征区 指纹区
1 概述-introduction
有机化合物的波谱分析：
T%=(I/I0) ×100%
I0 ：原始入射光强度 I ：透过光强度
A=lg(I0/I)
%Transmittance PE
1 40 1 30
1 20
1 10
1 00
1371.81
90
80
724.93
70
60
1466.05
50
40
30
20
2926.02 2853.53
10
0
- 10
- 20
4 00 0
724.93
1466.05
1 50 0
1 00 0
5 00
%Transmittance PE
适用性广，积累的方法丰富
IR在聚合物研究中的用途
❖判定基团结构
❖判定聚集态结构
部分聚合物的结晶、取向与非晶结构在IR上有明显差别。
HDPE，LDPE
❖动态跟踪反应过程
1378cm-1cm-1
❖判定聚合反应机理
1.4 红外光
1.4.1 红外光的性质
• 肉眼看不见 • 具有热效应 • 具有反射、衍射、偏振等性质； • 传播速度与可见光相同,但波长比可见光长。
原子沿键轴运动,键长发生周期性变化
双原子分子
沿轴振动，只改变键长，不改变键角
多原子分子(基团)
2.1.2 弯曲振动 或称变形振动（Deformation Vibration）
键角变化 键长基本保持不变
2.2 由n>2个原子组成的分子 的多种振动形式
双原子分子:两种振动形式 多原子分子:
➢非线型分子
3n-6种
H2O
➢线型分子
3n-5种
CO2
-CH2振 动方式
1 40 1 30 1 20 1 10 1 00
90 80 70 60 50 40 30 20 10
0 - 10 - 20
4 00 0
3 50 0
3 00 0
2 50 0
2 00 0
Wavenumbers (cm-1)
弱
-CH3
1371.81
v
电磁波谱
电磁波的性质
• 光是一种电磁波，具有波粒二相性。
波动性
•可用波长( )、频率(v )和波数来描述。
•按量子力学，其关系为：
v c cv
式中： ν 为频率，单位为 Hz
c 为光速，其量值 = 3×1010cm.s-1
λ_ v
为波长 (cm)，也用nm作单位(1nm=10-7 1cm长度中波的数目，单位cm-1
3 50 0
3 00 0
2 50 0
2 00 0
1 50 0
1 00 0
5 00
PE的IR谱图（透过百分比） Wavenumbers (cm-1)
1 .2
2926.02
1 .1ห้องสมุดไป่ตู้
1 .0
0 .9
2853.53
0 .8
0 .7
1466.05
Absorbance PE
0 .6
0 .5
0 .4
0 .3
724.93
对有机化合物的结构表征应用最为广泛的是： 紫外光谱(ultraviolet spectroscopy ，UV) 红外光谱(infrared spectroscopy ，IR) 核磁共振谱(nuclear magnetic resonance ，NMR) 拉曼光谱（Roman) 质谱(mass spectroscopy ，MS)
1.4.2红外光的波长范围
红外光波长范围 0.75----1000μm
波长λ（μm） 0.75------2.5----∥---25-----∥-----1000
近红外 中红外
13333
4000
400
波数σ（cm-1）
远红外 10
1.5习惯名称
• 中红外光谱(波数在4000-400cm-1范围)就 是我们通常所说的“ 红外光谱 ”
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
4000
3500
3000
2500
2000
Wavenumbers (cm-1)
1500
1000
500
1.5.2红外光谱图 最常用的两种表达方式
红外光谱是研究波数在4000-400cm-1范围内不同 波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图。
横坐标 波长
波数
纵坐标 透过百分比 吸光度
0 .2
1371.81
0 .1
0 .0
- 0.1
- 0.2
4 00 0
3 50 0
3 00 0
2 50 0
2 00 0
1 50 0
1 00 0
5 00
PE的IR谱图（吸光度） Wavenumbers (cm-1)
2. 物理原理
2.1分子振动形式 2.1.1伸缩振动(伸展振动)（Stretching Vibration）
红外光谱
（INFRARED SPECTROSCOPY, IR）
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
Absorbance
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
Wavenumbers (cm-1)
本章学习要求
1、了解红外光谱产生的原因 2、掌握伸缩振动频率(或波数)与键力常数及
对有机化合物的结构表征 ，从分子水平认识物质的 基本手段，是有机化学的重要组成部分。
过去：主要依靠化学方法进行有机化合物的结构测
定。费时、费力、费钱，需要的样品量大。
鸦片中吗啡碱结构的测定，从1805年开始研究， 直至1952年才完全阐明，历时147年。
OH O HO
NCH3
吗啡碱
现在：
采用现代仪器分析法，优点：省时、省力、经济、快 速、准确，样品消耗量是微克级的，甚至更少。不仅 可以研究分子的结构，而且还能探索到分子间各种聚 集态的结构构型和构象的状况。
cm)
波数(波长的倒数)
ν ＝ 1/λ(cm-1)
微粒性
可用光量子的能量来描述：
E hv hc
式中： E 为光量子能量，单位为 J h 为Planck 常数，其量值为 6.63 × 10-34 J s-1
1.2 IR的用途
IR是表征物质微观结构 特别是化学结构的最方便快捷方法
IR是鉴定未知物的首选分析手段