高分子材料研究方法红外光谱
红外实验报告
红外光谱法测定高分子化合物的结构实验报告实验目的1.熟悉傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）的使用方法和工作原理。
2.掌握用KBr压片法制备固体样品进行红外光谱测定的技术和方法。
3.了解基本且常用的KBr压片制样技术在红外光谱测定中的应用。
4.通过对高分子材料红外光谱的解释的，初步学会红外光谱图的解析，能从图上获取一些高分子的组成结构信息。
二、实验原理当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中某个基团的振动频率和它一样，光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子，这个基团就吸收了一定频率的红外光。
分子吸收光能后由原来的振动基态能级跃迁到较高的振动能级。
按照量子学说，当分子从一个量子态跃迁到另一个量子态时，就要发射或吸收电磁波，两个量子状态间的能量差△ E与发射或吸收光的频率v之间存在如下关系：△ E=h v，式中h为普朗克（Plank）常数，等于6.626*10-34J?s频率v =C/ 入，C 是光速，C=2.9979*108m/s。
红外辐射的波长在2ym-50卩m之间。
红外光量子的能量较小，只能引起原子的振动和分子的转动，所以红外光谱又称振动转动光谱。
原子的振动相当于键合原子的键长与键角的周期性改变，相应于振动形式有伸缩振动和弯曲振动。
对于具体的基团与分子振动，其形式和名称有多种多样，对应于每一种振动形式有一种振动频率，其所具有的各种振动形式以及对应的谱带波数。
红外吸收光谱法的原理是当物质受到红外照射时，由于能量小而不足以引起电子的跃迁。
但它能引起分子的振动能级的跃迁。
这种能级跃迁是有选择性地吸收一定波长的红外光。
物质的这种性质表现为物质的吸收光谱。
红外光谱法是利用某些物质对电磁波中的红外光区特定频率的波具有选择性吸收的特性来进行结构分析、定性鉴定和定量测定的一种方法。
红外吸收光谱是在电磁辐射的作用下，分子中原子的振动能级和转动能级发生跃迁时所产生的分子吸收光谱。
由于这种跃迁时振动能级和转动能级的能量差比较小（前者约为1——0.05电子伏特，后者约为0.05―― 0.0035电子伏特），因此其吸收光谱的波长均在红外光区（0.78 —300微米）内。
傅里叶变换红外光谱法在高分子材料研究中的应用
傅里叶变换红外光谱法在高分子材料研究中的应用白云;胡光辉;李琴梅;陈新启;高峡;刘伟丽【摘要】傅里叶红外光谱仪具有测试速度快、样品无损、检测灵敏等优点,目前在高分子材料的鉴别、聚合反应研究等领域得到广泛应用.本文介绍了红外光谱的基本原理及其在高分子材料研究中的应用,并采用傅里叶变换红外光谱仪对5类高分子材料进行了鉴别.【期刊名称】《分析仪器》【年(卷),期】2018(000)005【总页数】4页(P26-29)【关键词】傅里叶变换红外光谱仪;高分子材料;鉴别【作者】白云;胡光辉;李琴梅;陈新启;高峡;刘伟丽【作者单位】北京市理化分析测试中心,有机材料检测技术与质量评价北京市重点实验室,北京市科学技术研究院析测试技术重点实验室,北京市食品安全分析测试工程技术研究中心,北京100089;北京市理化分析测试中心,有机材料检测技术与质量评价北京市重点实验室,北京市科学技术研究院析测试技术重点实验室,北京市食品安全分析测试工程技术研究中心,北京100089;北京市理化分析测试中心,有机材料检测技术与质量评价北京市重点实验室,北京市科学技术研究院析测试技术重点实验室,北京市食品安全分析测试工程技术研究中心,北京100089;北京市理化分析测试中心,有机材料检测技术与质量评价北京市重点实验室,北京市科学技术研究院析测试技术重点实验室,北京市食品安全分析测试工程技术研究中心,北京100089;北京市理化分析测试中心,有机材料检测技术与质量评价北京市重点实验室,北京市科学技术研究院析测试技术重点实验室,北京市食品安全分析测试工程技术研究中心,北京100089;北京市理化分析测试中心,有机材料检测技术与质量评价北京市重点实验室,北京市科学技术研究院析测试技术重点实验室,北京市食品安全分析测试工程技术研究中心,北京100089【正文语种】中文1 前言红外光谱法是经典的物质化学结构分析与鉴定方法之一，广泛应用于科研和生产领域。
红外光谱分析技术及其在高分子材料研究中的应用
红外光谱分析技术及其在高分子材料研究中的应用红外光谱分析技术在高分子材料研究中具有广泛的应用。
高分子材料是指由大量类型相同或相似的基本单位（单体）通过共价键相互连接形成的材料，如塑料、橡胶、纤维等。
红外光谱分析可以用于高分子材料的结构表征、化学成分分析和性能评价。
首先，红外光谱分析可用于高分子材料的结构表征。
由于高分子材料通常由许多重复单元组成，因此红外光谱中的特征吸收峰可以提供关于材料的结构信息。
例如，聚合物的主链振动频率和键长可以通过红外光谱中的C-H、C-O和C=O等吸收峰位置和强度来确定。
通过比较不同高分子材料的红外光谱，可以判断高分子链的配位方式、取代基的种类与位置等结构差异。
其次，红外光谱分析可用于高分子材料的化学成分分析。
高分子材料通常包含多种化学成分，例如主链、支链、取代基等。
红外光谱可以通过比较吸收峰的位置和强度，定量分析高分子材料中各个组分的含量。
同时，红外光谱还可以检测材料中的杂质和附加成分，以及表征材料中的交联、缩聚和氢键等化学反应。
最后，红外光谱分析可用于高分子材料的性能评价。
高分子材料的性能往往与其结构和化学成分密切相关。
通过红外光谱可以研究材料的分子间相互作用和宏观物理性质，如熔点、热稳定性、机械强度和导电性等。
红外光谱还可以用于研究材料在不同环境条件下的吸湿性、耐紫外光性能、氧化降解和老化行为等。
红外光谱分析技术在高分子材料研究中的应用不仅能够为材料设计和制备提供理论指导，还可以为材料的性能评价和质量控制提供可靠的分析手段。
随着红外光谱分析技术的不断发展和改进，相信在高分子材料研究中的应用将会进一步扩展和深入。
聚四氟乙烯标准红外光谱-概述说明以及解释
聚四氟乙烯标准红外光谱-概述说明以及解释1.引言1.1 概述聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene，简称PTFE）是一种具有独特性质和广泛应用的高分子材料。
聚四氟乙烯在工业和科学领域的应用广泛，主要是由于其出色的化学稳定性、高温耐受性、低摩擦系数和优良的绝缘性能。
它被广泛应用于各种领域，如化工、电子、医疗设备、润滑材料等。
聚四氟乙烯标准红外光谱是研究PTFE分子结构和化学键的重要手段之一。
红外光谱技术通过测量物质在红外光波段的吸收和散射来研究其分子结构和化学成分。
聚四氟乙烯的标准红外光谱可以提供关于其分子中氟原子与碳原子之间键的信息，有助于进一步了解PTFE的结构特性和性能表现。
本文将介绍聚四氟乙烯的基本特性，并重点探讨聚四氟乙烯标准红外光谱的重要性。
首先，我们将对聚四氟乙烯的基本特性进行介绍，包括其化学稳定性、高温耐受性和低摩擦系数等方面。
然后，我们将详细解释聚四氟乙烯标准红外光谱的意义，包括其在PTFE结构表征和性能评估方面的应用。
通过对聚四氟乙烯标准红外光谱的研究，我们可以深入了解该材料的分子结构、键的类型和数量，以及可能的晶体结构等信息。
本文的目的是提供一个综合性的概述，并对聚四氟乙烯标准红外光谱进行全面的介绍。
通过深入了解聚四氟乙烯标准红外光谱的研究意义和应用，我们可以更好地认识聚四氟乙烯的结构与性质之间的关系，并为其在各个领域的应用提供更加准确和可靠的科学依据。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照如下结构进行论述：第一部分为引言部分，包括概述、文章结构以及目的。
在概述部分，我们将简要介绍聚四氟乙烯标准红外光谱的背景和相关研究现状。
在文章结构部分，我们将介绍本文的结构框架和各个部分的内容。
在目的部分，我们将明确本文的研究目标。
第二部分为正文部分，本文将着重探讨聚四氟乙烯的基本特性以及聚四氟乙烯标准红外光谱的重要性。
在2.1小节，我们将详细介绍聚四氟乙烯的基本特性，包括其结构、化学性质和物理性质等方面的内容。
化学分析中的红外光谱技术
化学分析中的红外光谱技术红外光谱技术是一种重要的分析方法，广泛应用于化学领域。
它主要通过测定物质在红外光区域的吸收特性，从而获取有关物质结构和组成的信息。
以下是关于红外光谱技术的一些关键知识点：1.红外光谱的原理：红外光谱是利用物质对红外光的吸收作用，分析物质分子内部结构的一种技术。
红外光的波长范围在4000-400cm-1之间，不同类型的化学键和官能团在红外光区域有特定的吸收频率。
2.红外光谱仪：红外光谱仪是进行红外光谱分析的主要仪器设备。
它主要由光源、样品室、分光镜、检测器等部分组成。
样品通过红外光源照射，经过样品室后，由分光镜分离出不同波长的光，最后由检测器检测吸收的光强。
3.红外光谱图：红外光谱图是表示物质红外光谱吸收情况的图表。
横轴表示波数（cm-1），纵轴表示吸收强度。
红外光谱图可以用来分析物质的分子结构、化学键类型和官能团等信息。
4.红外光谱的应用：红外光谱技术在化学分析领域具有广泛的应用，可以用于定性分析、定量分析、结构分析、混合物分析等。
例如，通过红外光谱可以确定有机化合物的分子结构，分析高分子材料的组成等。
5.红外光谱的解析：红外光谱的解析主要包括峰的识别、峰的归属和峰的积分等步骤。
通过对红外光谱图中的吸收峰进行识别和归属，可以确定物质中的化学键类型和官能团，从而推断出物质的结构信息。
6.红外光谱的优点：红外光谱技术具有快速、简便、灵敏、准确等优点，是一种非常重要的分析方法。
它不仅适用于固体、液体样品，还可以用于气体和薄膜样品的研究。
7.红外光谱的局限性：虽然红外光谱技术具有很多优点，但也存在一定的局限性。
例如，红外光谱信号易受样品环境、化学计量比等因素的影响，因此在分析过程中需要注意样品的制备和测试条件的控制。
以上是关于化学分析中红外光谱技术的一些关键知识点，希望对您有所帮助。
习题及方法：1.习题：红外光谱图中，吸收峰的位置与哪个因素有关？解题思路：此题考查对红外光谱图的基本理解。
红外光谱知识点
红外光谱知识点一、红外光谱的基本原理。
1. 概念。
- 红外光谱（Infrared Spectroscopy，IR）是分子能选择性吸收某些波长的红外线，而引起分子中振动能级和转动能级的跃迁，检测红外线被吸收的情况可得到物质的红外吸收光谱。
2. 分子振动类型。
- 伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长发生变化而键角不变的振动，又分为对称伸缩振动（νs）和不对称伸缩振动（νas）。
例如，对于亚甲基（-CH₂ -），对称伸缩振动时两个C - H键同时伸长或缩短；不对称伸缩振动时一个C - H键伸长，另一个缩短。
- 弯曲振动：又称变形振动，是使键角发生周期性变化而键长不变的振动。
它包括面内弯曲振动（如剪式振动δ、面内摇摆振动ρ）和面外弯曲振动（如面外摇摆振动ω、扭曲振动τ）等。
以水分子为例，H - O - H的键角可以发生弯曲变化。
3. 红外吸收的条件。
- 分子振动必须伴随偶极矩的变化。
具有对称中心的分子，如二氧化碳（O = C = O），其对称伸缩振动不产生偶极矩变化，所以在红外光谱中没有该振动的吸收峰；而不对称伸缩振动产生偶极矩变化，有吸收峰。
- 辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的能量相等。
根据E = hν（h为普朗克常量，ν为频率），只有当红外光的频率与分子振动频率相匹配时，才会发生吸收。
二、红外光谱仪及其工作原理。
1. 仪器类型。
- 色散型红外光谱仪：主要由光源、单色器、样品池、检测器和记录系统等部分组成。
光源产生的红外光经过单色器分光后，依次通过样品池和参比池，被样品吸收后的光强与参比光强比较，检测器检测光强的变化并转换为电信号，经记录系统得到红外光谱图。
- 傅里叶变换红外光谱仪（FT - IR）：基于迈克尔逊干涉仪原理。
光源发出的光经过干涉仪后变成干涉光，再照射到样品上，样品对干涉光有选择地吸收，含有样品信息的干涉光被检测器检测，经计算机进行傅里叶变换处理后得到红外光谱图。
它具有分辨率高、扫描速度快、光通量高等优点。
红外光谱法在高分子研究中的应用
红外光谱法在高分子研究中的应用
红外光谱法是一种常用的高分子研究方法，可以通过分析高分子材料的红外吸收谱图来确定其分子结构和化学键类型、数量、位置等信息。
该方法广泛应用于高分子材料的合成、加工、改性、性能评价等方面。
在高分子材料的合成中，红外光谱法可以用来监测反应过程中的化学键变化，以确定反应的程度和产物结构。
在高分子材料的加工中，红外光谱法可以用来检测高分子材料中的表面污染物，以保证产品质量。
在高分子材料的改性中，红外光谱法可以用来研究高分子材料的结构改变和性能变化，以确定改性效果是否达到预期。
在高分子材料的性能评价中，红外光谱法可以用来分析材料的分子结构和化学键类型、数量、位置等信息，以确定材料的性能特点和优劣。
总之，红外光谱法在高分子研究中具有重要的应用价值，可以为高分子材料的合成、加工、改性、性能评价等方面提供有效的分析手段。
- 1 -。
聚丙烯腈的红外光谱
聚丙烯腈的红外光谱聚丙烯腈是一种高分子化合物，它在红外光谱中表现出独特的光谱特征。
红外光谱是通过测量样品与红外光的交互作用来研究化合物结构的一种非破坏性分析方法。
本文将介绍聚丙烯腈在红外光谱中的特征及其在化学研究和实际应用中的意义。
聚丙烯腈的红外光谱呈现出多个谱峰，其位置和强度可以用于表征分子中的不同化学官能团。
在聚丙烯腈的红外光谱中，最常见的化学官能团为氰基（C≡N）和甲基（CH3），它们在不同波数处产生了不同的吸收峰。
氰基的吸收峰通常出现在2200-2300 cm-1区域，这是由于氰基的三键振动引起的。
在红外光谱中，氰基的振动频率特别高，因此可以用来检测具有氰基官能团的化合物。
除了氰基和甲基之外，聚丙烯腈的红外光谱中还可以观察到一些其他化学官能团的吸收峰，如亚胺基（C=O）、芳香环（Ar-H）和亚胺基的伸缩振动（C-N）。
通过观察这些吸收峰的位置和强度，可以进一步确定聚丙烯腈分子中的不同官能团及其相对含量。
聚丙烯腈在红外光谱中的特征对于其在化学研究和实际应用中的意义非常重要。
在纺织工业中，聚丙烯腈是一种常用的原料，用于生产合成纤维。
在聚合物材料的制备过程中，红外光谱可以用于检测反应产物的结构和纯度，以及确定合成过程中可能存在的化学反应。
聚丙烯腈的红外光谱还可以用于检测化学反应或材料中可能存在的缺陷。
如果聚合反应不完全，会导致产物中存在未反应的单体，这些单体通常也会在红外光谱中表现出特征吸收峰。
通过对这些吸收峰的分析，可以确定反应的完整性，并指导进一步的合成步骤。
聚丙烯腈的红外光谱对于确定其分子结构和化学官能团的存在非常重要，对于化学研究和工业生产都具有广泛的应用价值。
聚丙烯腈在红外光谱中的特征还可以用于确定其性质和应用。
在高分子材料中，聚丙烯腈可以被用作制备纤维、薄膜和聚合物膜等材料的原料。
通过对聚丙烯腈的红外光谱进行分析，可以确定其分子量、分子结构和官能团的种类和含量等信息，以指导材料选择和制备步骤的优化。
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基频：从基态到第一振动激发态产生的吸收频率 倍频：从基态到第二振动激发态产生的吸收频率。 实际上分子振动是一种非简谐振动，对于双原子分子
高分子材料研究方法红外光谱
➢ 红外光谱与分子结构的关系
1、红外光谱的分区 （1）基团结构与振动频率的关系
高分子材料研究方法红外光谱
（2）基团频率的划分
第二章 红外光谱
Infrared Absorption Spectroscopy, IR
➢红外光谱法概述
19世纪初 :红外光的存在 1950年 ：红外分光光度计 1970年 ：傅立叶变换红外光谱仪（FTIR） 全反射红外(ATR) 红外光声光谱(PAS/FTIR) 色谱-红外联用
高分子材料研究方法红外光谱
Caution：
即使同一物质，其红外谱图的测定条件， 如测定方法，样品状态、浓度、溶剂、仪 器操作条件等不同，谱图也有所差别（外 因）
高分子材料研究方法红外光谱
➢红外谱图的表示方法
Absorbance spectrum of lactic acid
T%=lgI/I0×100% A=lg1/T=lgI0/I I-入射光被样品吸收后 透过的光强度 I0-入射光强度
➢ 分子振动的形式
伸缩振动：Stretching Vibration 高波数区
高分子材料研究方法红外光谱
弯曲振动：Bending Vibration 低波数区
高分子材料研究方法红外光谱
➢ 双原子分子的振动
键类型 力常数 峰位
—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 9.5 9.9
4000-1300cm-1 ——官能团区 1300cm-1以下 ——指纹区
高分子材料研究方法红外光谱
➢ 红外吸收的基本原理
物质的分子是由原子组成的。在分子内部存在着三种运动形 式，即电子绕原子核运动，原子核的振动和转动。每种运动 都有一定的量子化的能量 E＝E平＋ E转＋ E振＋ E电
用红外光照射化合物分子，分子吸收红外光的能量使其振动 能级和转动能级产生跃迁
近红外、远红外及中红外
高分子材料研究方法红外光谱
高分子材料研究方法红外光谱
近红外区（波长范围0.7-2.5μm）(15000-4000cm-1 )
低能量的电子跃迁及X-H的伸缩与弯曲振动的倍频与组合频 都在此区，与基频相比强度较弱.相差约两个数量级之多，测 定时需要加大样品的浓度。可用于定性定量分析。
➢ 红外光谱法的特点
样品的状态不受限制，气体、液体、固体均可进 行红外测试
样品用量少
每种化合物都有红外吸收，由有机化合物的红 外光谱可以得到丰富的信息
常规的红外光谱仪价格相对低廉
操作比较简单
高分子材料研究方法红外光谱
➢基本概念
波长与波数
γ=C/λ
γ=1/λ=γ/C
电磁波波段的划分
IR：0.7-1000μm
只有当外来电磁辐射的能量恰好等于基态与某一激发态的能 量之差时(ΔΕ=hυ)，这个能量才能被分子吸收产生红外光 谱，或者说只有当外来电磁辐射的频率恰好等于从基态跃迁 到某一激发态的频率时，则产生共振吸收——产生红外光谱。
红外吸收光谱是一种分子吸收光谱。
高分子材料研究方法红外光谱
高分子材料研究方法红外光谱
高分子材料研究方法红外光谱
➢常见基团的红外吸收带
=C-H C-H CC C=C
O-H O-H（氢键）
C=O C-C，C-N，C-O
S-H P-H N-O N-N C-F C-X
N-H
CN C=N
C-H，N-H，O-H
3500
3000 2500 2000 1500
特征区 高分子材料研究方法红外光谱
1000 500
高分子材料研究方法红外光谱
高分子材料研究方法红外光谱
高分子材料研究方法红外光谱
➢ 红外光谱产生的条件
1. 2. 红外活性：红外光与分子间有偶合作用，只 有引起分子偶极矩发生变化的振动才能引起红 外吸收
高分子材料研究方法红外光谱
➢偶极子在交变电场中的作用示意图
对于一极性双原子分子A-B，在振动中随着原子间距离的变 化而引起分子偶极距的变化，结果会产生一个稳定的交变电 场，其频率等于振动的频率，此稳定的交变电场将和运动的 具有相同频率的电磁辐射电场相互作用，从而吸收辐射能量
指纹区
2、影响基团频率位移的因素（内因）
（1）电子效应 1）诱导效应
2）共轭效应
高分子材料研究方法红外光谱
（2）空间效应 1）空间位阻
高分子材料研究方法红外光谱
2）环的张力
高分子材料研究方）和气相（b）红外光谱
高分子材料研究方法红外光谱
（4）耦合效应
中红外区（波长范围2.5-25μm）(4000-400cm-1 )
分子中原子振动的基频谱带在此区。所谓基频是分子从基态 跃迁到第一激发态的共振吸收频率。此区适用于有机化合物 的结构分析和定量分析。
远红外区（波长范围25—1000μm）(400-10cm-1 )
主要是分子的骨架弯曲振动及无机化合物重原子之间的振动， 金属有机化合物、金属络合物的伸缩和变角振动等，主要用 于研究分子结构及气体的纯转动光谱。各类化合物在远红外 区的吸收规律不如中红高分外子材区料成研究熟方法。红外光谱
Transmittance spectrum of lactic acid
高分子材料研究方法红外光谱
➢聚合物的谱带
组成吸收带
化学组成、单体的连接方式、支化或交联、序列分布等
这3n种运动状态中，包括3个整 个分子的质心沿x、y、z方向平 移运动和3个整个分子绕轴的转 动。这6种运动不是分子振动， 振动形式有（3n-6）种
对直线型分子，若贯穿所有原 子的轴在x方向，则整个分子只 能绕y、z轴转动，直线性分子 振动形式为（3n-5）种高分子材料研究方法红外光谱
高分子材料研究方法红外光谱
4.5 5.6
2222 cm-1 1667 cm-1
1429 cm-1
化学键键强越强（K越大）原子折合质量越小，化学键的振动
频率越大，吸收峰将出高现分子在材料高研波究方数法红区外。光谱
高分子材料研究方法红外光谱
➢多原子分子的振动
分子由n个原子组成，每个原子 在空间有3个自由度，因此n个 原子组成的分子共有3n个自由 度，即3n种运动状态