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1、第1,16章紅外光譜和拉曼頻譜,第2,紅外光譜和拉曼光譜屬于頻譜技術的范疇。頻譜技術是特定波長、強度的輻射能通過特征能量狀態(tài)之間的轉移而產(chǎn)生的電磁波光譜。3,頻譜技術分為兩個茄子主要類別:吸收光譜和發(fā)射光譜,4,頻譜技術的核心是在構成材料的各種粒子的輻射條件下檢測特征能量狀態(tài)的轉移。分子的總能量由電子的能量(E傳記)組成。振動能量(e振動);旋轉能量(電子旋轉);轉換能量(e平面);分子吸收電磁波輻射時的能量變化E電子振動E是E平面,5,分子振動頻譜紅外3360是吸收低對稱性的分子,容易引起偶極矩的變化,紅外光譜具有強光譜,有利于極性分子或替代分析。拉曼頻譜:是散射光譜,對對稱性高的分子容易引

2、起柔道偶極距離的變化,拉曼光譜具有強光譜,有利于非極性分子或替代基團的分析。在研究高聚物結構對稱性方面,紅外和拉曼光譜徐璐補充。6,16.1紅外頻譜,7,紅外光譜的波長范圍為0.8-1000米,可分為稱為近紅外區(qū)域的0 . 82 . 5米三部分。2.550米,稱為中紅外區(qū);稱為501 000m或遠紅外線區(qū)域。8,中紅外區(qū):光譜是物質(zhì)吸收能量后分子振動能量水平之間的轉移,因此被稱為分子振動光譜。紅外光譜是紅外頻譜應用中最重要的部分,經(jīng)常以波數(shù)(V)為單位。9,聚合物分子的各種化學鍵或組分(例如C-C,C=C,C-O,C=O,O-H,N-),10,紅外光譜為“分子指紋”,是分子結構的基礎研究和化學

3、根據(jù)分子紅外光譜的吸收光譜頻率的位置、強度、形狀、吸收光譜和溫度、聚集狀態(tài)、溶劑等關系,確定分子的空間構成,求出化學鍵的力常數(shù)、鍵長、鍵角等。11,161 1紅外光譜的基本原理,1電磁輻射與物質(zhì)分子的相互作用Ehv Eh0被物質(zhì)吸收所產(chǎn)生的光強度根據(jù)頻率分布稱為吸收光譜。12,2,雙原子分子的振動模型,re,13,F(xiàn)=-Kr Fma,如果雙原子運動是共振運動,可以將其視為以固定速度運動的物體直徑的投影運動。位移與時間的關系為,振動頻率酰胺器的特征帶為3300cm-1 (NH) 1635cm-1 (c=o),1540cm-1 (NH) (n-c),690 cm利用:分光源利制作的色散型紅外光譜儀

4、因光譜因素而異。色散型紅外光譜儀分為棱鏡型和光柵型。利用干涉頻率調(diào)制原理制作的傅里葉變換紅外光譜儀。22、分布式紅外光譜儀是使用分光原理制作的主要部分,是具有分散元件的單色儀,因此被稱為分光光度計。紅外分光光度計主要由光源、單色和記錄系統(tǒng)三部分組成。24,紅外分光光度計的缺點:由于色散因素將復色光分成單色光,通過射頻進入探測器:大大減弱到達探測器的亮度,時間響應也隨著較長儀器的分辨率和靈敏度的波長不斷變化。這種弱點的存在限制了色散型紅外光譜儀的發(fā)展。25,傅里葉變換紅外光譜儀:關鍵部分是干涉儀系統(tǒng)。通過干涉法完成干涉頻率調(diào)制,持續(xù)改變光距離差的同時記錄中央干涉條紋的光強度變化,就可以得到干涉圖

5、。(威廉莎士比亞、干涉、干涉、干涉、干涉、干涉、干涉、干涉、干涉)利用電子計算機對牙齒干涉圖進行傅里葉函數(shù)的余弦變換,終于獲得了粒子可以識別的紅外光譜。,26,組成單元如下圖所示:27,利用傅里葉變換紅外光譜儀的優(yōu)點高響應檢測器,大大提高了光譜的時間響應。因此,對微量樣品的測量、近似結構的區(qū)分、瞬態(tài)過程的測量、與色譜的在線使用等提供了非常有利的條件。28,2樣品技術紅外光譜為樣品厚度:定性分析1030m中選擇所需的構件。定量分析在幾微米到毫米以上。在測試過程中,透射比必須在15%到70%的范圍內(nèi)。樣品太厚,很多主要光譜被吸收到頂部,徐璐連接,看不到準確的海浪位置和微妙的結構。樣品太薄,中等強度

6、和弱光譜吸收太弱,因此光譜只有模糊的輪廓,失去了光譜的特征。29,干涉條紋的影響:干涉條紋與光譜重疊。尤其是頻譜變形對定量分析準確度的影響很大,在長波領域更為明顯。30,去除干涉條紋的方法可以使樣品表面粗糙,在粗糙的物體表面形成膜,制作膜后可以用砂紙拍打樣品的一側或兩側。使用楔形薄膜;樣品薄膜兩側的折射率和樣品相似,在紅外線上涂抹透明物質(zhì),最常用的是石蠟油和紫色煤油。31,樣品的制備,(1)溶液樣品技術廣泛用于小分子化合物的紅外頻譜測量。特別是在定量分析中,牙齒樣品技術有很多優(yōu)點。很少用于高聚物的研究。32,(2)薄膜的制備溶液主膜法,將高聚物溶解成適當?shù)娜軇?溶液的濃度取決于所需的薄膜厚度,

7、通常在20%以內(nèi)),滴入干凈的平板玻璃或金屬板中,均勻分散,并保證溶劑盡可能慢地揮發(fā),制成的薄膜質(zhì)量好。溶劑揮發(fā)后去除膜。為了去除可能殘留的溶劑,可將薄膜放入真空干燥箱內(nèi)適當加熱。33,鑄造或熱壓膜法將少量高聚物嵌入兩KBr片之間,并放入模具內(nèi)。在沖模外部用中空的圓柱形電爐加熱,用液壓機施加壓力,直到高聚物軟化或溶解,以適當?shù)膲毫χ圃焖璧谋∧ぁ?4,(3)在壓制技術中常用的分散介質(zhì)KBr,高聚物樣品約12毫克,經(jīng)過精細研究后與KBr粉末100,200毫克混合,將樣品和KBr均勻混合,放入模具中,對液壓機施加壓力,使其成為透明芯片。在典型的紅外頻譜測量中,KBr芯片的直徑約為1012mm,籌碼

8、厚度為0.30.5mm。壓力板的壓力約為700MPa。35,(4)糊劑法在KBr壓片的紅外光譜中經(jīng)常在3450和1635 cm-1中產(chǎn)生強而寬的水吸收,難以完全去除。為了避免這種干擾,有時會使用液體懸液溶劑(如液體石蠟、六氯丁二烯、撲氟烷等),將研究出的聚合物粉末放入懸浮液中,制成膏狀,然后測量膏狀光譜。36,(5)纖維樣品的制造可分為兩類:破壞纖維形狀的樣品制造方法為KBr壓力、溶液鑄膜、膏狀懸浮液、熱壓鑄膜、冷壓膜熱解和水解。保持纖維形狀的樣品制作方法是單纖維的微量紅外頻譜技術,單纖維可以通過反射式紅外顯微鏡直接觀察。多種纖維網(wǎng)格法,37,纖維網(wǎng)格法:測量多種纖維時,將樣品纖維并排排列,形

9、成平行,不漏光的縫隙很重要。通常使用U形金屬夾將纖維平行夾在上面。纖維也可以根據(jù)同樣的要求夾在兩塊鹽之間測量。38,(6)切片研究的高聚物樣品太厚,對紅外頻譜測量不方便,但不能用溶解、熔化、加壓等手段改變樣品的物理狀態(tài),應考慮顯微切片技術解決。,39,16.1.3紅外頻譜分析,紅外頻譜:光譜中位置頻譜帶的相對強度是分析光譜中三個茄子元素的橫坐標。波數(shù)坐標:相對強度利用氣團和頻率關系確定氣團,確定材料的結構。40,16.1.4紅外光譜應用于高聚物研究,定性分析:1高聚物材料的分析和鑒定;共聚物的組成分析和序列分布研究;3聚合工藝、反應機理研究;4老化,分解機制研究等。41,定量分析:利用蘭伯維爾定律:I0:

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