張 多，宋根宗

（東北大學(xué)，遼寧 沈陽 110004）

高聚物材料因其質(zhì)輕、美觀、耐腐蝕、品種繁多、易于加工等特點(diǎn)，廣泛用于各類產(chǎn)品的包裝。高聚物透明材料由于透光度高，相對(duì)密度小，絕緣性能良好，具有一定的強(qiáng)度和韌性。聚乙烯薄膜作為高聚物材料，由于其耐水、耐腐蝕、熱封性好。廣泛用于制造各種薄膜、容器以及泡沫體、打包帶、塑料繩、塑料網(wǎng)等。近年來在核物理，天體物理，反應(yīng)堆運(yùn)行中運(yùn)用聚乙烯作為漫化劑來測量中子。對(duì)核物理的研究做出了自己的貢獻(xiàn).我們常常提的方便袋就是聚乙烯（PE）。聚乙烯是結(jié)構(gòu)最簡單的高分子，也是應(yīng)用最廣泛的高分子材料。聚乙烯無臭，無毒，手感似蠟，具有優(yōu)良的耐低溫性能（最低使用溫度可達(dá)（－70～－100℃），化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐大多數(shù)酸堿的侵蝕，吸水性小，電絕緣性能優(yōu)良。紅外光譜具有高度特征性，可以采用與標(biāo)準(zhǔn)化合物的紅外光譜對(duì)比的方法來做分析鑒定。利用化學(xué)鍵的特征波數(shù)來鑒別化合物的類型，并可用于定量測定。目前，紅外光譜在高聚物的構(gòu)型、成分分析中廣泛應(yīng)用［1－6］。

1 實(shí)驗(yàn)原理

根據(jù)輻射定律：任何物體，只要溫度高于0k，都要向周圍環(huán)境發(fā)射紅外輻射。只是隨溫度不同，輻射特性發(fā)生變化而已。各種物質(zhì)對(duì)不同波長紅外輻射的吸收程度是不同的，因此當(dāng)不同波長的紅外輻射依次照射到樣品物質(zhì)時(shí)，由于某些波長的輻射能被樣品選擇吸收而減弱于是形成紅外吸收光譜。通常用透過與波數(shù)（波長的倒數(shù)cm-1）所作的紅外吸收光譜曲線來表征各種物質(zhì)的紅外吸收光譜［7－9］。

在紅外光譜分析中，2.5m～15μm（4 000～667cm-1）的中紅外區(qū)是應(yīng)用最廣泛的光譜區(qū)。其中2.5～7.5μm稱為特征譜帶區(qū)。因?yàn)楦黝惞倌軋F(tuán)的特征吸收峰都出現(xiàn)在這區(qū)域。7.5～15μm稱為指紋區(qū)，在鑒定物質(zhì)分子的官能團(tuán)時(shí)，指紋區(qū)的一些吸收峰常作旁證，對(duì)同系物或異構(gòu)體的鑒別特別有用。物質(zhì)的分子振動(dòng)往往在特征區(qū)和指紋區(qū)產(chǎn)生若干個(gè)吸收峰，這些相互依存的可以相互佐證的吸收峰稱為相關(guān)峰。

一條紅外吸收光譜曲線可以由吸收峰位置、吸收峰形狀和吸收峰強(qiáng)度來描述。所以我們重點(diǎn)討論吸收峰產(chǎn)生的原因和峰強(qiáng)、峰數(shù)、峰位及其影響因素。

2 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果分析

一般高聚物的紅外光譜中譜帶的數(shù)目很多，而且不同種類的物質(zhì)其光譜很不相同，故特征性很強(qiáng)。此外，紅外光譜法的制樣和實(shí)驗(yàn)技術(shù)相對(duì)比較簡單，它適用于各種物理狀態(tài)的樣品。因此，目前紅外光譜法已經(jīng)成為高聚物材料分析和鑒定工作中最重要的手段之一。

2.1 光譜解析方法

要想對(duì)某一化合物的紅外光譜進(jìn)行正確的解析，首先應(yīng)該了解紅外光譜的一些重要特征，即應(yīng)該通過紅外光譜的哪些特征來提供這個(gè)化合物結(jié)構(gòu)的信息。紅外光譜具有下面三個(gè)重要特征：

2.1.1 位置

譜帶位置是能表征某一基團(tuán)存在的最有用的特征。不過有些不同的基團(tuán)可能在相同或相近的頻率區(qū)域產(chǎn)生吸收，所以做這種對(duì)應(yīng)須特別小心。同時(shí)要根據(jù)一些相關(guān)峰來做最后的鑒別。

2.1.2 形狀

有時(shí)從譜帶的形狀也可以得到某些基團(tuán)的信息。例如氫鍵和離子的官能團(tuán)可以產(chǎn)生很寬的紅外譜帶，這對(duì)于鑒定特殊基團(tuán)的存在很有用途。酰胺基團(tuán)的υ（C＝O）和烯類的υ（C＝C）均在1 650cm-1附近產(chǎn)生吸收，但酰胺基團(tuán)的羧基大都形成氫鍵，其譜帶較寬，很容易和烯類的譜帶區(qū)別。

2.1.3 相對(duì)強(qiáng)度

把光譜中一條譜帶的強(qiáng)度和另一條譜帶相比，可以得出一個(gè)定量的概念，同時(shí)也可以指示某特殊基團(tuán)或元素的存在。如C－H基團(tuán)鄰接氯原子時(shí)，將使它的搖擺和變形振動(dòng)的譜帶由弱變強(qiáng)，因此從其對(duì)應(yīng)譜帶的增強(qiáng)可以判斷氯原子的存在。此外分子中如含有一些極性較強(qiáng)的基團(tuán)，將產(chǎn)生強(qiáng)的吸收帶。例如羧基和醚鍵等的譜帶均很強(qiáng)。

2.2 高聚物的紅外光譜定性分析

根據(jù)紅外光譜的位置、形狀、相對(duì)強(qiáng)度等特征對(duì)樣品進(jìn)行分析，由于各種高聚物是由其各種小分子單體構(gòu)成的，因此對(duì)高聚物的光譜解析，必須對(duì)基團(tuán)的光譜和各種高聚物所特有的光譜非常熟悉，同時(shí)對(duì)各種高聚物的結(jié)構(gòu)也要非常了解，這樣在觀察到有關(guān)光譜信息后才能與對(duì)應(yīng)的高聚物結(jié)構(gòu)迅速聯(lián)系起來。這就要求我們熟記各種高聚物的特征吸收譜帶。

為了便于查找和記憶，通常把一些常用的高聚物光譜按最強(qiáng)吸收譜帶位置分為如下六個(gè)區(qū)域：

Ⅰ區(qū)最強(qiáng)吸收帶在1 800～1 700cm-1，主要是聚酯類，聚羧酸類和聚酰亞胺類等高聚物。

Ⅱ區(qū)最強(qiáng)吸收帶在1 700～1 500cm-1，主要是聚酰胺類，聚和天然的多肽等高聚物。

Ⅲ區(qū)最強(qiáng)吸收帶在1 500～1 300cm1，主要是飽和聚烴基和一些具有極性基團(tuán)取代的聚烴類。

Ⅳ區(qū)最強(qiáng)吸收帶在1 300～1 200cm1，主要是芳香族聚醚類，聚砜類和一些含氯的高聚物。

Ⅴ區(qū)最強(qiáng)吸收帶在1 200～1 000cm1，主要是脂肪族的聚醚類，醇類和含硅、含氟高聚物。

Ⅵ區(qū)最強(qiáng)吸收帶在1 000～600cm1，主要是含有取代苯、不飽和雙鍵和一些含氯的高聚物。

應(yīng)用以上的分類來綜合分析下圖所示的樣品高聚物的紅外譜圖。

圖1 樣品高聚物的紅外光譜圖

首先從高頻區(qū)域開始進(jìn)行分析。在3 700～3 100cm-1區(qū)域的譜帶主要是由于 O－H 和 N－H基團(tuán)伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的，光譜中沒有出現(xiàn)，因此化合物不會(huì)是伯胺、仲胺、酰胺、醇和有機(jī)酸類。3 100～3 000cm-1區(qū)域的譜帶是和烯類或芳環(huán)的C－H伸縮振動(dòng)有關(guān)，光譜中也沒有吸收，因此又排除了帶有不飽和鍵的所有化合物。在3 000～2 800cm-1區(qū)域有很強(qiáng)的譜帶，是由分子中甲基、亞甲基伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的。在2 300～2 000cm-1區(qū)域的譜帶是歸屬為三鍵或鄰接雙鍵的伸縮振動(dòng)，由于沒有吸收，化合物中不包含異氰酸酯和腈基等基團(tuán)。1 870～1 550cm-1區(qū)域的譜帶是和羰基的伸縮振動(dòng)有關(guān)的，這是紅外光譜中一個(gè)很重要的區(qū)域。對(duì)于酸酐、酯、酮、羧酸、酰胺和羧酸鹽等的C＝O吸收都處在很窄的波數(shù)范圍，比較容易判斷。由于沒有吸收，因此上述所有基團(tuán)都能排除。烯類的C＝C伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在1 670～1 600cm-1區(qū)域，也可以否定。芳環(huán)的伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在1 600～1 450cm-1之間，一般有四條譜帶。由于沒有吸收，證明其不是芳香族的。甲基和亞甲基的變形振動(dòng)出現(xiàn)在1 490～1 350cm1之間。光譜中有強(qiáng)的吸收帶，進(jìn)而證實(shí)了CH3和CH2的存在。在1 310～1 020cm-1區(qū)域中最具特征性的譜帶是對(duì)應(yīng)醚鍵的吸收，也可以排除。在低于1 000cm-1區(qū)域，僅有一對(duì)雙峰分別位于731cm-1和720cm1，由于雙鍵和芳環(huán)結(jié)構(gòu)都已排除，所以這譜帶應(yīng)該是長鏈碳?xì)浠衔锏奈铡?/p>

根據(jù)上述討論可知，光譜中僅有碳?xì)浠鶊F(tuán)的吸收，可確定是長鏈的飽和碳?xì)浠衔?。從這類高聚物的標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖中查對(duì)可得樣品高聚物樣品為聚乙烯。

3 結(jié) 論

本論文在調(diào)試使用SPECORD 75型紅外光譜儀的基礎(chǔ)上，對(duì)樣品樣品高聚物的紅外光譜進(jìn)行了定性分析。初步得到如下結(jié)論：

（1）高聚物的紅外光譜譜帶數(shù)目較多，特征性很強(qiáng)。不同種類的紅外光譜都不相同，每一種類型都有其特征吸收峰。故用紅外光譜法鑒定高聚物的組成非常有效。

（2）紅外光譜法用于定量組分分析，與其它測量方法相比，具有制樣簡單方便、重復(fù)性好和測量精度高的特點(diǎn)。要想獲得精確的測量結(jié)果，必須正確選擇譜帶、選擇最適透射比范圍和最佳的儀器工作條件。

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