红外光谱法测定高分子化合物的结构

红外光谱法测定高分子化合物的结构

一、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.初步掌握红外光谱试样的制备和红外光谱仪的使用。

3 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

红外光谱与分子的结构密切相关，是研究表征分子结构的一种有效手段，与其它方法相比较，红外光谱由于对样品没有任何限制，它是公认的一种重要分析工具。红外光谱是研究波长为0.7—1000 微米的红外光与物质的相互作用，为分子振动光谱。是表征高聚物的化学结构和物理性质的一种重要工具。它们可以对以下一些方面提供定性和定量的信息。是研究高分子化合物的一种重要手段。

1.化学：结构单元、支化类型、支化度、端基、添加剂、杂质。

2.立构：顺—反异构、立构规整度。

3.物态：晶态、介晶态、非晶态、晶胞内链的数目、分子间作用力、晶片厚度。

4.构象：高分子链的物理构象、平面锯齿形或螺旋形。

5.取向：高分子链和侧基在各向异性材料中排列的方式和规整度。

还可以鉴定高聚物的主链结构、取代基和双键的位置、相转变，甚至还可以研究橡胶的老化。总之，在微结构上起变化而在光谱上出现特殊谱线的都可以用过程都可以用红外光谱来研究。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ΔE 与发射或吸收光的频率ν之间存在如下关系：

ΔE=hν，式中h 为普朗克（Plank）常数，等于6.626*10-34J•s，

频率ν=C/λ，C 是光速，C=2.9979*108m/s。

红外辐射的波长在2μm-50μm 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。

红外光谱可以研究分子的结构和化学键，如力常数的测定和分子对称性等，利用红外光谱方法可测定分子的键长和键角，并由此推测分子的立体构型根据所得的力常数可推知化学键的强弱，由简正频率计算热力学函数等分子中的某些基团或化学键在不同化合物中所对应的谱带波数基本上是固定的或只在小波段范围内变化，因此许多有机官能团例如甲基、亚甲基、羰基，氰基，羟基，胺基等等在红外光谱中都有特征吸收，通过红外光谱测定，判定未知样品中存在哪些有

机官能团，这为最终确定未知物的化学结构奠定了基础。由于分子内和分子间相互作用，有机官能团的特征频率会由于官能团所处的化学环境不同而发生微细变化，这为研究表征分子内、分子间相互作用创造了条件。分子在低波数区的许多简正振动往往涉及分子中全部原子，不同的分子的振动方式彼此不同，这使得红外光谱具有像指纹一样高度的特征性，称为指纹区利用这一特点，人们采集了成千上万种已知化合物的红外光谱，并把它们存入计算机中，编成红外光谱标准谱图库，只需把测得未知物的红外光谱与标准库中的光谱进行比对，就可以迅速判定未知化合物的成份。

利用红外光谱鉴定化合物的结构，需要熟悉重要的红外光谱区域基团和频率关系。高分子化合物结构研究中应用最广泛的是中红外区。

三、仪器和试剂

Nicolet6700 型傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、红外灯、玛瑙研钵、除湿机、分析天平、粉末压片机，玛瑙研钵。

仪器介绍：

设备名称：傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）

规格、型号：Nicolet6700

生产厂家：美国赛默-飞世尔有限公司

主要技术指标：

（1）光谱范围：8,000 – 50 cm-1

（2）分辨率：优于 0.6 cm-1，连续可调。

（3）信噪比：优于40000:1

（4）光学部件：镀金反射镜，采用金刚石切削、一次加工成型工艺。

（5）光学台：密封干燥光学台，包括电子式湿度指示及可重复使用的干燥装置。

（6）干涉仪：麦克逊干涉仪，采用光学补偿或动态调整技术。

（7）分束器：双分束器包括中红外KBr 分束器、远红外固体分束器。

（8）检测器：双检测器包括中红外DLATGS 检测器、远红外DLATGS 检测器。

（9）红外软件：中文版软件，包括：红外控制、谱图处理、数据转换、多组分定量等全部。

红外光谱仪分析测试原理：

FTIR 原理框图

四、实验试剂

标准KBr，试样为壳聚糖和PC。

五、实验步骤

1.仪器准备：接通电源，开启总电源开关，预热仪器。

2.溴化钾压片：

a.标准样品压片：用分析天平称取150mg 左右的干燥的KBr 粉末，然后在玛瑙研钵中充

分磨细，最后在10*108Pa 下抽真空压成片透明的薄片，放入仪器中进行测试。

b.待测样品压片：制备溴化钾压片所需的溴化钾和样品的质量比为200：1，所以用分析天平称取和标准样品制备中所称量大约一致的干燥的KBr 粉末，然后再加入1-2mg 试样样品，在玛瑙研钵中充分磨细，同上所述最后在压片机上进行压片，得到一个透明的薄片，放入仪器中进行测试。

3、记录数据和图谱，整理仪器设备和试样。

六、图谱及分析

结果分析：

1、1598.70cm-1和1497.99cm-1是苯环的骨架振动吸收峰。821.25cm-1和749.36cm-1是苯环上C-H的弯曲振动的特征峰。

2、1352.97cm-1是C-O-C不对称伸缩振动特征峰，1013.34cm-1是C-O-C对称伸缩振动特征峰，1185.47cm-1是C-N-C不对称伸缩振动特征峰，940.14cm-1是恶嗪环特征峰，1230.59cm-1是恶嗪环上CH

振动特征峰，上述五个特征吸收峰的出现说

2

明该物质中存在恶嗪环。

所以初步推断该物质为苯并恶嗪树脂。