红外分析实例复习进程

红外分析实例

图1 是 SBS 红外光谱图, 可以看出 2921cm-1、2846cm-1为- CH2- 的伸缩振动吸收峰, 1601cm-1、1493cm-1为苯核的动吸收峰, 699cm-1、757cm-1为单取代苯环的振动吸收峰, 966cm-1为C=C 的扭曲振动吸收峰, 911cm-1为=CH2面外摇摆振动吸收峰。

从图2、图 3 可以看出各特征峰所对应的基团 :2924cm-1、2853cm-1为- CH2- 的伸缩振动吸收峰, 2960cm-1为- CH3伸缩振动吸收峰,1460cm-1为- CH2- 的剪式振动吸收峰, 1377cm-1为- CH3剪式振动吸收峰。

由图1可见，基质沥青红外光谱图中出现了3处吸收峰，其中波数650～910cm-1区域是苯环取代区，出现的几个吸收峰是由苯环上C-H面外摇摆振动形成的；而波数1375cm-1和1458cm-1处的吸收峰则由C-CH3和-CH2-中C-H面内伸缩振动形成的；波数2800～3000cn-1范围内的吸收峰比较强，是环烷烃和烷烃的C-H 伸缩振动的结果，由-CH2-伸缩振动形成的。

由全波段的红外光谱（图3）可知，改性沥青与基质沥青在2800～3000cm-1左右出现的强吸收峰带基本相同，吸收峰的位置没有发生变化。就改性沥青而言，整个功能团没有发现新的吸收峰，但吸收峰的强度随SBD改性剂含量的增大而略有增强。由650～1100cm-1波区的红外光谱（图\4、图5）可知，在指纹区改性沥青与基质沥青的吸收峰存在明显差异，即在波数690～710cm-1和950～980cm-1处，SBS改性沥青的红外波区吸收相对较强，并在966.1cm-1和698cm-1处出现了吸收峰，虽然波数698cm-1的绝对吸收峰值较波966.1cm-1处的大，但波数966.1cm-1处的吸峰特征更为明显。

每种物质分子都有一个由其组成和结构所决定的红外特征吸收峰，它只吸收一些特定波长的红外光。由于掺入的SBS改性剂与基质沥青并没有发生化学反应，亦即聚苯乙烯和聚丁二烯并没有发生化学变化，所以SBS改性沥青的红外光谱只是在基质沥青的红外光谱上简单叠加了聚苯乙烯与聚丁二烯的红外光谱，而相应的吸收峰位置和强度基本保持不变，是基质沥青和SBS改性剂的红外光谱的简单合成图。与基质沥青比较，SBS改性沥青的红外光谱在698cm-1

和966.1cm-1处出现了明显的特征吸收峰，分别由SBS改性剂中的聚苯乙烯苯环和聚丁二烯双键等特征官能团形成。

本文测试了五种不同产地的沥青的红外光谱，其图谱如上图。为了解析图谱和推导结构的方便，习惯上把红外光谱按照波数范围分为四大峰区（也有分为五大峰区的）每个峰区对应某些特征振动吸收。第一峰区（3700-2500cm-1）为X-H 的伸缩振动，第二峰区（2500-1900cm-1）为三键和累积双键的伸缩振动，第三峰区（1900-1500cm-1）为双键的伸缩振动及H-O，H-N的弯曲振动。除氢外的单键（Y-X）伸缩振动及各类弯曲振动位于第四峰区（1500-600cm-1）又称指纹区。

从图2-2 可以看出，对不同种类沥青试样测试得到的红外光谱进行对比，在沥青红外谱图中普遍存在有10个较为明显的吸收谱带，对应的波数分别为2924cm-1、2853cm-1、1600cm-1、1461cm-1、1377cm-1、1031cm-1、868cm-1、812cm-1、747cm-1和 722cm-1，其中指纹区小于 1000cm-1的谱带未在上图 2-2 标

出。壳牌-70和双龙-70 除了以上10 个吸收谱带外，在波数为1686cm-1、1671cm-1处分别还出现了一个新的吸收谱带。

对沥青红外光谱图中的吸收谱带分别进行解析，结果见表2-2。由表可知，沥青在化学组分的构成上主要为脂肪族化合物、芳香族化合物以及杂原子衍生物。壳牌-70 中出现了明显的C=O 吸收谱带，双龙-70 沥青中出现了伯酰胺羰基C=O 的伸缩振动吸收谱带，表明沥青在制备过程中即发生了氧化反应。但是由于沥青样品的不同、被氧化的官能团不同，导致红外中的峰值有所区别。

通过对不同沥青红外光谱的红外峰值进行分析，发现大部分沥青所含有的官能团结构相似，但是其组成和含量的不导致不同种类的沥青在物理性能上区别很大，其中壳牌-70 和双龙-70 易于被氧化，在短期加热的制备过程中就出现了 C=O 的官能团，但是对于沥青具体的结构的区分通过简单的外图谱的峰值很难进行细分。进一步对沥青各个官能团的含量进行比较，但是在测试时由于红外光谱受浓度影响较大，测试只能达到半定量，谱线峰面积的绝对含量比较意义不大，需要通过计算相对含量来对官能团的峰面积进行定量的分析。

基质沥青的红外光谱图如图7.1所示。

图7.1 AS90基质沥青红外光谱图

由图7.1可知，基质沥青在2800~3000cm-1左右沥青的红外光谱出现很强的吸收峰。饱和烃及其衍生物的C-H和-CH2-的伸缩振动小于3000cm-1，3000cm-1是饱和烃和不饱和烃相区别的分界线，其中以-CH2-的吸收最强。从图中

2919cm-1和2851cm-1的吸收峰可判断沥青中含有饱和烃，1597cm-1的吸收峰一部分是由共轭双键N=N(苯环骨架振动)引起的，另一部分是由C=O的吸收引起的，由此可判定芳香族化合物的存在。1456cm-1、1374cm-1的吸收峰是由C-H 面内弯曲振动峰引起的，它们为沥青中-CH3-烷烃基团弯曲振动吸收峰。807cm-1（三个相邻氢原子）、723cm-1（芳烃五个相邻氢原子）的吸收峰是由=C-H面外弯曲振动峰引起的，807cm-1的吸收峰说明沥青中含有三取代烯、或者三个相邻氢原子基团，723cm-1的吸收峰说明沥青中含有芳烃基团，根据光谱图分析可知，基质沥青主要是由饱和烃、芳香族化合物以及杂原子衍生物等构成。

橡胶沥青的红外光谱如图7.2所示。

图7.2 AS90橡胶沥青红外光谱图

从图7.2可以看出，橡胶沥青和基质沥青的红外光谱图形上来看，基质沥青比橡胶沥青少了一个946cm-1的吸收峰，但是却比橡胶沥青多了一个1096 cm-1的吸收峰。红外光谱的1300cm-1～ 650cm-1的低频区称为指纹区。所以这两个峰均是指纹区的吸收峰。

1096 cm-1的吸收峰是一个强度变化的吸收峰，振动类型为伸缩振动型，归属R-O-R，官能团为脂肪醚。

946 cm-1的吸收峰在976-960 cm-1和915-905 cm-1之间，976-960 cm-1的吸收峰属于较强的吸收峰，915-905 cm-1同样也属于较强的吸收峰，所以946 cm-1应当是一个强的吸收峰，振动类型是=C-H面外弯曲振动类型。

载玻片红外光谱全反射方法，对于基质沥青和橡胶沥青的图谱基本相同，这说明橡胶沥青中，废旧橡胶粉和沥青主要发生的是物理共混反应，因为载玻片全反射法主要是通过照射物质表面，通过表面的物质吸收一部分光谱，再把光线反射回去，然后绘出红外光谱图，如果主要发生的是化学共混反应的话，那么必然产生了大量的新官能团，反映到图谱上必然出现大量的新吸收峰。然而在徐江萍、鲍燕妮采用溴化钾涂片法，得到的硅改沥青红外图谱基本上是基质沥青和硅藻土两者红外图谱的叠加图谱，而没有出现新的官能团，所以断定硅改沥青属于物理共混反应。这是因为溴化钾涂片法主要是通过光线透射溴化钾压片来得到其中物质的红外吸收图谱的，所以这种方法得到的图谱肯定是溴