红外光谱分析技术及其在高分子材料研究中的应用(简)讲解共37页
红外光谱在高分子材料研究中的应用
红外光谱在高分子材料研究中的应用1. 红外光谱技术的类型红外光谱技术包括可见漫射谱（VSI），近红外分析（NIR），中红外波谱（MIR）以及拉曼光谱（RS）等几种方法。
VSI直接从物质表面测量漫射光，可用于非比较性测定，可用于物质体积含量测定，但具有较高成本。
NIR无需涂料用于物质表面漫射，可用于量程宽范围内的比较性测定，成本中等。
MIR可用于从高纯度样品中测定某一成分含量，但具有较高成本。
RS可运用于非比较性测定，可测定极低的成分含量。
2. 红外光谱技术在高分子材料研究中的应用（1）红外光谱可用于组学和表征：组学是指研究材料的组成成分，如高分子的结构分解；表征是指研究材料的物理性质，如相变性质、粘度和折叠度。
红外光谱可以用于显示分子结构，反映相变性质，可用于粘度和折叠度测定。
（2）红外光谱可用于材料性能研究：红外光谱可以通过测量红外谱线的峰高度和宽度的变化来研究材料的性能，反映材料的结构和性质的变化。
（3）红外光谱可用于材料界面研究：红外光谱对于界面研究是非常有用的，可以研究表面物质的改性，例如在颗粒之间的界面物质成分，可以在加工过程中反映高分子材料的结构改变。
3. 红外光谱技术在高分子材料研究中的优势（1）结构定性：红外光谱可以显示样品中的分子结构，可以在用其他分析方法获得的结构数据的基础上提供更加丰富的信息，更好地识别和分子结构特征。
（2）稳定性：红外光谱测量过程不会影响样品的原始性能和稳定性，可在低温、高温、脉冲以及高压和腐蚀性环境等下进行测量。
（3）成本：红外光谱测试系统对高分子材料而言，整体成本相对较低。
（4）精度：红外光谱测试可以检测到很小的变化，精度也非常高。
（5）速度：红外光谱测量的数据采集速度很快，一般几毫秒到几秒之间，测量数据采集速度取决于扫描速度的设置，并且可以快速准确地表征高分子材料的性质及性能变化。
4. 结论红外光谱技术是一种有效、快速、稳定性好、价格合理的分子分析技术，它可以用于高分子材料的组学和表征、性能分析、界面物质表征以及其他研究领域，为高分子材料的研究提供了有效的手段。
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。
红外光谱及其在高分子研究中的应用
含邻二 取代苯环
H
748cm （单峰）
1 3430cm 1， 3300cm （双峰）
1
NH 2 NH 2 C N
as CH 3 as CH 3 s CH 3
1622cm
1 1
为伯胺
1303cm 1， 1268cm
1 2925cm （较强）
1442cm 1380cm
1 1
为 CH 3
续前
结构为
第六节 红外吸收光谱仪
（三）、未知物结构的确定
• 解析红外谱图的一般原则 1. 试样的纯化 • 红外样品需纯度很高（98%以上），不含干扰测定 物质。可利用各种分离手段如：分馏、萃取、重 结晶、层析等提纯试样 2. 了解工作 • 了解样品来源、外观，根据样品存在的形态选择 适当的制样方法；观察样品的颜色和气味；注意 样品的纯度以及样品的元素分析，相对分子质量， 熔点、沸点、溶解度、折光率等物理常数的测定 结果——缩小结构的推测范围
1
3100 ~ 3000 cm ~ 1650 cm
1
无
CH 吸收
无
C C 吸收
否定结构 3
s C ( CH 3 ) 3 特征吸收
结构 1不具有 1395和1363cm 1双峰
综上，峰归属如下：
OH as CH 3 as CH 3 C O
否定结构 1
3360cm
1
2970cm 1， 1476cm 1， 1235cm
（3） 图中的吸收峰往往不可能全部解析，特 别是指纹区 （4）掌握主要基团的特征吸收
3000cm-1是个界，不饱和CH﹥3000，饱和CH﹤ 3000 苯环C=C1650~1450 2~4个中强吸收峰。利用指纹 区判断单、双、三取代
红外光谱在高分子材料中的应用
图1 傅里变换叶红外光谱仪
图2 傅里叶变换光谱仪的结构框图
傅里叶变换红外光谱仪是由光学测量系统、计算机数 据处理系统、计算机接口和电子线路系统等几个主要部分 组成的，其结构框图如图2所示。其中, 光学测量系统用 于测量和收集数据, 计算机用于处理数据和控制仪器运行。
1.1 聚合物红外光谱的分类
红外光谱区常分成近红外、中红外、远红外三个区， 红外光谱分析的使用范围主要是在中红外区， 最常使用的 波数范围是3800～650/cm-1，如果分子中含有一些极性较 强的基团，则对应这些基团的一些谱带在这个化合物的IR 光谱中往往是最强的，明显地显示这个基团的结构特征。
3.4 红外光谱图的解析实例
1、聚乙烯红外光谱解析
图4 聚乙烯红外光谱图
图4是聚乙烯红外光谱图。其特征谱带是在2950cm-1， 1460cm-1 和720/730cm-1 处，有三个很强的吸收峰。它们分 别属于C－H 的伸缩，弯曲和摇摆振动。其中720cm-1 处光 谱反映的是无定型的聚乙烯吸收峰，730cm-1 处光谱是结晶 聚乙烯吸收峰。
4.3 高分子材料的共混相容性研究
聚合物共混物的相容性可以借助红外光谱方法来表征。 可以近似地作以下假设，如果高分子共混物的两个组分完全 不相容，则可以认为这两个组分是分相的，所测共混物光谱 应是两个纯组分光谱的简单组合。但如果共混物的两个组分 是相容的，则可以认为该共混体系是均相的。由于不同分子 链之间的相互作用，和纯组分相比，共混物光谱中许多对结 构和周围环境变化敏感的谱带会发生频率位移或强度变化。
3 红外光谱图的解析法
3.1 红外光谱的特征量
（1）谱峰位置，即波长或波数。谱峰位置即谱带的特征振 动频率，是对官能团进行定性分析的基础，依照特征蜂的 位置可确定聚合物的类型。 （2）谱峰强度，即透射百分率或吸收百分率。谱峰强度与 分子振动时偶极矩的变化率有关，但同时又与分子的含量 成正比，因此可作为定量分析的基础。 （3）谱峰形状。谱峰形状包括谱带是否有分裂，还反映了 分子结构特性，可用以研究分子内是否存在缔合以及分子 的对称性、旋转异构、互变异构等。
红外光谱技术在材料分析中的应用
红外光谱技术在材料分析中的应用随着科技的进步，现代材料科学越来越依赖于高精度的材料分析。
在材料分析领域，红外光谱技术凭借着其高效、快速、精准的分析方法成为了分析手段的首选。
红外光谱技术是一种基于分子振动的分析方法。
其原理是利用物质在特定波长下的吸收和反射，通过红外光谱仪的检测和记录，来分析物质中分子的组成和结构。
一、红外光谱技术在材料表征中的应用红外光谱技术在材料表征中的应用很广泛，可以用来研究各种材料的性质和结构。
例如，它可以在电化学研究中确定电荷状态、揭示电化学反应机理；在材料制备中控制化学反应体系；在新材料的开发中进行结构表征和性能测试等等。
二、红外光谱技术在材料的缺陷检测中的应用红外光谱技术在材料的缺陷检测中也有很好的应用。
在材料制备和应用过程中，存在各种缺陷如裂纹、异物、气泡、夹杂物等，这些缺陷会影响材料的性能和寿命。
利用红外光谱技术可以对这些缺陷进行有效检测和分析。
三、红外光谱技术在材料的腐蚀分析中的应用红外光谱技术还广泛应用于材料的腐蚀分析。
在工业生产和使用过程中，材料难免会遭到腐蚀的影响，这会影响材料的可靠性和使用寿命。
利用红外光谱技术可以测量材料的腐蚀程度和成分，并进行腐蚀形式和机理的分析，为腐蚀的预防和处理提供了有力的手段。
四、红外光谱技术在材料的污染分析中的应用最后，红外光谱技术还可以在材料的污染分析中发挥重要作用。
尽管现在环境保护越来越得到重视，但在工业生产中还是难免存在各种污染。
红外光谱技术可以有效地识别污染物的成分和来源，并进行精确的定量分析，有助于科学合理地制定污染物的防治措施。
总之，红外光谱技术作为一种高效、快速、精准的分析手段，在材料分析领域得到了广泛应用。
它在材料表征、缺陷检测、腐蚀分析和污染分析等方面都具有重要的应用价值。
相信随着科技的不断推进和发展，红外光谱技术在材料分析中的应用将会更加广泛和深入。
红外光谱法在高分子材料分析中的应用
红外光谱法在高分子材料分析中的应用红外光谱法是一种常用的分析方法，广泛应用于高分子材料的研究和分析中。
它利用高分子材料中的官能团对红外辐射的吸收特性进行分析，从而得到材料的结构信息和化学组成。
本文将详细介绍红外光谱法在高分子材料分析中的应用。
首先，红外光谱法可以用于高分子材料的结构鉴定。
高分子材料由长链状的分子组成，通常有许多不同类型的基团。
红外光谱法通过检测高分子材料中的官能团的振动吸收来确定其结构。
不同类型的官能团在红外光谱图上有不同的吸收峰，通过对比实验样品和参考标准的红外光谱图，我们可以确定高分子材料中的官能团的种类和存在方式。
例如，羰基(C=O)的伸缩振动位于1700 cm-1附近，羟基(OH)的振动位于3200-3600 cm-1附近。
通过观察这些吸收峰的位置和强度，我们可以推测高分子材料的组成和结构。
其次，红外光谱法可以用于高分子材料的质量分析。
高分子材料在不同制备条件下，其分子结构和化学组成可能会发生变化。
红外光谱法可以定量分析高分子材料中特定官能团的含量，从而确定其质量。
例如，聚乙烯中的羧酸官能团含量可以通过测量其红外吸收峰的强度来确定。
通过定量分析高分子材料中的官能团含量，我们可以评估材料的质量和性能。
此外，红外光谱法还可以用于高分子材料的结构演化研究。
高分子材料在加热、拉伸等外界条件下，其结构和性能也会发生变化。
红外光谱法可以在不同条件下对高分子材料进行原位监测，从而研究其结构演化过程。
例如，通过监测高分子材料中特定官能团的红外吸收峰的位置和强度变化，我们可以了解高分子材料在加热或拉伸过程中发生的结构变化，揭示其结构演化机制。
最后，红外光谱法还可以用于高分子材料的光化学反应研究。
高分子材料往往具有较好的光学性能，能够吸收光能并发生光化学反应。
通过红外光谱法可以监测高分子材料在光照条件下的结构变化，揭示其光化学反应机制。
例如，通过监测高分子材料中特定官能团的红外吸收峰的变化，可以研究高分子材料在光照条件下的裂解、交联等反应过程，为高分子材料的光学应用提供理论依据。
红外光谱法在高分子材料分析中的应用
红外吸收光谱在高分子中的应用
非晶带/cm-1
1368，1353，1303
间同1,3-聚戊二烯
全同聚苯乙烯 聚氯乙烯 聚偏氯乙烯 聚四氟乙烯 聚三氟乙烯 聚偏氟乙烯 全同聚醋酸乙烯酯 聚乙烯醇 聚对苯二甲酸乙二酯 α型尼龙6 尼龙66 尼龙7 尼龙9
1340，1178，1140，1014，988，934，910
1365，1312，1297，1261，1194，1185， 1080，1055，985，920，898 638，603 1070，1045，885，752
主要内容
2.6 红外吸收光谱在高分子材料分析中的应用 • 2.6.1 未知聚合物的鉴定 • 2.6.2 聚合物链结构的研究 • 2.6.3 聚合物结晶度的研究 • 2.6.4 聚合物结构变化的分析
2.6.1 未知聚合物据基团频率判断一些基团的存在（排除一些基团）
3.从几个频率区的吸收谱带来综合考虑，确证某一基团确实存在 4.判断出未知物后与标准谱图对比
真空中聚乙烯薄膜施加195MPa负荷3h后所产生 端基的吸收（实线为表面层的；虚线为本体的）
聚碳酸酯
2.6.2 聚合物链结构的研究
顺式1,4-结构
反式1,4-结构
1,2-结构
三种聚丁二烯的红外光谱图
2.6.3 聚合物结晶度的测定
例：聚氯丁二烯结晶度的测定。
在聚氯丁二烯的光谱中，位于953cm-1和780cm-1的谱带是 结晶谱带，可作为测量样品结晶度的分析谱带。由于薄膜的 厚度不容易准确测量，可把位于2940cm-1的C-H伸缩振动谱带 作为衡量薄膜厚度的内标。样品的结晶度x可有下式得到：
例：聚乙烯在机械应力下表面 结构变化。
聚合物在机械应力下会产生分子链 的断裂而造成所谓的机械老化。分子 链的断裂会产生自由基，从而引发一 系列的化学反应过程。例如把线性聚 乙烯的热压膜在1.33×104 Pa的真空 度下施加196 Mpa的负荷达3 h，然后 测其红外谱图，图中890 cm-1谱带属 于端乙烯基，另一谱带910 cm-1是 -CH2-CH=CH2基团的吸收。
红外光谱技术在材料分析中的应用
红外光谱技术在材料分析中的应用一、引言材料分析是物质科学领域中非常重要的研究领域之一，其主要目的是为了了解材料的物理、化学及其他相关性质。
作为一种高精度的测试手段，红外光谱技术已经在材料分析中得到广泛应用，能够帮助研究人员更快速、准确地推断材料的成分。
本文将围绕红外光谱技术在材料分析中的应用展开讨论。
二、红外光谱技术的基本原理红外光谱技术是一种将物质吸收不同波长、不同强度的红外辐射转化为光谱图的分析方法。
红外辐射波长范围通常在0.7到1000微米之间，而红外辐射的强度则受到分子结构、分子振动等因素的影响。
所以，当样品被辐射时，分子将会通过振动、弯曲、伸缩等方式吸收紫外线或红外线的辐射，并产生特定波长的光谱。
红外光谱技术的原理基于以下两个方面：一是每种化学成分都有其独特的吸收率，即使处于不同的环境中也可以准确地表征所包含的某些化学成分；二是分子结构和化学成分之间有着紧密的关联，不同的分子结构形态将精准地反映为不同特征频率的吸收率。
三、红外光谱技术在材料分析中的主要应用1. 无机材料红外光谱技术可以对各种类型的无机材料进行深入分析，包括金属氧化物、硅酸盐、金属卤化物等。
例如，将纳米ZnO粉末与红外光辐射相结合，可以确定不同纯度的ZnO材料的化学组成和微观结构。
此外，在地质学和矿物学领域，红外光谱技术也广泛应用于岩石和矿物学领域的物质分析中。
2. 高分子材料高分子材料是现代材料科学首要研究领域，包括塑料和化工品等。
红外光谱技术在高分子材料的研究领域中有着广泛应用，可以用于确定不同类型的塑料和橡胶的组成和成分。
例如，在我们日常生活中使用的塑料制品中，不同的塑料配方可以通过红外光谱分析来比较，以确保产品的一致性和可靠性。
3. 生物大分子红外光谱技术还可以用于分析生物大分子，例如蛋白质、脂肪酸和DNA。
不同结构、含量和组合的不同生物分子都具有其独特的红外光谱。
因此，红外光谱技术可以通过分析不同生物分子的吸收光谱来确定其结构组成，从而为生物大分子的进一步研究提供理论依据。
3 高分子材料研究方法红外PPT课件
E1 υ2 υ1 υ0 E0
分子振动吸收光谱
3
2 1
J
0
3
2 1
J
0
3
2 1
J
0
3
2 1
J
0
分子转动吸收光谱
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱。 红外光谱也称分子的振、转动光谱。
7
红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生 分子的振动能级差远大于转动能级差 分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁
面内摇摆振动ρ：基团作为一个整体在平面内摇动
AX2型分子
CH2 ~720cm1
—(CH2)n — n4 11
面外弯曲：弯曲振动垂直几个原子构成的平面 面外摇摆ω：两个X原子同时向面下或面上的振动
AX2型分子
CH 2 ~130c0m1
扭曲τ：一个X原子在面上，一个X原子在面下的 振动
AX2型分子
CH 2 ~125c0m1
12
二、红外光谱产生的条件
辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；
(1) 辐射能应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； (2) 辐射与物质间有相互偶合作用，产生偶极钜的变化
没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性：
如：单原子分子、同核分子：He、Ne、N2、O2、Cl2、H2 等。 没有红外活性 。
非平面摇摆ω 扭曲振动τ
伸缩振动的k比变形振动k大；因此伸缩振动出现在红外吸收
光谱的高波数区，变形振动出现在红外吸收光谱的低波数区。
9
（1） 伸缩振动 指键长沿键轴方向发生周期性变化的振动
对称伸缩振动：键长沿键轴方向的运动同时发生
AX2型分子
AX3型分子
C s H2 ~285c0m1
红外光谱在高分子材料研究中的应用
红外光谱在高分子材料研究中的应用作者：尚建疆张帅张新慧朱小燕刘芳来源：《科技创新与应用》2019年第15期摘 ;要：红外光谱法是目前高分子材料研究中一种重要的分析测试方法，能直观高效地表征出物质的结构及其变化等。
介绍了红外光谱法在高分子材料研究中的应用领域，并做了展望。
关键词：红外光谱法;高分子材料;研究;应用中图分类号：O657.33 ; ; ; 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）15-0175-02Abstract： Infrared spectroscopy （IR） is an important analytical and testing method in the research of polymer materials， which can characterize the structure and changes of substances intuitively and efficiently. The application of infrared spectroscopy in the research of polymer materials is introduced and prospected.Keywords： infrared spectroscopy; polymer materials; research; application引言研究高分子材料或聚合物的组成、结构及变化过程，以制备高性能材料，成为目前重要的研究方向。
红外光谱法（IR）是目前高分子材料研究中一种重要的分析测试方法，具有操作方法简单、技术成熟等特点，能比较直观高效、准确地表征出物质的结构及其变化，因此，己经广泛地应用于高分子材料研究、有机合成、无机化学、化工、生物、医药、环境等领域。
1 红外光谱技术红外光谱技术是利用物质分子吸收红外辐射后，产生的振动或转动运动引起偶极矩的变化使分子能级跃迁，相应区域的光被吸收的现象，从而得到红外光波长与透射率的曲线。