塑料的儀器分析法

1、.一、概述一、概述 （一）原理（一）原理 色譜分析法是一類利用物質(zhì)不同的色譜分析法是一類利用物質(zhì)不同的物理和物理化學(xué)性質(zhì)來進(jìn)行分離并物理和物理化學(xué)性質(zhì)來進(jìn)行分離并進(jìn)行檢測的方法。進(jìn)行檢測的方法。它的分離原理是利用物質(zhì)在溶解、吸附、它的分離原理是利用物質(zhì)在溶解、吸附、分配、離子交換、親和力、分子尺寸等方分配、離子交換、親和力、分子尺寸等方面的微小差別，將需分離的物質(zhì)在相互不面的微小差別，將需分離的物質(zhì)在相互不溶的兩相，即固定相和流動相之間作相對溶的兩相，即固定相和流動相之間作相對運動，使各組分在兩相間進(jìn)行連續(xù)多次的運動，使各組分在兩相間進(jìn)行連續(xù)多次的質(zhì)量交換后，最終使得有微小差異的不同質(zhì)量交換后

2、，最終使得有微小差異的不同組分獲得分離。組分獲得分離。 圖圖3-1 色譜柱分離色譜柱分離A A、B B兩組分混合物示意圖兩組分混合物示意圖. （二）分類（二）分類 圖圖3-2 3-2 色譜分析法的分類色譜分析法的分類.二、氣相色譜二、氣相色譜 氣相色譜氣相色譜(GC)是以氣體作為流動相的一種色譜法，是分是以氣體作為流動相的一種色譜法，是分析測量低沸點有機化合物及永久性氣體的有力武器。析測量低沸點有機化合物及永久性氣體的有力武器。 （一）原理（一）原理 氣相色譜法是一種物理氣相色譜法是一種物理(或物理化學(xué)的或物理化學(xué)的)分離分析方法，其分離分析方法，其基本原理是將所分析的試樣加熱轉(zhuǎn)為氣體基本原理

3、是將所分析的試樣加熱轉(zhuǎn)為氣體(氣化氣化)。 氣體通過載氣帶進(jìn)色譜柱，隨著載氣的不斷流動，各被氣體通過載氣帶進(jìn)色譜柱，隨著載氣的不斷流動，各被測組分在固定相中進(jìn)行反復(fù)的物理吸附與脫附。測組分在固定相中進(jìn)行反復(fù)的物理吸附與脫附。 當(dāng)載氣中含有和原來純載氣不同的組分時，檢測器就給當(dāng)載氣中含有和原來純載氣不同的組分時，檢測器就給了信號，于是在記錄儀上記錄了了信號，于是在記錄儀上記錄了“色譜圖色譜圖”。 . （二）儀器（二）儀器 根據(jù)氣相色譜的流程，氣相色譜儀可分成載氣系統(tǒng)、進(jìn)樣根據(jù)氣相色譜的流程，氣相色譜儀可分成載氣系統(tǒng)、進(jìn)樣器、色譜柱系統(tǒng)、檢測器、記錄系統(tǒng)五部分。器、色譜柱系統(tǒng)、檢測器、記錄系統(tǒng)五部

4、分。 圖圖3-3 3-3 氣相色譜儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖氣相色譜儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖. （三）色譜圖（三）色譜圖圖圖3-43-4氣相色譜圖氣相色譜圖. （四）氣相色譜法的應(yīng)用（四）氣相色譜法的應(yīng)用 在塑料分析測試中的應(yīng)用可分為兩類在塑料分析測試中的應(yīng)用可分為兩類: : 第一類，樣品可直接進(jìn)行氣相色譜分析的，如第一類，樣品可直接進(jìn)行氣相色譜分析的，如單體、單體、溶劑和各種添加劑純度的測定溶劑和各種添加劑純度的測定以及通過測定反應(yīng)過程以及通過測定反應(yīng)過程中單體組成變化來研究某些中單體組成變化來研究某些聚合反應(yīng)動力學(xué)聚合反應(yīng)動力學(xué)過程；過程；（單體分析；添加劑分析；（單體分析；添加劑分析； 共聚物組成分析；共聚物

5、組成分析； 聚合物結(jié)構(gòu)表聚合物結(jié)構(gòu)表征；征； 聚合物中的雜質(zhì)分析；聚合物中的雜質(zhì)分析； 熱穩(wěn)定性研究）熱穩(wěn)定性研究） 第二類，樣品不能直接進(jìn)行氣相色譜分析而需要與其第二類，樣品不能直接進(jìn)行氣相色譜分析而需要與其他技術(shù)相結(jié)合，例如他技術(shù)相結(jié)合，例如裂解氣相色譜分析技術(shù)裂解氣相色譜分析技術(shù)等。等。.三、凝膠滲透色譜三、凝膠滲透色譜 1.原理原理 凝膠滲透色譜法（凝膠滲透色譜法（GPC）又稱排阻色譜法或凝膠過濾色譜）又稱排阻色譜法或凝膠過濾色譜法。它采用具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、多孔性的固定相，利用試樣的法。它采用具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、多孔性的固定相，利用試樣的組分分子對固定相的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部的滲透性的差異來分離組分分子

6、對固定相的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部的滲透性的差異來分離各組分。各組分。 圖圖3-5 GPC工作原理示意圖工作原理示意圖 . 2.儀器儀器 凝膠色譜的凝膠色譜的常用固定相常用固定相有多孔型的有多孔型的半剛性凝膠半剛性凝膠和剛性凝膠和剛性凝膠兩大類。兩大類。 . 3.應(yīng)用應(yīng)用 根據(jù)凝膠色譜的特點，其應(yīng)用主要在生物化學(xué)和高分子化根據(jù)凝膠色譜的特點，其應(yīng)用主要在生物化學(xué)和高分子化學(xué)領(lǐng)域。學(xué)領(lǐng)域。 適用于分子量大于適用于分子量大于1000 g/mole 的非離子型的高分子化合的非離子型的高分子化合物的分離。物的分離。 典型聚合物的凝膠滲透色譜典型聚合物的凝膠滲透色譜(GPC)(GPC)色譜圖色譜圖 以以UVUV做檢

7、測器的色譜圖做檢測器的色譜圖.第二節(jié)第二節(jié) 光譜分析光譜分析.一、紫外光譜一、紫外光譜 （一）概述（一）概述 紫外光譜屬于分子光譜中的紫外光譜屬于分子光譜中的電子吸收光譜電子吸收光譜。 紫外光譜是當(dāng)光照射樣品分子或原子時，外層的電子吸收紫外光譜是當(dāng)光照射樣品分子或原子時，外層的電子吸收一定波長的紫外光，由一定波長的紫外光，由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)而產(chǎn)生的光譜。而產(chǎn)生的光譜。 不同結(jié)構(gòu)的分子，其電子躍遷方式不同，吸收的紫外光波不同結(jié)構(gòu)的分子，其電子躍遷方式不同，吸收的紫外光波長也不同，吸收率也不同。長也不同，吸收率也不同。 根據(jù)樣品的吸收波長范圍，吸光強度來鑒別不同的物質(zhì)結(jié)根據(jù)樣品的吸

8、收波長范圍，吸光強度來鑒別不同的物質(zhì)結(jié)構(gòu)的差異。構(gòu)的差異。. （二）常用術(shù)語（二）常用術(shù)語 特征吸收曲線：特征吸收曲線：吸收光譜曲線上有起伏的峰谷時稱為特征吸收吸收光譜曲線上有起伏的峰谷時稱為特征吸收曲線。曲線。 最大吸收峰：最大吸收峰：吸收曲線上最大吸收峰所對應(yīng)的波長。吸收曲線上最大吸收峰所對應(yīng)的波長。 紅移：紅移：吸收峰向長波方向移動。吸收峰向長波方向移動。 紫移紫移( (或藍(lán)移）：或藍(lán)移）：吸收峰向短波方向移動。吸收峰向短波方向移動。 末端吸收：末端吸收：在紫外吸收曲線短波末端吸收增強，但未成峰形。在紫外吸收曲線短波末端吸收增強，但未成峰形。 生色基團(tuán)：生色基團(tuán)：分子中產(chǎn)生吸收峰的主要原

9、子或原子團(tuán)。分子中產(chǎn)生吸收峰的主要原子或原子團(tuán)。 助色基團(tuán)：助色基團(tuán)：使生色基團(tuán)所產(chǎn)生的吸收峰向紅移的原子或原子團(tuán)。使生色基團(tuán)所產(chǎn)生的吸收峰向紅移的原子或原子團(tuán)。 等吸收點：等吸收點：兩個或兩個以上化合物的吸收強度相等的波長。兩個或兩個以上化合物的吸收強度相等的波長。 . R吸收帶：吸收帶：含含C=O，N=O， NO2和和N=N基有機物可產(chǎn)生這類譜帶。它是基有機物可產(chǎn)生這類譜帶。它是n*躍遷形成的吸收帶躍遷形成的吸收帶。 K吸收帶：吸收帶：共扼烯烴取代芳香化合物可產(chǎn)生這類譜帶。它是共扼烯烴取代芳香化合物可產(chǎn)生這類譜帶。它是*躍遷形成的吸收躍遷形成的吸收帶，帶，max10000，吸收譜帶較強。，

10、吸收譜帶較強。 B吸收帶：吸收帶：B吸收帶是芳香化合物及雜芳香化合物的特征譜帶。在這個吸收帶有些吸收帶是芳香化合物及雜芳香化合物的特征譜帶。在這個吸收帶有些化合物容易反映出精細(xì)結(jié)構(gòu)。溶劑的極性、酸堿性等對精細(xì)結(jié)構(gòu)的影響化合物容易反映出精細(xì)結(jié)構(gòu)。溶劑的極性、酸堿性等對精細(xì)結(jié)構(gòu)的影響較大。較大。 E吸收帶：吸收帶：它也是芳香族化合物的特征譜帶之一，吸收強度大，它也是芳香族化合物的特征譜帶之一，吸收強度大，為為200014000，吸收波長偏向紫外的低波長部分，有的在真空紫外區(qū)。吸收波長偏向紫外的低波長部分，有的在真空紫外區(qū)。 . （三）應(yīng)用舉例（三）應(yīng)用舉例 用紫外光譜，可以監(jiān)測聚合用紫外光譜，可以

11、監(jiān)測聚合反應(yīng)前后的變化，研究聚合反應(yīng)前后的變化，研究聚合反應(yīng)的機理；反應(yīng)的機理； 定量測定有特殊官能團(tuán)（如定量測定有特殊官能團(tuán)（如具有生色基或具有與助色基具有生色基或具有與助色基結(jié)合的基團(tuán)結(jié)合的基團(tuán)) )的聚合物的分的聚合物的分子量與分子量分布；子量與分子量分布； 探討聚合物鏈中共扼雙鍵序探討聚合物鏈中共扼雙鍵序列分布。列分布。圖圖3-93-9甲苯和苯的紫外光譜圖（甲苯和苯的紫外光譜圖（苯；苯；甲苯）甲苯） .圖圖3-10 3-10 胺引發(fā)甲基丙烯酸甲酯的紫胺引發(fā)甲基丙烯酸甲酯的紫外光譜圖外光譜圖 由圖由圖3-10可見，曲線可見，曲線4與曲與曲線線3相似，在相似，在254nm和和300nm都有

12、吸收峰，而與曲都有吸收峰，而與曲線線1和曲線和曲線2不同，說明苯不同，說明苯胺引發(fā)光聚合的產(chǎn)物為二胺引發(fā)光聚合的產(chǎn)物為二級胺，而不是一級胺。級胺，而不是一級胺。在反應(yīng)過程中，苯胺先與在反應(yīng)過程中，苯胺先與 MMA形成激基復(fù)合物，經(jīng)形成激基復(fù)合物，經(jīng)電荷轉(zhuǎn)移形成的苯胺氮自電荷轉(zhuǎn)移形成的苯胺氮自由基引發(fā)由基引發(fā)MMA聚合，在聚聚合，在聚合物的端基形成二級胺。合物的端基形成二級胺。 .二、紅外光譜二、紅外光譜 紅外光譜法又稱為紅外分光光度法，它是建立在分子吸收紅外光譜法又稱為紅外分光光度法，它是建立在分子吸收紅外輻射基礎(chǔ)上的分析方法。紅外輻射基礎(chǔ)上的分析方法。 紅外光譜是分子振動、轉(zhuǎn)動能級躍遷的結(jié)果

13、。紅外光譜是分子振動、轉(zhuǎn)動能級躍遷的結(jié)果。 表表3-13-1紅外輻射區(qū)的分類紅外輻射區(qū)的分類 名稱名稱波長波長/ /m m波數(shù)波數(shù)/cm/cm-1-1能級躍遷類型能級躍遷類型近紅外近紅外照相區(qū)照相區(qū)0.780.781.31.3128201282077007700分子中分子中O-H,N-HO-H,N-H及及C-NC-N的倍頻吸收的倍頻吸收泛頻區(qū)泛頻區(qū)1.31.32.02.07700770050005000中紅外中紅外基本振動區(qū)基本振動區(qū)2 2252550005000400400分子中原子的振分子中原子的振動及分子的轉(zhuǎn)動及分子的轉(zhuǎn)動動遠(yuǎn)紅外遠(yuǎn)紅外轉(zhuǎn)動區(qū)轉(zhuǎn)動區(qū)25253003004004003333

14、分子的轉(zhuǎn)動，晶分子的轉(zhuǎn)動，晶格振動格振動. （一）紅外光譜的基本原理（一）紅外光譜的基本原理 1分子吸收紅外輻射的必要條件分子吸收紅外輻射的必要條件 （1）分子能吸收的紅外輻射，應(yīng)具有剛好能滿足分子）分子能吸收的紅外輻射，應(yīng)具有剛好能滿足分子躍遷時所需的能量，即躍遷時所需的能量，即E = hv，其中，其中E為兩個振動為兩個振動能級間的能量差，能級間的能量差，v為被吸收的紅外輻射頻率，為被吸收的紅外輻射頻率，h為普為普朗克常數(shù)。朗克常數(shù)。 （2）輻射應(yīng)與物質(zhì)分子之間發(fā)生相互作用，也稱偶合）輻射應(yīng)與物質(zhì)分子之間發(fā)生相互作用，也稱偶合作用。吸收的結(jié)果是輻射的能量通過偶合而被轉(zhuǎn)移到作用。吸收的結(jié)果是輻

15、射的能量通過偶合而被轉(zhuǎn)移到分子上。分子上。. 2分子的轉(zhuǎn)動光譜及振動光譜分子的轉(zhuǎn)動光譜及振動光譜 3分子的振動模式及其類型分子的振動模式及其類型圖圖3-11 3-11 聚乙烯中聚乙烯中CHCH2 2基團(tuán)的振動模式基團(tuán)的振動模式 .（二）紅外光譜的基團(tuán)頻率及其影響因素（二）紅外光譜的基團(tuán)頻率及其影響因素 1常見化學(xué)基團(tuán)的紅外特征頻率常見化學(xué)基團(tuán)的紅外特征頻率 在在40006700cm-1（2.51.5m）范圍內(nèi)，分子中的一些）范圍內(nèi)，分子中的一些基團(tuán)是有著特征的基團(tuán)頻率的，這些頻率是根據(jù)大量的研基團(tuán)是有著特征的基團(tuán)頻率的，這些頻率是根據(jù)大量的研究所總結(jié)出來的經(jīng)驗相關(guān)關(guān)系。究所總結(jié)出來的經(jīng)驗相關(guān)關(guān)

16、系。 通?？梢詫⒅屑t外光譜劃分為四個區(qū)域：通?？梢詫⒅屑t外光譜劃分為四個區(qū)域： 第一區(qū)域第一區(qū)域/氫伸縮區(qū)氫伸縮區(qū) 第二區(qū)域第二區(qū)域/叁鍵區(qū)叁鍵區(qū) 第三區(qū)域第三區(qū)域/雙鍵區(qū)雙鍵區(qū) 第四區(qū)域第四區(qū)域/指紋區(qū)。指紋區(qū)。. 2影響基團(tuán)頻率和吸收帶形狀的因素影響基團(tuán)頻率和吸收帶形狀的因素 (1)分子物理狀態(tài)的影響分子物理狀態(tài)的影響氣態(tài)在氣態(tài)狀態(tài)下，參與紅外吸收的分子的數(shù)目少，一般吸收譜帶氣態(tài)在氣態(tài)狀態(tài)下，參與紅外吸收的分子的數(shù)目少，一般吸收譜帶強度較小。隨著氣體壓力的增大，分子間開始相互作用，精細(xì)結(jié)構(gòu)逐強度較小。隨著氣體壓力的增大，分子間開始相互作用，精細(xì)結(jié)構(gòu)逐漸消失，吸收帶增寬。漸消失，吸收帶增寬。

17、液態(tài)分子間的相互作用增大，強度比氣態(tài)的大。當(dāng)形成氫鍵、發(fā)生液態(tài)分子間的相互作用增大，強度比氣態(tài)的大。當(dāng)形成氫鍵、發(fā)生締合時，譜帶的頻率數(shù)目和強度都會發(fā)生較大變化。締合時，譜帶的頻率數(shù)目和強度都會發(fā)生較大變化。固態(tài)固態(tài)物質(zhì)的紅外光譜，其吸收峰一般要比液態(tài)的更尖銳，峰的固態(tài)固態(tài)物質(zhì)的紅外光譜，其吸收峰一般要比液態(tài)的更尖銳，峰的數(shù)目更多。數(shù)目更多。 (2)外部環(huán)境因素的影響外部環(huán)境因素的影響溶劑效應(yīng)溶劑的極性會引起溶質(zhì)的締合溶劑效應(yīng)溶劑的極性會引起溶質(zhì)的締合, ,溶質(zhì)的極性基團(tuán)溶質(zhì)的極性基團(tuán)( (如如C=OC=O，N=ON=O等等) )的伸縮振動頻率將隨溶劑極性的增加而降低，且強度往往增的伸縮振動頻

18、率將隨溶劑極性的增加而降低，且強度往往增加。加。氫鍵氫鍵氫鍵氫鍵X-H.YX-H.Y中的中的X X、Y Y原子通常是原子通常是O O、N N或或F F。氫鍵越強，振動頻。氫鍵越強，振動頻率越小，吸收帶越寬，峰強度越大。締合程度越強，越移向低波數(shù)。率越小，吸收帶越寬，峰強度越大。締合程度越強，越移向低波數(shù)。. (3)試樣分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)因素的影響試樣分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)因素的影響誘導(dǎo)效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)共扼效應(yīng)共扼效應(yīng) . 中介效應(yīng)中介效應(yīng) 化合物中存在有化合物中存在有孤對電子的原子，如孤對電子的原子，如O、S、N等，并與多等，并與多重鍵原子相連時重鍵原子相連時，可產(chǎn)生類似的共扼作用，稱為中介效應(yīng)。，可產(chǎn)生類似的共

19、扼作用，稱為中介效應(yīng)。 立體效應(yīng)立體效應(yīng) 立體效應(yīng)包括環(huán)的張力、立體阻礙。立體效應(yīng)包括環(huán)的張力、立體阻礙。 振動偶合振動偶合.（三）紅外光譜解析（三）紅外光譜解析 1試樣制備與紅外譜圖繪制試樣制備與紅外譜圖繪制 根據(jù)試樣性質(zhì)，紅外制樣方法見表根據(jù)試樣性質(zhì)，紅外制樣方法見表3-2 在紅外譜測試時應(yīng)特別注意以下影響因素在紅外譜測試時應(yīng)特別注意以下影響因素: （1）儀器參數(shù)的影響儀器參數(shù)的影響 應(yīng)根據(jù)不同測試要求及時調(diào)整光源應(yīng)根據(jù)不同測試要求及時調(diào)整光源能量、增益、掃描次數(shù)等直接影響信噪比的儀器參數(shù)。能量、增益、掃描次數(shù)等直接影響信噪比的儀器參數(shù)。 （2）干擾因素的影響干擾因素的影響 注意環(huán)境濕度、

20、樣品污染、殘留溶注意環(huán)境濕度、樣品污染、殘留溶劑等干擾因素，避免產(chǎn)生紅外光譜圖中附加吸收帶。劑等干擾因素，避免產(chǎn)生紅外光譜圖中附加吸收帶。 （3）樣品厚度的影響樣品厚度的影響 對聚酯類極性物質(zhì)要求樣品厚度小對聚酯類極性物質(zhì)要求樣品厚度小一些，對聚烯烴類非極性物質(zhì)要求厚大一些。一些，對聚烯烴類非極性物質(zhì)要求厚大一些。. 2. 紅外譜圖的解析紅外譜圖的解析 （1）譜帶的位置）譜帶的位置 含有含有羰基羰基聚合物在羰基振聚合物在羰基振動區(qū)動區(qū)(18001650cm-1)有最強的吸有最強的吸收。最常見的是聚酯、聚羧酸和聚酰胺等聚合物。飽和聚收。最常見的是聚酯、聚羧酸和聚酰胺等聚合物。飽和聚烴和極性基團(tuán)取

21、代的聚烴在碳?xì)滏I的面內(nèi)彎曲振動區(qū)烴和極性基團(tuán)取代的聚烴在碳?xì)滏I的面內(nèi)彎曲振動區(qū)（15001300cm-1）出現(xiàn)強的吸收峰。）出現(xiàn)強的吸收峰。 聚醚、聚砜、聚醇等聚合物最強的是聚醚、聚砜、聚醇等聚合物最強的是C-O的伸縮振動，出現(xiàn)的伸縮振動，出現(xiàn)在在13001000cm-1區(qū)域內(nèi)。區(qū)域內(nèi)。 含有取代苯、不飽和雙鍵以及含有硅和鹵素的聚合物，除含有取代苯、不飽和雙鍵以及含有硅和鹵素的聚合物，除含硅和氟的聚合物外，最強吸收峰均出現(xiàn)在含硅和氟的聚合物外，最強吸收峰均出現(xiàn)在1000600cm-1區(qū)域。區(qū)域。. （2）譜帶的形狀）譜帶的形狀 有時從譜帶的形狀也能得到有關(guān)基團(tuán)的一些信息。有時從譜帶的形狀也能得

22、到有關(guān)基團(tuán)的一些信息。 例如含氫健和離子的基團(tuán)可以產(chǎn)生很寬的紅外譜帶。例如含氫健和離子的基團(tuán)可以產(chǎn)生很寬的紅外譜帶。 譜帶的形狀也包括譜帶是否有分裂，可用以研究分子內(nèi)是譜帶的形狀也包括譜帶是否有分裂，可用以研究分子內(nèi)是否存在締合以及分子的對稱性、旋轉(zhuǎn)異構(gòu)、互變異構(gòu)等。否存在締合以及分子的對稱性、旋轉(zhuǎn)異構(gòu)、互變異構(gòu)等。 （3）譜帶的相對強度）譜帶的相對強度 在相同儀器和相同樣品厚度的條件下，比較兩條譜帶的強在相同儀器和相同樣品厚度的條件下，比較兩條譜帶的強度常可指示某特殊基團(tuán)或元紊存在的信息。度?？芍甘灸程厥饣鶊F(tuán)或元紊存在的信息。 如分子中含有一些極性較強的基團(tuán)，就將產(chǎn)生強的吸收帶。如分子中含有

23、一些極性較強的基團(tuán)，就將產(chǎn)生強的吸收帶。. 3. 其他其他 在進(jìn)行紅外光譜解析時，還應(yīng)注意以下幾點在進(jìn)行紅外光譜解析時，還應(yīng)注意以下幾點: : （1 1）光譜解析的正確性依賴于能否得到一張最佳的光譜圖。）光譜解析的正確性依賴于能否得到一張最佳的光譜圖。 （2 2）對未知塑料或添加劑的紅外譜圖的正確判別，除要掌）對未知塑料或添加劑的紅外譜圖的正確判別，除要掌握紅外分析的有關(guān)知識外，還必須對高聚物樣品的來源性握紅外分析的有關(guān)知識外，還必須對高聚物樣品的來源性能及用途有足夠的了解。能及用途有足夠的了解。 （3 3）塑料譜圖雖與分子鏈中重復(fù)單元的譜圖相似，但它仍）塑料譜圖雖與分子鏈中重復(fù)單元的譜圖相似

24、，但它仍有自身的特殊性。由于聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的不同、共聚物序列結(jié)有自身的特殊性。由于聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的不同、共聚物序列結(jié)構(gòu)的不同等都會影響譜圖，因此在解析譜圖時要特別注意。構(gòu)的不同等都會影響譜圖，因此在解析譜圖時要特別注意。 .（四）紅外光譜在塑料研究中的應(yīng)用（四）紅外光譜在塑料研究中的應(yīng)用 1塑料材料的分析與鑒別塑料材料的分析與鑒別4000350030002500200015001000500204060801001015.561229.931504.871774.882969.86波數(shù)波數(shù)/cm-1圖圖3-12 3-12 未知聚合物譜圖未知聚合物譜圖. 從從1500cm-1和和1590cm-1吸收帶可

25、看出有苯環(huán)骨架振動譜帶吸收帶可看出有苯環(huán)骨架振動譜帶 820cm-1是對位取代苯環(huán)上相鄰兩個氫的面外彎曲振動是對位取代苯環(huán)上相鄰兩個氫的面外彎曲振動 而而17002000cm-1的一組不強的吸收帶是苯環(huán)的的一組不強的吸收帶是苯環(huán)的C-H面外面外彎曲振動的倍頻和合頻，證明有苯環(huán)的存在。彎曲振動的倍頻和合頻，證明有苯環(huán)的存在。 1760cm-1是是C=O的伸縮振動譜帶。的伸縮振動譜帶。 1220cm-1、1190cm-1、1160cm-1等譜帶是等譜帶是C-O的伸縮振動吸的伸縮振動吸收帶收帶 1080cm-1和和1050 cm-1是是C-O-與苯環(huán)相連的醚鍵的伸縮振動，與苯環(huán)相連的醚鍵的伸縮振動，

26、1380cm-1和和1360cm-1這雙峰吸收，是兩個甲基同連接在一這雙峰吸收，是兩個甲基同連接在一個碳原子上的偕二甲基的特征峰個碳原子上的偕二甲基的特征峰 2950cm-1是是CH3上的飽和上的飽和C-H伸縮振動吸收帶伸縮振動吸收帶 由此，再查證標(biāo)準(zhǔn)譜圖，可以得出該未知物是聚碳酸酯。由此，再查證標(biāo)準(zhǔn)譜圖，可以得出該未知物是聚碳酸酯。 .2聚合反應(yīng)過程的研究聚合反應(yīng)過程的研究圖圖3-13 3-13 環(huán)氧樹脂交聯(lián)反應(yīng)譜圖環(huán)氧樹脂交聯(lián)反應(yīng)譜圖913cm-1的吸收峰是環(huán)氧基的特征峰，隨著反應(yīng)進(jìn)行，該峰逐漸減小。的吸收峰是環(huán)氧基的特征峰，隨著反應(yīng)進(jìn)行，該峰逐漸減小。 . 3高聚物結(jié)晶形態(tài)的研究高聚物結(jié)

27、晶形態(tài)的研究 用紅外吸收光譜可測定高聚物樣品的結(jié)晶度，也可研用紅外吸收光譜可測定高聚物樣品的結(jié)晶度，也可研究結(jié)晶動力學(xué)等。究結(jié)晶動力學(xué)等。 由于完全結(jié)晶高聚物的樣品很難獲得，因此不能僅用由于完全結(jié)晶高聚物的樣品很難獲得，因此不能僅用紅外吸收光譜獨立地測量結(jié)晶度的絕對量，需要依靠紅外吸收光譜獨立地測量結(jié)晶度的絕對量，需要依靠其它測試方法如其它測試方法如X X射線衍射法等測量的結(jié)果作為相對標(biāo)射線衍射法等測量的結(jié)果作為相對標(biāo)準(zhǔn)來計算結(jié)晶譜帶的吸收率。準(zhǔn)來計算結(jié)晶譜帶的吸收率。 .三、分光光度法三、分光光度法 分光光度分析是基于不同物質(zhì)的分子、原子或離分光光度分析是基于不同物質(zhì)的分子、原子或離子對電磁

28、輻射的選擇性吸收而建立起來的方法，子對電磁輻射的選擇性吸收而建立起來的方法，屬于屬于吸收光譜吸收光譜分析。分析。 它以物質(zhì)微粒吸收某一波長的光為基準(zhǔn)，表現(xiàn)為它以物質(zhì)微粒吸收某一波長的光為基準(zhǔn)，表現(xiàn)為微粒的吸光度值（微粒的吸光度值（A）為波長（）為波長（）的函數(shù)關(guān)系。）的函數(shù)關(guān)系。將吸光度對波長作圖，即得到吸收曲線（或稱為將吸光度對波長作圖，即得到吸收曲線（或稱為吸收光譜）。吸收光譜）。 其中最大吸收波長（其中最大吸收波長（max）表示物質(zhì)對輻射的特）表示物質(zhì)對輻射的特征吸收或選擇吸收，它與物質(zhì)微粒的結(jié)構(gòu)有關(guān)。征吸收或選擇吸收，它與物質(zhì)微粒的結(jié)構(gòu)有關(guān)。. （一）目視比色法和光電比色法（一）目視比

29、色法和光電比色法 1 1目視比色法目視比色法 用眼睛觀察、比較溶液顏色深淺以確定物質(zhì)含量的方法稱用眼睛觀察、比較溶液顏色深淺以確定物質(zhì)含量的方法稱為目視比色法為目視比色法 2 2光電比色法光電比色法 是借助光電比色計來測量一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，繪制是借助光電比色計來測量一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后根據(jù)被測試液的吸光度，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上求標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后根據(jù)被測試液的吸光度，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上求出被測物質(zhì)的含量的。出被測物質(zhì)的含量的。 光電比色計通常是由光源、濾光片、比色皿、光電池、檢光電比色計通常是由光源、濾光片、比色皿、光電池、檢流計等五個部件組成。流計等五個部件組成。. （二）分光光度

30、法（二）分光光度法 1 1分光光度法的基本原理分光光度法的基本原理 分光光度分析的理論基礎(chǔ)是分光光度分析的理論基礎(chǔ)是朗伯朗伯比耳定律比耳定律，它以被測物，它以被測物質(zhì)分子吸收某一波長的單色光為基礎(chǔ)質(zhì)分子吸收某一波長的單色光為基礎(chǔ) I/I0 =10-abc 或或 lg(I0/I) =abc 式中：式中：I0，入射光的強度；，入射光的強度；I，透射光的強度；，透射光的強度；a，吸光系，吸光系數(shù)；數(shù)；b，光通過透明物的距離，一般即為吸收池的厚度，光通過透明物的距離，一般即為吸收池的厚度，其單位用其單位用cm表示；表示；c，被測物質(zhì)的濃度，被測物質(zhì)的濃度， g/L；I/I0，透射，透射比比 . 2 2

31、分光光度法的特點分光光度法的特點靈敏度高，可測物質(zhì)濃度為靈敏度高，可測物質(zhì)濃度為(10-510-6)mol/L，即相當(dāng)于含，即相當(dāng)于含量為（量為（0.0010.0001）%的微量物質(zhì)；的微量物質(zhì)；準(zhǔn)確度較高，分光光度法的相對誤差為（準(zhǔn)確度較高，分光光度法的相對誤差為（25）%；操作簡便、快捷，在試樣處理為試液后，一般只需要顯色操作簡便、快捷，在試樣處理為試液后，一般只需要顯色和測定兩個步驟便可得結(jié)果；和測定兩個步驟便可得結(jié)果；應(yīng)用廣泛，幾乎所有的無機離子和許多有機化合物都可以應(yīng)用廣泛，幾乎所有的無機離子和許多有機化合物都可以直接或間接地用比色法或分光光度法進(jìn)行測定。直接或間接地用比色法或分光光

32、度法進(jìn)行測定。. 分光光度計的特點：分光光度計的特點： 入射光是入射光是單色光單色光，可以得到精確細(xì)致的吸收光譜曲線；，可以得到精確細(xì)致的吸收光譜曲線； 可以任意選取某種波長的單色光，利用吸光度的加和性，可以任意選取某種波長的單色光，利用吸光度的加和性，可以同時測定溶液中可以同時測定溶液中兩種或兩種兩種或兩種以上的組分；以上的組分； 入射光的入射光的波長范圍擴(kuò)大波長范圍擴(kuò)大了，只要在紫外或紅外光區(qū)域中了，只要在紫外或紅外光區(qū)域中有吸收峰的物質(zhì)，都可以用分光光度法進(jìn)行測定。有吸收峰的物質(zhì)，都可以用分光光度法進(jìn)行測定。 一般按工作波長范圍一般按工作波長范圍分類分類。原子吸收分光光度計主要用。原子吸

33、收分光光度計主要用于低含量元素的定量測定，紫外于低含量元素的定量測定，紫外可見分光光度計主要應(yīng)可見分光光度計主要應(yīng)用于無機物和有機物的測定，紅外分光光度計主要用于結(jié)用于無機物和有機物的測定，紅外分光光度計主要用于結(jié)構(gòu)分析。構(gòu)分析。 . 圖圖3-14 3-14 單光束分光光度計的光路示意圖單光束分光光度計的光路示意圖.圖圖3-15 3-15 雙光束分光光度計原理示意圖（雙光束分光光度計原理示意圖（M1M1、M2M2、M3M3、M4M4為反射鏡）為反射鏡）. 3 3分光光度法測定方法及應(yīng)用分光光度法測定方法及應(yīng)用 分光光度法是通過測量吸光物質(zhì)分光光度法是通過測量吸光物質(zhì)對單色光的吸收，根據(jù)光吸收定

34、對單色光的吸收，根據(jù)光吸收定律來確定物質(zhì)的含量的方法。律來確定物質(zhì)的含量的方法。 （1 1）原子吸收分光光度法）原子吸收分光光度法 是基于待測物質(zhì)基態(tài)原子蒸氣對銳線是基于待測物質(zhì)基態(tài)原子蒸氣對銳線光源發(fā)射的特征譜線的吸收光源發(fā)射的特征譜線的吸收, ,對元素進(jìn)對元素進(jìn)行定量的分析方法。行定量的分析方法。 在冶金、礦山、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、石油、在冶金、礦山、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、石油、化工、食品、醫(yī)藥衛(wèi)生、材料、生命化工、食品、醫(yī)藥衛(wèi)生、材料、生命科學(xué)等行業(yè)的分析實驗室得到廣泛應(yīng)科學(xué)等行業(yè)的分析實驗室得到廣泛應(yīng)用。用。. （2 2）紫外）紫外可見分光光度法可見分光光度法 屬于分子吸收光譜分析法。屬于分子吸收光譜分

35、析法。 是根據(jù)物質(zhì)分子對紫外、可見光區(qū)輻射的吸收特征，對物是根據(jù)物質(zhì)分子對紫外、可見光區(qū)輻射的吸收特征，對物質(zhì)的組成進(jìn)行定性、定量及結(jié)構(gòu)分析的方法。質(zhì)的組成進(jìn)行定性、定量及結(jié)構(gòu)分析的方法。 由于具有較高的靈敏度和準(zhǔn)確度，選擇性較好，操作快速、由于具有較高的靈敏度和準(zhǔn)確度，選擇性較好，操作快速、簡便，儀器設(shè)備價格低廉、簡單。簡便，儀器設(shè)備價格低廉、簡單。 在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、食品檢驗、環(huán)保、生命科學(xué)、在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、食品檢驗、環(huán)保、生命科學(xué)、科研等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。科研等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。. （3 3）紅外分光光度法）紅外分光光度法 是依據(jù)物質(zhì)對紅外光區(qū)電磁輻射的特征吸收，對化合物分

36、子是依據(jù)物質(zhì)對紅外光區(qū)電磁輻射的特征吸收，對化合物分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行測定和物質(zhì)化學(xué)組成進(jìn)行分析。結(jié)構(gòu)進(jìn)行測定和物質(zhì)化學(xué)組成進(jìn)行分析。 分析特征性強，氣體、液體、固體樣品都可以測定，具有用分析特征性強，氣體、液體、固體樣品都可以測定，具有用量少，分析速度快，不破壞樣品的特點量少，分析速度快，不破壞樣品的特點 能進(jìn)行定性和定量分析，而且該法是鑒定化合物和測定分子能進(jìn)行定性和定量分析，而且該法是鑒定化合物和測定分子結(jié)構(gòu)的最有效的方法之一結(jié)構(gòu)的最有效的方法之一 在化學(xué)、化工、催化、石油、材料、生物、物理、醫(yī)學(xué)、大在化學(xué)、化工、催化、石油、材料、生物、物理、醫(yī)學(xué)、大氣、環(huán)境、地理、天文等諸多研究領(lǐng)域得到了廣泛

37、應(yīng)用。氣、環(huán)境、地理、天文等諸多研究領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。.（三）應(yīng)用舉例（三）應(yīng)用舉例 SN/T 2183-2008規(guī)定了通規(guī)定了通過分光光度法，測定高分過分光光度法，測定高分子材料食品模擬物中甲醛子材料食品模擬物中甲醛的遷移量，適用于與食品的遷移量，適用于與食品接觸的高分子材料中甲醛接觸的高分子材料中甲醛（包括由六亞甲基四胺轉(zhuǎn)（包括由六亞甲基四胺轉(zhuǎn)化的甲醛）在四種食品模化的甲醛）在四種食品模擬物（水，擬物（水，3%乙酸溶液，乙酸溶液，10%乙醇溶液和橄欖油）乙醇溶液和橄欖油）中遷移量的測定。中遷移量的測定。.四、激光拉曼光譜法四、激光拉曼光譜法 拉曼光譜是一種散射光譜拉曼光譜是一種散射光譜

38、拉曼光譜分析法是基于印度科學(xué)家拉曼光譜分析法是基于印度科學(xué)家C.V.C.V.拉曼拉曼(Raman)(Raman)所發(fā)現(xiàn)的拉曼散射效應(yīng)，對與入射光頻率所發(fā)現(xiàn)的拉曼散射效應(yīng)，對與入射光頻率不同的散射光譜進(jìn)行分析以得到分子振動、轉(zhuǎn)動不同的散射光譜進(jìn)行分析以得到分子振動、轉(zhuǎn)動方面的信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究的一種分析方面的信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究的一種分析方法。方法。 .（一）（一） 拉曼光譜的基本原理拉曼光譜的基本原理 若入射光光子與樣品分子在發(fā)生碰撞時有能量交換，不僅改變了方向，若入射光光子與樣品分子在發(fā)生碰撞時有能量交換，不僅改變了方向，而且散射光的頻率也發(fā)生改變而不同于激發(fā)光的頻率，即稱為非

39、彈性而且散射光的頻率也發(fā)生改變而不同于激發(fā)光的頻率，即稱為非彈性碰撞，這種光散射就稱為拉曼散射。碰撞，這種光散射就稱為拉曼散射。 產(chǎn)生拉曼散射的原因是光子與分子之間發(fā)生了能量交換，若光子把一產(chǎn)生拉曼散射的原因是光子與分子之間發(fā)生了能量交換，若光子把一部分能量給了樣品分子，得到的散射光能量減少，在垂直方向測量到部分能量給了樣品分子，得到的散射光能量減少，在垂直方向測量到的散射光中，可以檢測到頻率為的散射光中，可以檢測到頻率為( (0-E/h)的的線，稱為斯托克斯線線，稱為斯托克斯線； 拉曼散射效應(yīng)能級躍遷圖拉曼散射效應(yīng)能級躍遷圖 .（二）拉曼光譜的特點（二）拉曼光譜的特點 與紅外光譜相比，拉曼散

40、射光譜主要具有下述優(yōu)點：與紅外光譜相比，拉曼散射光譜主要具有下述優(yōu)點： （1 1）拉曼光譜的生成是一個散射過程，因而任何大小、形）拉曼光譜的生成是一個散射過程，因而任何大小、形狀、透明程度不一的樣品，只要能被激光照射到，就可直接狀、透明程度不一的樣品，只要能被激光照射到，就可直接用于測量。由于激光束直徑小，可聚焦，極徽量的樣品也都用于測量。由于激光束直徑小，可聚焦，極徽量的樣品也都可以測量。可以測量。 （2 2）水由于極性很強，其紅外吸收非常強烈。但水的拉曼）水由于極性很強，其紅外吸收非常強烈。但水的拉曼散射卻極微弱，因而水溶液樣品可直接進(jìn)行側(cè)量。此外，玻散射卻極微弱，因而水溶液樣品可直接進(jìn)行

41、側(cè)量。此外，玻璃的拉曼散射也較弱，玻璃可作為窗口材料。璃的拉曼散射也較弱，玻璃可作為窗口材料。 （3 3）對于聚合物來說，拉曼光譜可得到更豐富的譜帶，）對于聚合物來說，拉曼光譜可得到更豐富的譜帶，S-S, S-S, C-C, C=C, N=NC-C, C=C, N=N等化學(xué)鍵在拉曼光譜中的信號都很強烈。等化學(xué)鍵在拉曼光譜中的信號都很強烈。 .（三）拉曼光譜在塑料結(jié)構(gòu)研究方面的應(yīng)用（三）拉曼光譜在塑料結(jié)構(gòu)研究方面的應(yīng)用 拉曼光譜在表征高分子鏈的碳拉曼光譜在表征高分子鏈的碳- -碳骨架振動方面更為有效碳骨架振動方面更為有效 ；對于同類型聚合物的區(qū)分，拉曼光譜也有其獨到之處。對于同類型聚合物的區(qū)分，

42、拉曼光譜也有其獨到之處。 圖圖3-193-19聚酰胺的拉曼光譜圖（聚酰胺的拉曼光譜圖（a a）尼龍）尼龍-8-8（b b）尼龍）尼龍-11 -11 .圖圖3-20丙烯在丙烯在1600cm-1以下以下的拉曼譜圖（的拉曼譜圖（a）無規(guī)；）無規(guī)；（b）間規(guī)；（）間規(guī)；（c）等規(guī)）等規(guī) 圖圖3-21丙烯在丙烯在1600cm-1以下的以下的紅外光譜圖（紅外光譜圖（a）無規(guī)；（）無規(guī)；（b）間規(guī)；（間規(guī)；（c）等規(guī)）等規(guī) .圖圖3-22 聚乙烯的拉曼光譜聚乙烯的拉曼光譜（a）高密度；（）高密度；（b）低密度；）低密度；（c）低密度熔體）低密度熔體 拉曼光譜也可用于塑拉曼光譜也可用于塑料的風(fēng)化、降解、結(jié)料的

43、風(fēng)化、降解、結(jié)晶度和取向性等方面晶度和取向性等方面的研究的研究 .第三節(jié)第三節(jié) 熱分析和熱熱分析和熱- -力分析力分析 . 熱分析是在規(guī)定的氣氛中測量樣品的性質(zhì)隨時間或溫度熱分析是在規(guī)定的氣氛中測量樣品的性質(zhì)隨時間或溫度的變化、并且樣品的溫度是程序控制的一類技術(shù)。的變化、并且樣品的溫度是程序控制的一類技術(shù)。 物理性質(zhì)物理性質(zhì)熱分析方法熱分析方法簡稱簡稱定義定義質(zhì)量質(zhì)量熱重法熱重法TGTG測量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)測量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)逸出氣分析逸出氣分析法法EGAEGA測量自物質(zhì)放出的一種測量自物質(zhì)放出的一種( (或數(shù)種或數(shù)種) )揮發(fā)物的揮發(fā)物的類別及分量與溫度關(guān)系的一種

44、技術(shù)類別及分量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)溫度溫度差熱分析法差熱分析法DTADTA測量物質(zhì)與參比物之間溫度差與溫度關(guān)系測量物質(zhì)與參比物之間溫度差與溫度關(guān)系的一種技術(shù)的一種技術(shù)熱量熱量差示掃描量差示掃描量熱法熱法DSCDSC測量輸給物質(zhì)與參比物的功率差與溫度關(guān)測量輸給物質(zhì)與參比物的功率差與溫度關(guān)系的一種技術(shù)系的一種技術(shù)尺寸尺寸熱膨脹法熱膨脹法TDTD測量物質(zhì)在可忽略的負(fù)荷下尺度與溫度關(guān)測量物質(zhì)在可忽略的負(fù)荷下尺度與溫度關(guān)系的一種技術(shù)系的一種技術(shù)力學(xué)特性力學(xué)特性熱機械分析熱機械分析法法TMATMA測量物質(zhì)在受非振蕩性負(fù)荷下所產(chǎn)生的形測量物質(zhì)在受非振蕩性負(fù)荷下所產(chǎn)生的形變與溫度關(guān)系的一種技術(shù)變與溫度關(guān)系的一

45、種技術(shù)動態(tài)熱機械動態(tài)熱機械法法DMADMA測量物質(zhì)在受振蕩性負(fù)荷下動態(tài)模數(shù)或阻測量物質(zhì)在受振蕩性負(fù)荷下動態(tài)模數(shù)或阻尼與溫度關(guān)系的一種技術(shù)尼與溫度關(guān)系的一種技術(shù).一、熱重分析一、熱重分析 (一一)測試原理測試原理 熱重法（熱重法（TG）是在程序控溫下測量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度）是在程序控溫下測量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度(或或時間時間)關(guān)系的一種方法。關(guān)系的一種方法。 微商熱重法（微商熱重法（DTG），它是將所得到的），它是將所得到的TG曲線再取其一曲線再取其一階導(dǎo)數(shù)的方法。階導(dǎo)數(shù)的方法。 凡是物質(zhì)加熱（或冷卻）過程中有重量變化的，凡是物質(zhì)加熱（或冷卻）過程中有重量變化的，(聚合物聚合物的熱裂解以及配合劑的揮發(fā)

46、等的熱裂解以及配合劑的揮發(fā)等)都可以測量。都可以測量。 如果沒有重量變化的過程則不能使用這兩種方法來測量。如果沒有重量變化的過程則不能使用這兩種方法來測量。(例如，聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變過程例如，聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變過程)。 .圖圖3-233-23熱天平的原理圖熱天平的原理圖.圖圖3-24熱天平的基本構(gòu)造熱天平的基本構(gòu)造（1.試樣；試樣；2.加熱爐；加熱爐；3.熱電偶；熱電偶；4.散熱片；散熱片；5.氣體入口；氣體入口；6.天平梁；天平梁；7.吊帶；吊帶；8.磁鐵）磁鐵）. 從一個樣品的從一個樣品的TGTG曲線中可得出如下信息：曲線中可得出如下信息： 開始失重的溫度；開始失重的溫度； 失重結(jié)束時的溫

47、度；失重結(jié)束時的溫度； 失重的量失重的量( (從縱坐標(biāo)表示出從縱坐標(biāo)表示出) )； 失重是單階段還是多階段及各階段相對的溫度失重是單階段還是多階段及各階段相對的溫度和失重量；和失重量； 失重的速率，它可從失重曲線的斜率了解到，失重的速率，它可從失重曲線的斜率了解到，曲線斜率大的失重速度快，反之則較緩慢，還可曲線斜率大的失重速度快，反之則較緩慢，還可從曲線作反應(yīng)速度、反應(yīng)級數(shù)和反應(yīng)活化能的推從曲線作反應(yīng)速度、反應(yīng)級數(shù)和反應(yīng)活化能的推導(dǎo)。導(dǎo)。.圖圖3-25 TG3-25 TG曲線示意圖曲線示意圖( (左左) )、DTGDTG曲線示意圖（右）曲線示意圖（右）.（二）在塑料材料研究中的應(yīng)用（二）在塑料

48、材料研究中的應(yīng)用 1 1高分子材料熱穩(wěn)定性的評定高分子材料熱穩(wěn)定性的評定 圖圖3-263-26用用TGTG確定確定5 5種塑料材料的相對熱穩(wěn)定性種塑料材料的相對熱穩(wěn)定性. 2 2塑料中添加劑的分析塑料中添加劑的分析圖圖3-27用用TG分析聚丁酸乙烯酯分析聚丁酸乙烯酯(PVB)樹脂中增塑劑含量（樹脂中增塑劑含量（1.PVB；2.萃取了增塑劑樹脂萃取了增塑劑樹脂(PVB+增塑劑增塑劑)；3.PVB+增塑劑）增塑劑）.圖圖3-28軟質(zhì)軟質(zhì)PVC中增塑劑的測定中增塑劑的測定 . 3 3共聚物和共混物的分析共聚物和共混物的分析 圖圖3-29 乙烯乙烯-乙酸乙烯共聚物的乙酸乙烯共聚物的TG曲線曲線. 4

49、4塑料中水分塑料中水分( (含濕量含濕量) )的測定的測定圖圖3-30玻璃纖維增強尼龍的玻璃纖維增強尼龍的TG曲線曲線. 5其他其他 塑料材料氧化誘導(dǎo)期的測定。塑料材料氧化誘導(dǎo)期的測定。根據(jù)誘導(dǎo)期的長短可根據(jù)誘導(dǎo)期的長短可以評定塑料的耐熱氧化穩(wěn)定性，可作為塑料的配方以評定塑料的耐熱氧化穩(wěn)定性，可作為塑料的配方篩選、評比及鑒定的一種方法。篩選、評比及鑒定的一種方法。 利用固化反應(yīng)伴隨放熱效應(yīng)，研究熱固性塑料的固利用固化反應(yīng)伴隨放熱效應(yīng)，研究熱固性塑料的固化過程。化過程。如酚醛樹脂固化過程為縮合反應(yīng)，有水生成，利如酚醛樹脂固化過程為縮合反應(yīng)，有水生成，利用用TG測定此類固化反應(yīng)脫水失重過程即可研究

50、酚醛樹脂的測定此類固化反應(yīng)脫水失重過程即可研究酚醛樹脂的固化過程。固化過程。 利用利用TG研究塑料材料的熱分解動力學(xué)。研究塑料材料的熱分解動力學(xué)。.二、差熱分析和示差掃描量熱分析二、差熱分析和示差掃描量熱分析 （一）差熱分析（一）差熱分析 1差熱分析原理差熱分析原理 差熱分析是指在相同條件下加熱差熱分析是指在相同條件下加熱( (或冷卻或冷卻) )試樣和參比物試樣和參比物, ,并并記錄下它們之間所產(chǎn)生的溫度差別的一種分析技術(shù)。記錄下它們之間所產(chǎn)生的溫度差別的一種分析技術(shù)。 試樣發(fā)生任何物理和化學(xué)變化時釋放出來的熱量使試樣溫度試樣發(fā)生任何物理和化學(xué)變化時釋放出來的熱量使試樣溫度暫付升高并超過參比物

51、的溫度，從而在暫付升高并超過參比物的溫度，從而在DTADTA曲線上產(chǎn)生一個曲線上產(chǎn)生一個放熱峰。相反地，一個吸熱的過程將使試樣溫度下降，而且放熱峰。相反地，一個吸熱的過程將使試樣溫度下降，而且低于參比物的溫度，因此，在低于參比物的溫度，因此，在DTADTA曲線上產(chǎn)生一個吸熱峰。曲線上產(chǎn)生一個吸熱峰。. 2差熱分析儀器的組成差熱分析儀器的組成 差熱分析儀都是由三大部分組成：差熱分析儀都是由三大部分組成： （1 1）被測物質(zhì)的物理性質(zhì)檢測裝置部分。）被測物質(zhì)的物理性質(zhì)檢測裝置部分。 （2 2）溫度程序控制裝置部分。）溫度程序控制裝置部分。 （3 3）顯示記錄裝置部分）顯示記錄裝置部分 . (二二)

52、示差掃描熱分析示差掃描熱分析 1示差掃描量熱法的測試原理示差掃描量熱法的測試原理 （1）示差掃描量熱法定義）示差掃描量熱法定義 差示掃描量熱法是在程控溫度下，測量輸入到物質(zhì)和參比物差示掃描量熱法是在程控溫度下，測量輸入到物質(zhì)和參比物之間的功率差與溫度關(guān)系的技術(shù)，用數(shù)學(xué)式表示為之間的功率差與溫度關(guān)系的技術(shù)，用數(shù)學(xué)式表示為dH/dt=f(T或或t) （3-14） （2）示差掃描量熱法測試原理）示差掃描量熱法測試原理 示差掃描量熱法示差掃描量熱法DSC則要求試樣和參比物溫度不論試樣吸熱則要求試樣和參比物溫度不論試樣吸熱或放熱都要處干或放熱都要處干“動態(tài)零位平衡狀態(tài)動態(tài)零位平衡狀態(tài)”，即使，即使T0，

53、DSC測定的是維持試樣和參比物處于相同溫度所需要的能量差，測定的是維持試樣和參比物處于相同溫度所需要的能量差，這是這是DSC與與DTA最本質(zhì)的不同，如何實現(xiàn)最本質(zhì)的不同，如何實現(xiàn)T0，就是通過，就是通過功率補償。功率補償。. 目前功率補償?shù)姆绞接幸韵氯N目前功率補償?shù)姆绞接幸韵氯N: 保持參比物保持參比物R側(cè)以給定的升溫速率升溫，通過變化試樣側(cè)的側(cè)以給定的升溫速率升溫，通過變化試樣側(cè)的加熱量來達(dá)到補償?shù)淖饔茫缭嚇臃艧?，則試樣側(cè)少加熱；加熱量來達(dá)到補償?shù)淖饔?，如試樣放熱，則試樣側(cè)少加熱；如試樣吸熱，則試樣側(cè)多加熱。如試樣吸熱，則試樣側(cè)多加熱。 在程序控溫過程中同時變化試樣側(cè)與參比物側(cè)的電流來達(dá)

54、在程序控溫過程中同時變化試樣側(cè)與參比物側(cè)的電流來達(dá)到到T0。試樣放熱時。試樣側(cè)少通電流，而參比物側(cè)多通。試樣放熱時。試樣側(cè)少通電流，而參比物側(cè)多通電流。電流。 當(dāng)試樣放熱時，只對參比物側(cè)通電流，試樣吸熱時，只對當(dāng)試樣放熱時，只對參比物側(cè)通電流，試樣吸熱時，只對試樣側(cè)通電流，使試樣側(cè)通電流，使T0，此種方式對程序控溫影響最大。，此種方式對程序控溫影響最大。 DSC的加熱方式可分為兩種的加熱方式可分為兩種:一種叫外加熱式，另一種叫內(nèi)加一種叫外加熱式，另一種叫內(nèi)加熱式。熱式。. 2.示差掃描量熱法儀器組成示差掃描量熱法儀器組成熱流型示差掃描量熱法，實際上就是定量差熱分析熱流型示差掃描量熱法，實際上就

55、是定量差熱分析 . 3.影響熱分析測量的實驗因素影響熱分析測量的實驗因素 對于差熱分析和示差掃描量熱法，有許多因素會影響實驗對于差熱分析和示差掃描量熱法，有許多因素會影響實驗的最終結(jié)果。這些因素可分三大類；的最終結(jié)果。這些因素可分三大類； 儀器方面的因素；儀器方面的因素； 操作條件的影響；操作條件的影響； 試樣方面的因素。試樣方面的因素。. 4熱分析技術(shù)的應(yīng)用熱分析技術(shù)的應(yīng)用 熱分析技術(shù)有以下幾方面應(yīng)用：熱分析技術(shù)有以下幾方面應(yīng)用： 熱分析曲線可作為物質(zhì)鑒定的指紋圖；熱分析曲線可作為物質(zhì)鑒定的指紋圖； 進(jìn)行熱力學(xué)研究；進(jìn)行熱力學(xué)研究； 進(jìn)行物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物理性能關(guān)系的研究；進(jìn)行物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物理性能關(guān)

56、系的研究； 反應(yīng)動力學(xué)的研究。反應(yīng)動力學(xué)的研究。 研究聚合物的相轉(zhuǎn)變，測定結(jié)晶溫度、結(jié)晶度、熔點等研究聚合物的相轉(zhuǎn)變，測定結(jié)晶溫度、結(jié)晶度、熔點等溫結(jié)晶動力學(xué)參數(shù)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以及研究聚合、固化、溫結(jié)晶動力學(xué)參數(shù)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以及研究聚合、固化、交聯(lián)、氧化、分解等反應(yīng)，并測定反應(yīng)溫度或反應(yīng)溫區(qū)、交聯(lián)、氧化、分解等反應(yīng)，并測定反應(yīng)溫度或反應(yīng)溫區(qū)、反應(yīng)熱、反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)等。反應(yīng)熱、反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)等。 .圖圖3-32聚合物典型的聚合物典型的DSC熱譜圖熱譜圖.三、動態(tài)力學(xué)分析三、動態(tài)力學(xué)分析 （一）動態(tài)力學(xué)分析的原理（一）動態(tài)力學(xué)分析的原理 動態(tài)力學(xué)分析動態(tài)力學(xué)分析(DMA)指在程序控制溫度下，

57、測量物質(zhì)在受指在程序控制溫度下，測量物質(zhì)在受振蕩性負(fù)荷下動態(tài)模數(shù)或阻尼與溫度關(guān)系的一種技術(shù)，用振蕩性負(fù)荷下動態(tài)模數(shù)或阻尼與溫度關(guān)系的一種技術(shù)，用于研究材料力學(xué)性能與速率的依賴性。于研究材料力學(xué)性能與速率的依賴性。 DMA和和DSC測定得到測定得到Tg的差別主要是的差別主要是DMA是動態(tài)測試，是動態(tài)測試，而而DSC是靜態(tài)測試。是靜態(tài)測試。 與溫度譜相比，與溫度譜相比，DMA頻率譜在研究分子運動活化能或?qū)㈩l率譜在研究分子運動活化能或?qū)⒕酆衔镒鳛闇p振隔聲等阻尼材料應(yīng)用時，顯得更為重要。聚合物作為減振隔聲等阻尼材料應(yīng)用時，顯得更為重要。. （二）動態(tài)力學(xué)分析的儀器（二）動態(tài)力學(xué)分析的儀器 圖圖3-33

58、 DMA儀器的示意圖儀器的示意圖（1.電電-力轉(zhuǎn)換器；力轉(zhuǎn)換器；2.平衡重量；平衡重量；3.熱電偶；熱電偶；4.樣品；樣品；5.活動支點；活動支點；6.驅(qū)動器；驅(qū)動器；7.頻率顯示器；頻率顯示器；8.阻尼顯示；阻尼顯示；9.記錄儀；記錄儀；10.程序控制器）程序控制器）.圖圖3-34彎曲模式彎曲模式 圖圖3-35剪切模式剪切模式動態(tài)力學(xué)分析儀器作用模式動態(tài)力學(xué)分析儀器作用模式 .振動模式振動模式形變模式形變模式模量類型模量類型頻率范圍頻率范圍/ Hz/ Hz自由振動自由振動扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)剪切模量剪切模量0.10.11010強迫共振強迫共振固定固定- -自由彎曲自由彎曲彎曲模量彎曲模量10101010

59、4 4S S形彎曲形彎曲彎曲模量彎曲模量3 36060自由自由- -自由扭轉(zhuǎn)自由扭轉(zhuǎn)剪切模量剪切模量10102 210104 4縱向共振縱向共振縱向模量縱向模量10104 410105 5強迫非共振強迫非共振拉伸拉伸楊氏模量楊氏模量1010-3-3200200單向壓縮單向壓縮彎曲模量彎曲模量單、雙懸臂梁彎曲單、雙懸臂梁彎曲彎曲模量彎曲模量三點彎曲三點彎曲彎曲模量彎曲模量扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)剪切模量剪切模量S S形彎曲形彎曲彎曲模量彎曲模量1010-2-28585平行板扭轉(zhuǎn)平行板扭轉(zhuǎn)剪切模量剪切模量0.01-100.01-10聲波傳播聲波傳播聲波傳播聲波傳播楊氏模量楊氏模量3 310103 310104 4

60、超聲波傳播超聲波傳播縱向與剪切模量縱向與剪切模量1.251.2510106 610107 7表表3-4 動態(tài)力學(xué)試驗方法動態(tài)力學(xué)試驗方法 . （三）動態(tài)力學(xué)分析的應(yīng)用（三）動態(tài)力學(xué)分析的應(yīng)用 圖圖3-36 EP/PP共混物的共混物的DMA溫度譜溫度譜.第四節(jié)第四節(jié) 顯微技術(shù)顯微技術(shù) .一、顯微技術(shù)概述一、顯微技術(shù)概述光學(xué)顯微鏡的分辨率最高只能達(dá)到光學(xué)顯微鏡的分辨率最高只能達(dá)到200nm200nm，有效放大倍率為，有效放大倍率為1000100020002000倍。倍。電子顯微鏡電子顯微鏡 (EM)(EM)，是利用電子束對樣品放大成像的一種顯微鏡，包括掃描電鏡，是利用電子束對樣品放大成像的一種顯微