不同塑料的紅外光譜的測(cè)定(選做實(shí)驗(yàn))

不同塑料的紅外光譜的測(cè)定（選做實(shí)驗(yàn)）小組成員：1153613石鵬皓1153624方勇1153633艾萬(wàn)鵬1153637張姜1153639王悅1153640楊磊1153643黃心權(quán)1153645潘炯分工明細(xì)：軟件操作：楊磊、艾萬(wàn)鵬儀器操作：黃心權(quán)、張姜材料制備：潘炯、石鵬皓理論指導(dǎo)：方勇報(bào)告撰寫(xiě)：王悅、楊磊報(bào)告修訂與整改：所有小組成員一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、復(fù)習(xí)對(duì)紅外圖譜的解析，重溫紅外吸收光譜分析的基本原理；2、 通過(guò)紅外吸收光譜的測(cè)定，熟料掌握NicoletFT-IR的使用方法；3、 測(cè)定不同塑料的紅外光譜，并進(jìn)行比較，了解不同塑料制品的不同組成。二、實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時(shí)，分子吸收了某些頻率的輻射，并由其振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起偶極矩的凈變化，產(chǎn)生分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷,使相應(yīng)于這些吸收區(qū)域的透射光強(qiáng)度減弱。記錄紅外光的百分透射比與波數(shù)或波長(zhǎng)關(guān)系曲線，就得到紅外光譜。紅外光譜圖通常用波長(zhǎng)（入）或波數(shù)（。）為橫坐標(biāo)，表示吸收峰的位置，用透光率（T%）或者吸光度（A）為縱坐標(biāo)，表示吸收強(qiáng)度。［1］紅外光譜作為“分子的指紋”，廣泛用于分子結(jié)構(gòu)和物質(zhì)化學(xué)組成的研究。利用物質(zhì)對(duì)紅外光波的吸收不進(jìn)行定性及定量的，不同的物質(zhì)具有不同的化學(xué)鍵，其吸收波長(zhǎng)不同，而對(duì)光波吸收的多少與物質(zhì)的量成正比，因此可以用來(lái)定量。本實(shí)驗(yàn)用NicoletFT-IR來(lái)測(cè)定不同塑料的紅外吸收光譜。一些基本振動(dòng)形式及頻率有［2］：1）亞甲基的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)。（CH2）2926cm-i；亞甲基的對(duì)稱伸縮振動(dòng)。（CH2）as2s22853cm-1；2） 亞甲基的對(duì)稱彎曲振動(dòng)J（CH2）1465cm-i；3） 長(zhǎng)亞甲基鏈的面內(nèi)搖擺振動(dòng)叮（CH2）n，n>4],720cm-i；4） 苯環(huán)上不飽和碳?xì)浠鶊F(tuán)伸縮振動(dòng)。（=CH）3000?3100cm-i；5） 次甲基的伸縮振動(dòng)o（CH）2955cm-i；6） 苯環(huán)骨架振動(dòng)S（C=C）1450~1600cm-i；7） 苯環(huán)上單取代倍頻峰5（C—H）1944cm-1；1871cm-1；1800~1749cm-1；8） 苯環(huán)上不飽和碳?xì)浠鶊F(tuán)的面外彎曲振動(dòng)§（=C—H）770?730cm-1；710~690cm-1。三、實(shí)驗(yàn)背景（詳見(jiàn)【知識(shí)拓展】）我們通常所用的塑料并不是一種純物質(zhì)，它是由許多材料配制而成的。其中高分子聚合

物（或稱合成樹(shù)脂）是塑料的主要成分，此外，為了改進(jìn)塑料的性能，還要在聚合物中添加各

種輔助材料，如填料、增塑劑、潤(rùn)滑劑、穩(wěn)定劑、著色劑等，才能成為性能良好的塑料。[3]常用塑料品種：①聚氯乙烯（PVC[②聚乙烯（PE）③聚丙烯（PP）④聚苯乙烯（PS）四、實(shí)驗(yàn)儀器和試劑NicoletFT-IR傅立葉紅外光譜儀礦泉水瓶、面包包裝袋、白色塑料袋、一次性塑料杯、自封袋。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容空氣中CO2的測(cè)定：不放樣品的情況下測(cè)試空氣中的紅外吸收譜圖，在不扣除背景的情況下可以看到CO2的紅外吸收譜圖：350030002500200015001000500Wavenumbers（cm-1）350030002500200015001000500Wavenumbers（cm-1）maeBelgniS圖1CO2的紅外吸收譜圖由圖中可以看出CO2在2360cm-i處有最大吸收峰。聚苯乙烯薄膜的測(cè)定：（1）測(cè)試：將礦泉水瓶、面包包裝袋、白色塑料袋、一次性塑料杯、自封袋等塑料剪成大小適中的薄膜放置在紅外光譜儀中，測(cè)定樣品的紅外吸收光譜，需要扣除背景；（3）譜圖解析：將測(cè)得的譜圖在譜圖庫(kù)中查詢比對(duì)，看看是不是自己測(cè)得的物質(zhì)，并記錄匹配度；分析譜圖，將各種官能團(tuán)指出來(lái)。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、測(cè)定礦泉水瓶塑料成份已知：礦泉水瓶中的塑料主要為PET（PolyethyleneTerephthalate，聚對(duì)苯二甲酸乙酯）圖2礦泉水瓶底PET標(biāo)志紅外光譜：

ecnaDrosQHecnaDrosxecnaDrosQHecnaDrosx由圖可見(jiàn)，與之相匹配的紅外譜圖并非PET,其原因有：礦泉水瓶本身含較多雜質(zhì)；瓶壁上沾有一些礦物離子。2、測(cè)定面包包裝袋的塑料成份面包包裝袋的塑料成份主要為PP(Polypropylene，聚丙烯)Match:91.29Wavenumbers(cm-1)ecnaDroRDAecnaDrosbMatch:91.29Wavenumbers(cm-1)ecnaDroRDAecnaDrosb，可見(jiàn)該面包包裝袋是很好的PP材料。由圖可知，在頻率2900cm-i處存在甲基的伸縮振動(dòng)，在頻率1300?1400cm-i處存在甲基的

3、測(cè)定白色塑料袋中的塑料成份PE（Polyethylene,聚乙烯）白色塑料袋中的塑料成份主要為PE（Polyethylene,聚乙烯）MonMay1316:13:542013(GMT+08:00)ecnaDroRDAPOLY(ETHYLENE)Match:86.95ecnaDrosb0.2ecnaDroRDAPOLY(ETHYLENE)Match:86.95ecnaDrosb0.23500匹配度=86.95%,該塑料袋大概是PE；由圖可知，在頻率2900cm-i處存在甲基的伸縮振動(dòng)，在頻率1300?1400cm-i處存在甲基的彎曲振動(dòng)。

我們對(duì)食堂的塑料袋也做紅外分析，得到：食堂的塑料袋所含雜質(zhì)較多,包裝食物應(yīng)該慎用。譜庫(kù)提供的數(shù)據(jù)是4-Ethylbenzylalcohol（4-譜庫(kù)提供的數(shù)據(jù)是4-Ethylbenzylalcohol（4-乙基苯甲醇），為醫(yī)藥中間體，明顯不對(duì)，說(shuō)明ecnaDrosQHecnaDroRb4、測(cè)定一次性塑料杯中的塑料成份一次性塑料杯中的塑料成份主要為PP（Polypropylene，聚丙烯）54ecnaDroRDAecnaDrosb6匹配度=94.29%,是很好的PP54ecnaDroRDAecnaDrosb6匹配度=94.29%,是很好的PP材料；聚丙烯為無(wú)毒、無(wú)臭、無(wú)味的乳白色高結(jié)晶的聚合物,它對(duì)水特別穩(wěn)定，在水中的吸水率僅為0.01%，成型性好，耐熱性好，因此適合用作水杯。5、測(cè)定自封袋中的塑料成份Wavenumbers(cm-1)自封袋中的塑料成份主要為PE（Polyethylene，聚乙烯）ecnaDroRDAWavenumbers(cm-1)自封袋中的塑料成份主要為PE（Polyethylene，聚乙烯）ecnaDroRDAecnaDrosQH匹配度=95.95%，是很好的PE材料；聚乙烯為典型的熱塑性塑料，是無(wú)臭、無(wú)味、無(wú)毒的可燃性白色粉末，耐低溫性能優(yōu)良，化學(xué)穩(wěn)定性較好。聚乙烯在大氣、陽(yáng)光和氧的作用下，會(huì)發(fā)生老化，變色、龜裂、變脆或粉化，喪失其力學(xué)性能。正因?yàn)榫垡蚁碛腥缟咸刭|(zhì)，容易加工成型，因此聚乙烯的再生回收具有非常深遠(yuǎn)的價(jià)值。七、交流討論1、運(yùn)用紅外光譜可以測(cè)定生活中許多塑料的主要成分，每一種塑料的紅外光譜圖略有不同，但是相同基團(tuán)的振動(dòng)頻率是相同的，因此分析比較尤為重要。該實(shí)驗(yàn)使我們對(duì)日常生活用品有了一次更深層次的認(rèn)識(shí)；2、本次實(shí)驗(yàn)中大部分待測(cè)物都獲得了比較好的匹配度，但總體來(lái)說(shuō)待測(cè)物質(zhì)范圍不夠廣泛，主要是聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）為主。原以為會(huì)出現(xiàn)多種合成樹(shù)脂塑料成分，但生活中大部分塑料物品都是以聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯為主，其中食品包裝類塑料多為PE和PP；3、 針對(duì)圖譜分析，發(fā)現(xiàn)這些圖像都有幾個(gè)特點(diǎn)：峰值過(guò)高，往往有觸頂現(xiàn)象，導(dǎo)致分叉峰看不出來(lái)；雜峰多，容易使得匹配度下降。但總的峰型和匹配度都比較高。而其中針對(duì)食堂塑料袋的測(cè)定結(jié)果，常見(jiàn)的食品包裝袋以PE和PP為主，而數(shù)據(jù)庫(kù)給出的物質(zhì)卻是4-乙苯基乙醇，完全不同，可以判斷是待測(cè)物質(zhì)不匹配?？赡艿脑颍涸摲N塑料袋廉價(jià)而有機(jī)雜質(zhì)多、添加劑等干擾；4、 不足之處：在進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)前應(yīng)當(dāng)先找資料了解不同塑料的用途，多準(zhǔn)備其他塑料，而不只是生活中常見(jiàn)的塑料品；本實(shí)驗(yàn)不能獲取其他塑料及塑料添加劑（塑化劑、著色劑、硬化劑等）的圖譜，不能綜合分析塑料的可能組成。八、知識(shí)拓展常見(jiàn)塑料成分和應(yīng)用：聚乙烯（PE））聚氯乙烯（PVC））聚苯乙烯（PS））酚醛（PF））脲醛（UF）、環(huán)氧（EP））聚酯（PR）、聚氨酯（PU）、聚甲基丙烯酸甲酯（PUMA）、有機(jī)硅（SI）等人工合成的高分子化合物,分子結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定,很難被自然降解。塑料有單成分多成分之分。單成分塑料僅含有塑料中必不可少的合成樹(shù)脂。如有機(jī)玻璃就是一種單成分的聚甲基丙烯酸甲酯的塑料制成的，而大多數(shù)的塑料除有合成樹(shù)脂外，還有填充料硬化劑著色劑以及其他添加劑，這就是多成分塑料。聚乙烯：聚乙烯英文名稱：polyethylene，簡(jiǎn)稱PE,是乙烯經(jīng)聚合制得的一種熱塑性樹(shù)脂。高壓聚乙烯：一半以上用于薄膜制品，其次是管材注射成型制品電線包裹層等。中低壓聚乙烯：以注射成型制品及中空制品為主。超高壓聚乙烯：由于超高分子聚乙烯優(yōu)異的綜合性能，可作為工程塑料使用。聚丙烯：聚丙烯，英文名稱：Polypropylene(PP)，分子式：(C3H6)n,是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹(shù)脂。按甲基排列位置分為等規(guī)聚丙烯、無(wú)規(guī)聚丙烯和間規(guī)聚丙烯。聚丙烯產(chǎn)品往往在注塑、纖維、薄膜和片材等方面的應(yīng)用，并用于丙綸的合成。聚苯乙烯：聚苯乙烯是指由苯乙烯單體經(jīng)自由基縮聚反應(yīng)合成的聚合物，英文名稱為Polystyrene,簡(jiǎn)稱PS。它是一種無(wú)色透明的熱塑性塑料，具有高于攝氏100度的玻璃轉(zhuǎn)化溫度，因此經(jīng)常被用來(lái)制作各種需要承受開(kāi)水的溫度的一次性容器，用于制造日常生活中的一次性餐具、汽車部件、包裝材料、玩具、建筑材料、電器和家庭用品等。聚氯乙烯本色為微黃色半透明狀，有光澤。透明度勝于聚乙烯、聚丙烯，差于聚苯乙烯，隨助劑用量不同，分為軟、硬聚氯乙烯。常見(jiàn)制品：板材、管材、鞋底、玩具、門(mén)窗、電線外皮、文具等。由于聚氯乙烯高溫下和溶劑中產(chǎn)生有害物質(zhì)，因此不能用作食品包裝袋。九、參考文獻(xiàn)【1】吳性良，孔繼烈.分析化學(xué)原理[M]?北京：化學(xué)工業(yè)出版社【2】羅立強(qiáng).儀器分析實(shí)驗(yàn)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2012：124-125【3】/question/272609796.html/view/7ac1bec189eb172ded63b7f7.htmlHYPERLINK"/view