高分子材料分析测试与研究方法复习材料

一.傅里叶红外光谱仪1.什么是红外光谱图当一束连续变化的各种波长的红外光照射样品时，其中一部分被吸收，吸收的这部分光能就转变为分子的振动能量和转动能量；另一部分光透过，若将其透过的光用单色器进行色散，就可以得到一谱带。若以波长或波数为横坐标，以百分吸收率或透光度为纵坐标，把这谱带记录下来，就得到了该样品的红外吸收光谱图，也有称红外振-转光谱图2.红外光谱仪基本工作原理用一定频率的红外线聚焦照射被分析的试样，如果分子中某个基团的振动频率与照射红外线相同就会产生共振，这个基团就吸收一定频率的红外线，把分子吸收的红外线的情况用仪器记录下来，便能得到全面反映试样成份特征的光谱，从而推测化合物的类型和结构。3.红外光谱产生的条件(1)辐射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。4.红外光谱图的三要素峰位、峰强和峰形5.红外光谱样品的制备方法1)固体样品的制备a.压片法b.糊状法:c.溶液法2)液体样品的制备a.液膜法b.液体吸收池法3)气态样品的制备:气态样品一般都灌注于气体池内进行测试4)特殊样品的制备—薄膜法a.熔融法b.热压成膜法c.溶液制膜法6.红外对供试样品的要求①试样纯度应大于98％，或者符合商业规格，这样才便于与纯化合物的标准光谱或商业光谱进行对照，多组份试样应预先用分馏、萃取、重结晶或色谱法进行分离提纯，否则各组份光谱互相重叠，难予解析。②试样不应含水（结晶水或游离水）水有红外吸收，与羟基峰干扰，而且会侵蚀吸收池的盐窗。所用试样应当经过干燥处理。③试样浓度和厚度要适当使最强吸收透光度在5～20%之间7.红外光谱特点1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低；2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；3）分子结构更为精细的表征：通过红外光谱的波数位置、波峰数目及强度确定分子基团、分子结构；4）分析速度快；5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；6）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能；7）可以进行定量分析；二.紫外光谱1.什么是紫外-可见分光光度法？产生的原因及其特点？紫外-可见分光光度法也称为紫外-可见吸收光谱法，属于分子吸收光谱，是利用某些物质对200-800nm光谱区辐射的吸收进行分析测定的一种方法。紫外-可见吸收光谱主要产生于分子价电子（最外层电子）在电子能级间的跃迁。该方法具有灵敏度高，准确度好，使用的仪器设备简便，价格廉价，且易于操作等优点，故广泛应用于无机和有机物质的定性和定量测定。2.什么是吸收曲线？及其吸收曲线的特点？测量某种物质对不同波长单色光的吸收程度，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，可得到一条曲线，称为吸收光谱曲线或光吸收曲线，它反映了物质对不同波长光的吸收情况。①同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长λmax。②不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax则不同。③吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。④不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度A有差异，在λmax处吸光度A的差异最大。此特性可作作为物质定量分析的依据。⑤在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。3.分光光度法定量定性的依据是什么？定性的依据：同一种吸光物质，浓度不同时，吸收曲线的形状相同，最大吸收波长不变，只是相应的吸光度大小不同。定量的依据：吸光度的大小与其浓度相关，其定量关系符合朗伯-比耳定律。4.什么是朗伯－比耳定律，及其各物理量所代表的意义？公式为：0lgIAabcIa比例常数，称为吸光系数b液层厚度，单位cmc浓度。当浓度c以g·L-1为单位，液层厚度b以cm为单位时，吸光系数的单位为：L·g-1·cm-1。三.质谱分析1.什么是质谱法？一般采用高能离子束（如电子）轰击样品蒸气分子，打掉分子中的价电子，形成带正电荷的离子，然后按核质比（m/z）的大小顺序进行收集和记录，得到质谱图，根据质谱图可实现对样品成分、结构和相对分子质量的测定。2.质谱仪的工作原理质谱仪是利用电磁学原理，使带电的样品离子按质核比进行分离的装置，离子电离后经加速进入磁场中，其动能与加速电压及电荷有关，即212ezUm式中z为离子电荷数，e为元电荷,U为加速电压。显然，在一定的加速电压下，离子的运动速度与质量m有关。具有速度v的带电粒子进入质谱仪分析器的电磁场中，将各种离子按m/z的大小实现分离和测定3.质谱分析法有哪些特点？1)应用范围广。测定样品可以是无机物，也可以是有机物。应用上可做化合物的结构分析、测定原子量与相对分子量、同位素分析、生产过程监测、环境监测、热力学与反应动力学、空间探测等。被分析的样品可以是气体和液体，也可以是固体。2)灵敏度高，样品用量少。目前有机质谱仪的绝对灵敏度可达50pg（pg为10−12g），无机质谱仪绝对灵敏度可达10−14。用微克级样品即可得到满意的分析结果。3)分析速度快，并可实现多组分同时测定。4)与其它仪器相比，仪器结构复杂，价格昂贵，使用及维修比较困难。对样品有破坏性。4.质谱仪由哪些系统构成？有质谱是通过对样品电离后产生的具有不同m/z的离子来进行分离分析的，仪包括进样系统、离子系统、质量分析器、检测器和真空系统。四.核磁共振1.核磁共振定义在强磁场中，一些具有磁性的原子核的能量裂分为2个或2个以上的能量，如果此时外加的能量等于相邻2个能级之差，则该核就会吸收能量，产生共振吸收，从低能态跃迁至高能态，同时产生核磁共振信号，得到核磁共振谱。2.化学位移的定义，及其影响化学位移的各种因素？这种由于氢原子在分子中的化学环境不同，因而在不同磁场强度下产生吸收峰，峰与峰之间的差距称为化学位移。化学位移是由于核外电子云密度不同而造成的，因此影响核外电子云密度分布的因素都会影响化学位移。1）诱导效应由于电负性基团的存在，如卤素、硝基、氰基等，使之与之相连的核外电子云密度下降，从而产生去屏蔽作用。使共振信号移向低场。2）共轭效应共轭效应亦可使电子云密度发生变化，从而使化学位移向高场或低场变化。3）磁各向异性效应4）氢键当形成分子内氢键时，氢质子周围的电子云密度降低，氢键中质子的信号明显的移向低磁场，使化学位移值变大。3.核磁共振谱图可以得到哪些信息？（1）由吸收峰数可知分子中氢原子的种类。（2）由化学位移可了解各类氢的化学环境。（3）由裂分峰数目大致可知各种氢的数目。（4）由各种峰的面积比即知各种氢的数目。五.X射线分析1.X射线衍射的基本原理是什么？X射线在晶体中的衍射现象，实质上是大量的原子散射波互相干涉的结果。每种晶体所产生的衍射花样都反映出晶体内部的原子分布规律。衍射花样可以由两个方面组成：1）衍射线在空间的分布规律（衍射几何）（由晶胞大小、形状和位向决定的）2）衍射线束的强度（取决于原子在原子在晶胞中的位置、数量和种类）六.热重分析法——TG1.什么是热重分析法热重法是在程序控温下，测量物质的质量随温度（或时间）的变化关系。检测质量的变化最常用的办法就是用热天平，测量的原理有两种，可分为变位法和零位法。七.差示扫描量热法（DSC）1.什么是差示扫描量热法？根据所用测量方法的不同，可分为哪几种方法？在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的能量差随温度变化关系的一种技术。功率补偿型DSC和热流型DSC。2.什么是差热分析，及其基本原理。差热分析，也称差示热分析，是在温度程序控制下，测量物质与基准物（参比物）之间的温度差随温度变化的技术。试样在加热（冷却）过程中，凡有物理变化和化学变化发生时，就有吸热（或放热）效应发生，若以在实验温度范围内不发生物理变化和化学变化的惰性物质做参比物，试样和参比物之间就出现温度差，温度差随温度变化的曲线称差热曲线或DTA曲线八.凝胶渗透色谱（GPC）法测定聚合物分子量及分子量分布1.详细论述凝胶渗透色谱（GPC）的工作原理。GPC色谱柱装填的是多孔性凝胶（如最常用的高度交联聚苯乙烯凝胶）或多孔微球（如多孔硅胶和多孔玻璃球），它们的孔径大小有一定的分布，并与待分离的聚合物分子尺寸可相比拟。GPC仪工作流程图如下所示。当被分析的样品随着淋洗溶剂（流动相）进入色谱柱后，体积很大的分子不能渗透到凝胶（固定相）空穴中而受到排阻，最先流出色谱柱，中等体积的分子可以渗透凝胶的一些大孔，而不能进入小孔，产生部分渗透作用，比体积大的分子流出色谱柱的时间稍后；较小的分子能全部渗入凝胶内部的孔穴中，而最后流出色谱柱。因此，聚合物的淋出体积与高分子的体积即分子量的大小有关，分子量越大，淋出体积越小。分离后的高分子按分子量从大到小被连续的淋洗出色谱柱并进入浓度检测器。九.聚合物材料的拉伸性能1.什么是拉伸实验？从拉伸实验可得到什么曲线、及其从曲线上得到那些性能指标？拉伸实验是在规定的试验温度、湿度、速度条件下，对标准试样沿纵轴方向施加静态拉伸负荷，直到试样被拉断为止。通过拉伸实验可以得到试样在拉伸变形过程中的拉伸应力-应变曲线。从应力-应变曲线上可得到材料的各项拉伸性能指标值：拉伸强度、拉伸断裂应力、拉伸屈服应力、偏置屈服应力、拉伸弹性模量、断裂伸长率等。2.高聚物的应力-应变曲线上各个量所代表的物理意义。