傅里叶红外_FT_IR_差谱技术在复合材料分析中的应用

1、 第20卷, 第4期2003年7月光谱实验室Ch inese J ou rna l of S p ectroscopy L abora tory V o l . 20, N o . 4Ju ly , 2003傅里叶红外(FT -IR 差谱技术在复合材料分析中的应用李政军黄(号510623摘要用FT 2I R , 尝试能有效地找出影响分析结果的某些因素, 从而提高应用该技术分析的效果。通过实例表明, 该技术是一种值得推荐的快速鉴定方法。关键词傅里叶红外, 差谱, 复合材料。中图分类号:O 657. 33文献标识码:B 文章编号:100428138(2003 04205092041前言随着现代科学

2、技术的日新月异, 对高分子材料提出了日益广泛和苛刻的要求。例如, 期望高分子材料既耐高温又易于加工成型, 既有卓越的韧性又有较高的硬度, 不仅性能良好, 而且价格低廉。对于多种多样的要求, 单一的均聚物往往难以满足要求。通过共混填充、改性可使高分子材料获得预期的性能, 同时使材料的组分越来越复杂。在进口高分子复合材料的检验中, 傅里叶红外(FT 2I R 技术不仅是结构研究的强有力工具, 也是分析鉴定的有效方法和手段, 对于组分复杂的高分子复合材料, FT 2I R 差谱技术应用具有方便、迅速、准确的特点。本文通过应用FT 2I R 差谱技术快速鉴定几种类型的高分子复合材料成分, 以期进一步探

3、讨差谱技术的应用。2实验部分2. 1试验仪器-1I R 2560型FT I R 光谱仪(N I COL ET 公司 ; 扫描范围4000675c m ; A TR 采样器附件(N I COL ET 公司 ; OM N I C 差谱分析软件4. 1a (N I COL ET 公司 。2. 2测试样品(1 PV C 复合材料; (2 色母料(有机色母料、无机色母料 ; (3 化纤涂布。2. 3试验方法(1 溴化钾压片; (2 A TR 反射; (3 FT 2I R 差谱分析。3结果与讨论3. 1FT -IR 差谱原理探讨红外差谱又称差示光谱, 是计算机对已存储的数字化光谱所做的一种重要的数据处理功

4、能, 一般采用吸光度相减法。即将透射光谱转变为吸收光谱, 通过选定差谱的光谱区, 差减参考光谱的特征吸收峰, 调节差减因子, 从而得到理想的结果1。计算公式:差示谱图=样品谱图-(参考谱图国家出入境检验检疫局科研项目(K 01822001联系人, 电话:(020 38290362, 38290511; E 2m ail :lizh jun 21cn . com作者简介:李政军(1974 , 男, 广东省罗定市人, 硕士, 主要从事化学工业品检验。收稿日期:2003202227 510光谱实验室第20卷差示因子 。3. 2PVC 复合材料的鉴别丁腈胶 复合材料PV C NBR (聚氯乙烯具有优异

5、的韧性、弹性、耐油性及加工成型性好等优点, 广泛用于生产耐油、耐腐蚀的工作鞋、电线包覆材料和电器绝缘零件等。图1是PV C NBR 溴化钾压片、PV C 标准品及两者差谱的红外光谱图。在-1, l 的的特征吸收峰, 964c m -1也有相应的吸收峰(C l 的特征吸收峰 , 可判断该共混物图1PV C NBR 、PV C 及两者差谱的红外光谱图中含有PV C 组分。另外在2236c m -1附近有尖1PV C NBR ; 2PV C ; 3差谱。锐的吸收带, 表明存在腈基; 根据964c m -1吸收带与1440c m -1吸收带得到强度比变化(PV C 为0. 60, 共混物为0. 25

6、可推断丁二烯的存在2。初步可判定该共混物中含有PV C 、丙烯腈和丁二烯成分。在通常情况下, 需采用溶解沉淀法(如四氢呋喃 分离两组分, 分离时间长, 且分离效果不明显。为了快速鉴定复合材料的主成分, 采用计算机差谱方法, 得到图1中曲线3为复合材料和纯PV C 红外光谱的差谱图(选择具有中等强度的吸收峰作为差减终点的判断, 以C l 的特征吸收峰强度为标准 , 进行计算机谱库对比, 可迅速确认该差谱为丁二烯2丙烯腈共聚物红外光谱图(匹配率为98. 15% 。通过上述特征吸收峰识别和差谱技术可迅速地确定该复合材料的组分为PV C 和丁腈胶。3. 3聚乙烯色母料组分鉴别塑料填充色母料为高分子共混

7、物, 一般分为无机填料和有机染料类。由于色母料中所含无机或有机填料的成分含量高, 进行红外光谱分析时存在严重干扰。图2和图3分别是两种聚乙烯色母料溴化钾压片红外光谱图。谱图中2921c m -1和2850c m -1处的吸收带来源于聚乙烯中亚甲基( 的振动, 以该吸收峰为参比峰, 进行计算机差谱分析, 在谱图中可清晰分辨出无机填2料为碳酸钙。因为CoCO 3的CO -32离子是一个平面三角形离子, 在1421c m -1附近有C 的收缩振动峰, 在877c m -1附近的尖锐弱吸收属于面内变形振动。从图3中的有机色母料差谱中可清晰观察到, 1608、1588c m -1和1518c m -1是

8、苯环C 收缩振动峰, 是苯环存在的特征峰; 在1176c m -1处是A r l 的伸展振动吸收的环振动吸收峰; 1344、1280c m -1和1240c m -1为A r H 2中的-132二氯联C 伸展振动吸收峰, 90065c m 为N H 2卷曲振动吸收峰, 可判断该有机填料为3苯胺。由于此类色母料的基体为聚乙烯, 结构简单, 红外谱图干扰较低, 因此计算机谱库检索该系列差谱的匹配率都相当高; 对于基体复杂的色母料, 由于特征吸收峰互相重叠, 差谱效果则较差。3. 4化纤涂布复合材料的鉴别所分析的化纤涂布分为两层, 为白色透明薄膜, 由于化纤涂布大多数是通过热熔法制成的, 纤维状物质

9、(少量 不均匀地粘附在光滑的背衬上, 粘合非常紧密, 两者不可撕开分离。样品的红外直接扫描吸收光谱图如图4所示, 由于样品有一定厚度, 吸收强度较高, 在5002000c m -1区域峰重叠, 特征峰分离不明显, 3330c m -1和1530c m -1为N 振动高强度的宽吸收带, 1735c m -1处的吸收带为酯类C 收缩振动形成的, 根据计算机谱库检索, 可初步确定涂布背衬面为聚氨酯, 但由 第4期李政军等:傅里叶红外(FT 2I R 差谱技术在复合材料分析中的应用511于表面纤维层的吸收干扰, 扫描结果不理想 。图2无机色母料与相关差谱的红外光谱图1无机色母料; 2差谱(碳酸钙 。图

10、3有机色母料与相关差谱的红外光谱图1有机色母料; 2差谱(332二氯联苯胺 。图4 化纤涂布直接扫描红外光谱图图5化纤涂布与聚氨酯差示红外光谱图图5是样品红外谱图与聚氨酯标准谱图的差示谱图, 通过计算机谱库对比检索为热塑性聚酯弹性体。在728c m -1处, 聚酯的C 振动特征峰较明显, 由于聚酯和聚氨酯的特征吸收峰位置接近, 差示谱图中相应的聚酯吸收峰强度大幅度降低, 并出现倒峰, 因此差谱的谱图与标准聚酯弹性体谱图的匹配度较低。另外在差示因子的选择中人的主观因素较多, 存在不确定性, 因此在该样品定性中, 差谱法有时仅可作为参考, 还需进一步验证。通过A TR 反射采样器鉴定, 可清晰的鉴

11、别涂布两面分别为热塑性聚酯弹性体和聚氨酯。通过上述一系列研究认为, 在差谱分析中选择差减终点判据时, 所选用的参比吸收峰应是参比光谱所特有的, 且具有中等强度, 太强或太弱的吸收峰易产生误差; 在计算机差谱处理中, 差示因子值的确定与人对某吸收峰扣除情况的主观判断, 往往具有随意性, 因此在制备样品时, 应使样品特征吸收光谱强度与参比样品光谱强度接近, 才能获得质量更好的差示光谱; 另外在实际操作中, 混合物差减光谱时每做一次差谱都要使光谱的信噪比下降, 对多次差减后的谱图解析要慎重。由于差谱分析技术对样品不需前处理、可快速地把两组分或多组分混合样品进行分离, 是一种有效的辅助鉴定手段, 所以

12、在复合材料快速鉴定中具有应用的价值。参考文献1吴瑾光编. 近代博里叶变换红外光谱技术及应用M . 上卷. 北京:科学技术文献出版社, 1994. 122. 512光谱实验室第20卷2王正熙编. 聚合物红外光谱分析和鉴定M . 成都:四川大学出版社, 1989. 102.Appl ica tion of FT -IR D ifferen ti a l Spectra Technology i nCom posites Ana lysisL I Zheng 2Jun H UAN G W ei L I N H ua 2Shan Z HON (Guang d ong E n try 2E x it I

13、nsp ection and Q ua ran tine B reau , z . R A nalysis of som e t 2I R differen tial spectra techno logy to find ou t som e facto resu lts , and i m p rove efficiency of analysis . T he exam p le show s that spectral techno logy is a good m ethod fo r rap id iden tificati on .Key words FT 2I R , D if

14、feren tial Spectra , Com po sites .本刊论文发表的正常周期:26个月您的发明创造得到“优先权”荣誉的必要保障缩短论文发表周期, 是尽早实现学术论文的社会效益的前提, 也是作者创造性劳动得到尊重、为其在世界上取得“优先权”荣誉的必要保障, 因为发明创造的“优先权”通常是以出版时间为准的。因此, 本刊在严格保证质量的条件下, 把尽快发表作者的论文, 视为自己的神圣职责。(见本刊1994-2003年每年第1期 、来稿要符合“光谱实验室投稿须知”特别是其中第47项要求,(齐”做到“齐、清、定”“即全稿包括表、图和照片等齐全, 符合本刊对稿件的各项要求; “清”即书写清

15、楚, 段落分明, 例于排版和校对; “定”即做到稿件内容完整, 在排校过程中无须增删修改 是保证论文质量不可缺少的条件。如果您希望论文早日发表(如26个月 , 请务必按“须知”写稿。如果来稿附有同行专家评语及单位推荐信, 论文还可以更快发表(0. 52个月 。来稿请用W o rd 或北大方正排版, 用电子邮件发到本部电子信箱E 2m ail :1 gp sys 263. net ; 2 gp sys 81citiz . net ; 3 gp ss ch inaj ournal . net . cn ; 4 gp sys peri odicals . net . cn 。为避免某一电子信箱的服务器发生故障而延误收稿, 建议作者向本刊几个信箱同时发送电子邮件, 并请作者发了邮件后, 打电话通知编辑部, 以便及时查询; 在尚未开通电子邮件业务的情况下, 作者也可向本刊投稿处直接邮寄纸质稿件两份。稿件邮寄地址:北京市81信箱66分