一些表征介绍

1、激光拉曼光谱简介激光拉曼光谱简介拉曼光谱（拉曼光谱（Raman Spectroscopy) )散射光谱，波数范围散射光谱，波数范围4000-25cm-1 拉曼散射拉曼散射当用频率为当用频率为0 0的光照射样品时，光子与样品分子之间发生非的光照射样品时，光子与样品分子之间发生非弹性碰撞，即碰撞时有能量交换的光散射称为拉曼散射。弹性碰撞，即碰撞时有能量交换的光散射称为拉曼散射。2.2.拉曼位移拉曼位移处于基态的分子与光子发生非弹性碰撞，获得能量跃迁到激发处于基态的分子与光子发生非弹性碰撞，获得能量跃迁到激发态可得到斯托克斯线，斯托克斯线与入射光频率之差称为拉曼态可得到斯托克斯线，斯托克斯线与入射光

2、频率之差称为拉曼位移。位移。激光拉曼光谱与红外光谱的比较激光拉曼光谱与红外光谱的比较相同点：相同点：1 1）同属于分子振动光谱；）同属于分子振动光谱；2 2）测定辐射光的波数范围相同；）测定辐射光的波数范围相同；3 3）光谱解析都具有三要素（吸收频率、强度和峰形）；）光谱解析都具有三要素（吸收频率、强度和峰形）；4 4）对没有对称中心的分子，两者都是活性的。）对没有对称中心的分子，两者都是活性的。不同点：不同点：1 1）红外适用于高分子侧基和端基，特别是极性基团测定，）红外适用于高分子侧基和端基，特别是极性基团测定，拉曼适用于研究高聚物骨架特征；拉曼适用于研究高聚物骨架特征；2 2）对具有对称

3、中心的分子的非对称振动，红外是活性的，）对具有对称中心的分子的非对称振动，红外是活性的，拉曼是非活性的；拉曼是非活性的；3 3）对具有对称中心的分子的对称振动，红外是非活性的，）对具有对称中心的分子的对称振动，红外是非活性的，拉曼是活性的。拉曼是活性的。红红外外吸吸收收强强O=C=O伸缩伸缩O-C-O 伸缩伸缩H-O-H 伸缩伸缩芳香芳香C-H面外弯曲面外弯曲N-H 伸缩伸缩Si-O-Si 非对称伸缩非对称伸缩拉拉曼曼散散射射强强C-C 伸缩伸缩C=C， 伸缩伸缩S=S 伸缩伸缩芳香芳香C-H 伸缩伸缩芳香环呼吸振动芳香环呼吸振动N=N 伸缩伸缩两两者者均均强强脂肪脂肪C-H伸缩伸缩 伸缩伸缩

4、Si-H 伸缩伸缩C-卤素伸缩卤素伸缩CCC N红外与拉曼光红外与拉曼光谱的吸收比较谱的吸收比较具有对称中具有对称中心分子（基心分子（基团）的非对团）的非对称振动称振动具有对称中具有对称中心分子（基心分子（基团）的对称团）的对称振动；骨架振动；骨架振动振动没有对称中心的没有对称中心的分子（基团）分子（基团）C=C-C=C紫外紫外- -可见光谱可见光谱1 . 介绍 紫外-可见光谱(ultraviolet-visible absorption spectra)是分子吸收紫外-可见光区10-800纳米的电磁波而产生的吸收光谱，简称紫外光谱.分为三个区域： 远紫外区 10-190nm 近紫外区 190

5、-400nm 可见区 400-800nm 一般紫外仪包括近紫外区和可见区两部分（200-800nm)横坐标：波长或频率横坐标：波长或频率Beer-Lambert 定律定律纵坐标：吸光度（纵坐标：吸光度（absorbance, A) ) 或或 透过率透过率( (transmittancy, T) )T% = I1/I0 A = lg(I0/I1) = lg(1/T) I1: 透过光强度；透过光强度； I0: 入色光强度。入色光强度。 （摩尔吸光系数）：样品浓度为（摩尔吸光系数）：样品浓度为( (1mol/L) ) 置于置于1cm 样样品池，在一定波长下测得之吸光度值。品池，在一定波长下测得之吸光

6、度值。紫外光谱图紫外光谱图紫外光谱（图）的特点：紫外光谱（图）的特点：(1) 吸收谱带少；吸收谱带少；(2) 吸收谱带宽；吸收谱带宽；(3) 通常以谱带吸收最强的波长表示谱带位置，称为最大吸收波通常以谱带吸收最强的波长表示谱带位置，称为最大吸收波长（长（max) ，是分子的特征常数，与分子电子结构相关，可，是分子的特征常数，与分子电子结构相关，可推测化合物中生色团类型和共轭大小；推测化合物中生色团类型和共轭大小；(4) 吸收强度以最大吸收波长处的摩尔吸光系数（吸收强度以最大吸收波长处的摩尔吸光系数（max）表示）表示，也是分子特征常数和鉴定化合物的重要依据。，也是分子特征常数和鉴定化合物的重要

7、依据。优点：优点：快速，灵敏度高，应用广泛，对全部金属及大部分有机快速，灵敏度高，应用广泛，对全部金属及大部分有机化合物进行测定化合物进行测定缺点：缺点：只提供分子中共轭体系和一些基团的结构信息，不能推只提供分子中共轭体系和一些基团的结构信息，不能推知分子结构。知分子结构。生色基生色基max/nmmax1751400018580001751000019520002231501601800018550002801521720000184600002004400255204C CC CC OC CC CC O聚合物中常见生色基团紫外吸收特征波长聚合物中常见生色基团紫外吸收特征波长与吸收系数表与吸收

8、系数表核磁共振核磁共振核磁共振波谱仪核磁共振波谱仪核磁共振氢谱核磁共振氢谱化学位移化学位移 在有机化合物中，各种氢核在有机化合物中，各种氢核 周围的电子云密度不同（结构周围的电子云密度不同（结构中不同位置）共振频率有差异，即引起共振吸收峰的位移，这中不同位置）共振频率有差异，即引起共振吸收峰的位移，这种现象称为化学位移。种现象称为化学位移。2为什么用为什么用TMS作为基准作为基准? (1) 12个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个尖峰；个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个尖峰； （2）屏蔽强烈，位移最大。）屏蔽强烈，位移最大。 （3）化学惰性；易溶于有机溶剂；沸点低，易回收。）化学惰性；易

9、溶于有机溶剂；沸点低，易回收。为什么用为什么用TMS作为基准作为基准? ?相对标准：四甲基硅烷相对标准：四甲基硅烷Si(CH3)4 （TMS）（内标）（内标） 位移常数位移常数 TMS=0化学位移的表示方法化学位移的表示方法化学位移的差别约为百万分之十，精确测量十分困难，现采用化学位移的差别约为百万分之十，精确测量十分困难，现采用相对数值。以四甲基硅（相对数值。以四甲基硅（TMS）为标准物质，规定：它的化）为标准物质，规定：它的化学位移为零，然后，根据其它吸收峰与零点的相对距离来确定学位移为零，然后，根据其它吸收峰与零点的相对距离来确定它们的化学位移值。它们的化学位移值。零点零点-1-2-31

10、234566789 TMS低场低场高场高场化学位移用化学位移用 表示，以前也用表示，以前也用 表示，表示， 与与 的关的关系为系为 = 10 - 特征质子的化学位移特征质子的化学位移102345678910111213C3CH C2CH2 C-CH3环烷烃环烷烃0.21.5CH2Ar CH2NR2 CH2S C CH CH2C=O CH2=CH-CH31.73CH2F CH2Cl CH2Br CH2I CH2O CH2NO224.70.5(1)5.568.510.512CHCl3 (7.27)4.65.9910OH NH2 NHCR2=CH-RRCOOHRCHOHR常用溶剂的质子常用溶剂的质子

11、的化学位移的化学位移D二、影响化学位移的因素影响化学位移的因素影响化学位移的因素诱导效应诱导效应 电负性电负性 与质子相连元素的电负性与质子相连元素的电负性越强，吸电子作用越强，价越强，吸电子作用越强，价电子偏离质子，屏蔽作用减电子偏离质子，屏蔽作用减弱，信号峰在低场出现弱，信号峰在低场出现。-CH3 ， =1.62.0，高场；高场；-CH2I， =3.0 3.5,-O-H， -C-H， 大大 小小低场低场 高场高场影响化学位移的因素影响化学位移的因素各向异性效应各向异性效应 价电子产生诱导磁价电子产生诱导磁场，质子位于其磁力线场，质子位于其磁力线上，与外磁场方向一致，上，与外磁场方向一致，去

12、屏蔽。去屏蔽。 价电子产生诱导磁价电子产生诱导磁场，质子位于其磁力线场，质子位于其磁力线上，与外磁场方向不一上，与外磁场方向不一致，屏蔽。致，屏蔽。聚合物的聚合物的1H NMR谱图谱图 积分曲线和峰面积积分曲线和峰面积在核磁共振谱中，共振峰下面的面积与产生峰的质在核磁共振谱中，共振峰下面的面积与产生峰的质子数成正比，因此，峰面积比即为不同类型质子数子数成正比，因此，峰面积比即为不同类型质子数目的相对比值。（机算机会自动完成此项工作，将目的相对比值。（机算机会自动完成此项工作，将各组峰的质子数目直接显示在图谱中）各组峰的质子数目直接显示在图谱中）1H NMR的图谱分析的图谱分析1 标识杂质峰，最

13、主要的杂质峰是溶剂峰。标识杂质峰，最主要的杂质峰是溶剂峰。2 根据积分曲线计算各组峰的相应质子数（现在的图谱上已根据积分曲线计算各组峰的相应质子数（现在的图谱上已 标出）。标出）。3 根据峰的化学位移确定它们的归属。根据峰的化学位移确定它们的归属。4 根据峰的形状和偶合常数确定基团之间的互相关系。根据峰的形状和偶合常数确定基团之间的互相关系。5 采用重水交换的方法识别采用重水交换的方法识别-OH、-NH2、-COOH上的活泼氢。上的活泼氢。6 综合各种分析，推断分子的结构并对结论进行核对。综合各种分析，推断分子的结构并对结论进行核对。核磁共振碳谱核磁共振碳谱其他特殊核磁仪器使用其他特殊核磁仪器

14、使用（1 1）固体核磁）固体核磁（2 2）硅核磁）硅核磁（3 3）基于）基于3D3D、4D4D异核异核NMRNMR（可测定（可测定200200300300个残基个残基的蛋白质结构）的蛋白质结构）（4 4）超导高磁场）超导高磁场NMRNMR谱仪（谱仪（8008001000MHz1000MHz）（可测）（可测10001000个残基以内的蛋白质空间结构）。个残基以内的蛋白质空间结构）。热分析技术热分析技术热分析技术概述热分析技术概述 什么是热分析什么是热分析 热分析的本质是温度分析热分析的本质是温度分析。物质经历温度变化的同时，必。物质经历温度变化的同时，必然伴随另一种或几种物理性质的变化，即然伴随

15、另一种或几种物理性质的变化，即P = f P = f ( (T T) )监测温度引起的性质变化，可分析出结构信息、机理信息等。监测温度引起的性质变化，可分析出结构信息、机理信息等。按一定规律设计温度变化，即程序控制温度：按一定规律设计温度变化，即程序控制温度： T = T = ( (t t) ) 故性质既是温度的函数也是时间的函数：故性质既是温度的函数也是时间的函数：P = f P = f ( (T T oror t t) )物理性质物理性质热分析技术名称热分析技术名称缩写缩写重量重量热重分析法热重分析法TG热量热量示差扫描量热法示差扫描量热法DSC尺寸尺寸热机械法热机械法TMA模量模量or

16、柔量柔量动态力学分析动态力学分析DMTA介电常数介电常数热电分析热电分析DETA 上述物理性质主要包括重量、温度、能量、尺寸、力上述物理性质主要包括重量、温度、能量、尺寸、力学、声、光、热、电等，不同热分析技术可监测不同学、声、光、热、电等，不同热分析技术可监测不同性质。性质。热重分析法（热重分析法（TGA） 热重分析法是在程序控温下测量物质的质量与温度关系的热重分析法是在程序控温下测量物质的质量与温度关系的一种技术。一种技术。影响影响TGA实验结果的因素实验结果的因素1.样品盘的影响样品盘的影响:样品盘一般为惰性材料（铂、陶瓷等）样品盘一般为惰性材料（铂、陶瓷等） 注意：碱性试样不能用石英或

17、陶瓷样品盘；铂对许多有机注意：碱性试样不能用石英或陶瓷样品盘；铂对许多有机化合物和某些无机化合物有催化作用。化合物和某些无机化合物有催化作用。2.升温速率的影响：升温速率越大，所得特征温度越高升温速率的影响：升温速率越大，所得特征温度越高3.气氛的影响：一般采用动态气氛，热降解用氮气，热氧降气氛的影响：一般采用动态气氛，热降解用氮气，热氧降解用空气或氧气解用空气或氧气.影响热重测定的因素影响热重测定的因素 1.升温速度升温速度 升温速度越快，温升温速度越快，温度滞后越大，度滞后越大，Ti及及Tf越越高，反应温度区间也高，反应温度区间也越宽。建议高分子试越宽。建议高分子试样为样为510/min。

18、 0.42 2.5 10 40 100 240 480 Kmin700 800 900 1000 1100温度温度 ( C )重量分数重量分数 2. .样品的粒度和用量样品的粒度和用量 样品的粒度不宜太大、装填样品的粒度不宜太大、装填的紧密程度适中为好。同批的紧密程度适中为好。同批试验样品，每一样品的粒度试验样品，每一样品的粒度和装填紧密程度要一致和装填紧密程度要一致小用量小用量大用量大用量W温度温度影响热重测定的因素影响热重测定的因素 常用气氛为空气和常用气氛为空气和N2，亦使用，亦使用O2、He、H2、CO2 、Cl2和水蒸气等。气氛不同反应机理不同。气和水蒸气等。气氛不同反应机理不同。气

19、氛与样品发生反应，则氛与样品发生反应，则TG曲线形状受到影响曲线形状受到影响3.气氛气氛 例如例如PP使用使用N2时，无氧化增重。气氛为空气时，时，无氧化增重。气氛为空气时，在在150180 C出现氧化增重出现氧化增重影响热重测定的因素影响热重测定的因素 应考虑气氛与热电偶、应考虑气氛与热电偶、试样容器或仪器的元部件试样容器或仪器的元部件有无化学反应，是否有爆有无化学反应，是否有爆炸和中毒的危险等炸和中毒的危险等气氛处于动态时应注意气氛处于动态时应注意其流量对测温精度影响，其流量对测温精度影响，气流速度气流速度4050mL/min 如存在挥发物的再冷凝，如存在挥发物的再冷凝，应加大热天平室气氛

20、的通应加大热天平室气氛的通气量气量400 600 800 1000 1200温度温度( C)CaCOCaCO3 3 CaO+CO CaO+CO2 2W真空真空空气空气CO2影响热重测定的因素影响热重测定的因素 (1)试样皿的材质有玻璃、铝、陶瓷、石英、金属等试样皿的材质有玻璃、铝、陶瓷、石英、金属等试样皿对试样、中间产物和最终产物应是惰性的试样皿对试样、中间产物和最终产物应是惰性的(2)聚四氟乙烯类试样不能用陶瓷、玻璃和石英类聚四氟乙烯类试样不能用陶瓷、玻璃和石英类试样皿，因试样皿，因相互间会形成挥发性碳化物相互间会形成挥发性碳化物(3)白金试样皿不适宜作含磷、硫或卤素的聚合物白金试样皿不适宜

21、作含磷、硫或卤素的聚合物的试样皿，的试样皿，因白金对该类物质有加氢或脱氢活性因白金对该类物质有加氢或脱氢活性(4)在选择试样皿时试样皿的形状在选择试样皿时试样皿的形状以浅盘为好以浅盘为好，试验时将试样，试验时将试样薄薄地摊在其底部，以利于传热和生成物的扩散薄薄地摊在其底部，以利于传热和生成物的扩散4. 试样皿试样皿影响热重测定的因素影响热重测定的因素 PI(聚酰亚胺聚酰亚胺)PTFE(聚四氟乙烯聚四氟乙烯)HDPE(高密度聚乙高密度聚乙烯烯)PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯)PVC(聚氯乙烯聚氯乙烯).TGA应用：比较不同高聚物的相对热稳定性应用：比较不同高聚物的相对热稳定性 聚合物

22、中的添加剂和杂质可分为两类：一类聚合物中的添加剂和杂质可分为两类：一类是挥发性物质，如水和增塑剂等，它们由于分子是挥发性物质，如水和增塑剂等，它们由于分子量低，一般在树脂分解之前就已分解掉；另一类量低，一般在树脂分解之前就已分解掉；另一类是无机填料，如是无机填料，如SiO2、碳纤维等，它们热稳定性、碳纤维等，它们热稳定性很高，一般在基体树脂分解以后仍然残留很高，一般在基体树脂分解以后仍然残留 因此可以根据各组分失重量计算出它们在样因此可以根据各组分失重量计算出它们在样品中的百分含量。品中的百分含量。SiO2和碳黑填充聚四氟乙烯的和碳黑填充聚四氟乙烯的TG曲线曲线DSC的基本原理的基本原理（1）

23、工作原理：测量输入到试样或参照物的能量随温度（或时间）的变化测量输入到试样或参照物的能量随温度（或时间）的变化（2）工作特点：可以定量研究各种热效应可以定量研究各种热效应（3）工作过程：）工作过程：试样和参照物程序升（降）温试样和参照物程序升（降）温试样产生物理或化学变化试样产生物理或化学变化, ,放出或吸收热量放出或吸收热量试样与参照物之间产生温度差试样与参照物之间产生温度差TT控制系统动作使低温侧补偿器（电热丝）通电加热控制系统动作使低温侧补偿器（电热丝）通电加热维持试样与参照物之间温度差维持试样与参照物之间温度差 = 0= 0记录补偿的热量记录补偿的热量W W与试样温度的关系与试样温度的

24、关系 多数同学用：玻璃化转变温度多数同学用：玻璃化转变温度Tg的测定的测定406080100120140160EXOHeat Flow (W/g) Temperature ()-123 -127-135 -137dH/dt（mW）T ( ) DSC其他类型曲线其他类型曲线吸热吸热一般在一般在DSC谱图中，比热容变化表现为基线的漂移，谱图中，比热容变化表现为基线的漂移，吸吸热效应热效应( (endothermic) )用凸起的峰值来表征用凸起的峰值来表征，放热效应放热效应( (exothermic) )用反向的峰值表征用反向的峰值表征。以以 作图分析作图分析基线熔融，吸热，吸热峰熔融，吸热，吸热

25、峰玻璃化转变，样品玻璃化转变，样品比热容增加，基线比热容增加，基线发生位移（台阶）发生位移（台阶）结晶，放热，放热峰结晶，放热，放热峰TdtdH endoDSC曲线曲线“口诀口诀”吸热吸热玻璃化转变抬一抬，玻璃化转变抬一抬，结晶放热凹下去，结晶放热凹下去，熔融吸热鼓出来！熔融吸热鼓出来！dH/dt (mW)Temperature Glass TransitionCrystallizationMeltingDecomposition玻璃化转变玻璃化转变结晶结晶基线基线放热行为放热行为（固化，氧化，（固化，氧化，反应，交联）反应，交联）熔融熔融分解气化分解气化TdTgTcTmDSC典型典型综合综合

26、图谱图谱ExoEndo升温速率对峰位置的影响升温速率对峰位置的影响T吸热吸热20/min主要影响因素主要影响因素 样品量：样品量： 升温速率：升温速率：气氛：气氛：气流气流: :5/min-分辨率低分辨率低-灵敏度低灵敏度低10mg2.5mg样品量对峰位置的影响样品量对峰位置的影响5-10mg520/min N2 20-50mL/min同类样品相同类样品相比，采用相比，采用相同的量。同的量。升温速率越升温速率越快，分辨率快，分辨率下降，温度下降，温度滞后。滞后。 熔点熔点（Tm）和玻璃化转变温度和玻璃化转变温度（Tg）的确定的确定 注意：样品升温速率和注意：样品升温速率和样品量不同对峰温的影样

27、品量不同对峰温的影响。响。同系列的样品比较要读取同系列的样品比较要读取相同点的温度作比较相同点的温度作比较结晶聚合物的热转变温度结晶聚合物的热转变温度AT Tm m: : 峰顶峰顶A Aendo无定形聚合物的热转变温度无定形聚合物的热转变温度T Tg g: : 中点中点C C或交点或交点D DendoDDD动态力学分析动态力学分析Dynamic Mechanical Analysis (DMA)剪切 拉伸双悬臂梁 单悬臂梁 压缩动动态态粘粘弹弹谱谱仪仪样品可以测试损耗模量和储能模量可以测试损耗模量和储能模量-120 -80 -40 0 40 80 1208.88.48.07.67.26.86.

28、46.0Temperature ( C)log E (Pa)-120 -80 -40 0 40 80 1200.80.70.60.50.40.30.20.10.0tanTemperature ( C)可测试可测试Tg储能模量储能模量( (storage modulus): ): 实质为杨氏模量，表述材料存储弹性变形能量实质为杨氏模量，表述材料存储弹性变形能量的能力。储能模量表征的是材料变形后回弹的指标。的能力。储能模量表征的是材料变形后回弹的指标。损耗模量损耗模量( (loss modulus):):它描述材料产生形变时能量散失它描述材料产生形变时能量散失( (转变转变) )为热的现象，为热的

29、现象，是能量损失的量度，在黏弹性材料的力学性能测量中是一个重要参数。损耗模是能量损失的量度，在黏弹性材料的力学性能测量中是一个重要参数。损耗模量愈小，表明材料的阻尼损耗因数也小，材料就愈接近理想弹性材料。量愈小，表明材料的阻尼损耗因数也小，材料就愈接近理想弹性材料。损耗因子损耗因子: :为为储能模量和损耗模量之比。储能模量和损耗模量之比。代表的是材料的粘弹性性能，代表的是材料的粘弹性性能，损耗因子损耗因子越大说明材料的黏性越大，损耗因子越小说明材料的弹性越大越大说明材料的黏性越大，损耗因子越小说明材料的弹性越大。X X射线衍射射线衍射粉末样品粉末样品10100mg，粒度在，粒度在5m m左右左

30、右薄片或薄膜样品薄片或薄膜样品 约约10mm10mm 1mm1mm 约约10mm10mm 10mm10mm 1mm1mm 15mm15mm 10mm10mm 1mm1mm 样品要充分干燥，粉末样品要尽量细，薄膜样品样品要充分干燥，粉末样品要尽量细，薄膜样品表面要平整。表面要平整。制样制样：平板式，长宽平板式，长宽10-15mm, , 高聚物厚度高聚物厚度0.5-1mmbcda衍射峰尖衍射峰尖锐，基线锐，基线缓平缓平衍射峰尖衍射峰尖锐，基线锐，基线隆起隆起宽化宽化“隆峰隆峰”隆峰上有突出隆峰上有突出峰，不尖锐，峰，不尖锐，晶相不完整晶相不完整典型聚集态衍射谱图的特征示意图典型聚集态衍射谱图的特征示意图晶态试样晶态试样固态非晶试样固态非晶试样半晶态试样半晶态试样半晶态试样半晶态试样2/oI(CPS)衍射角衍射角衍射强度衍射强度X X射线衍射在高聚物中的应用射线衍射在高聚物中的应用应用分析原理应用分析原理1 1）任何一种结晶物质都具有特定的晶体结构，在一定波）任何一种结晶物质都具有特定的晶体结构，在一定波长的长的X X射线照射下，每种晶体物质都给出自己特有的衍射射线照射