傅里葉紅外_FT_IR_差譜技術(shù)在復(fù)合材料分析中的應(yīng)用

1、 第20卷, 第4期2003年7月光譜實驗室Ch inese J ou rna l of S p ectroscopy L abora tory V o l . 20, N o . 4Ju ly , 2003傅里葉紅外(FT -IR 差譜技術(shù)在復(fù)合材料分析中的應(yīng)用李政軍黃(號510623摘要用FT 2I R , 嘗試能有效地找出影響分析結(jié)果的某些因素, 從而提高應(yīng)用該技術(shù)分析的效果。通過實例表明, 該技術(shù)是一種值得推薦的快速鑒定方法。關(guān)鍵詞傅里葉紅外, 差譜, 復(fù)合材料。中圖分類號:O 657. 33文獻標(biāo)識碼:B 文章編號:100428138(2003 04205092041前言隨著現(xiàn)代科學(xué)

2、技術(shù)的日新月異, 對高分子材料提出了日益廣泛和苛刻的要求。例如, 期望高分子材料既耐高溫又易于加工成型, 既有卓越的韌性又有較高的硬度, 不僅性能良好, 而且價格低廉。對于多種多樣的要求, 單一的均聚物往往難以滿足要求。通過共混填充、改性可使高分子材料獲得預(yù)期的性能, 同時使材料的組分越來越復(fù)雜。在進口高分子復(fù)合材料的檢驗中, 傅里葉紅外(FT 2I R 技術(shù)不僅是結(jié)構(gòu)研究的強有力工具, 也是分析鑒定的有效方法和手段, 對于組分復(fù)雜的高分子復(fù)合材料, FT 2I R 差譜技術(shù)應(yīng)用具有方便、迅速、準(zhǔn)確的特點。本文通過應(yīng)用FT 2I R 差譜技術(shù)快速鑒定幾種類型的高分子復(fù)合材料成分, 以期進一步探

3、討差譜技術(shù)的應(yīng)用。2實驗部分2. 1試驗儀器-1I R 2560型FT I R 光譜儀(N I COL ET 公司 ; 掃描范圍4000675c m ; A TR 采樣器附件(N I COL ET 公司 ; OM N I C 差譜分析軟件4. 1a (N I COL ET 公司 。2. 2測試樣品(1 PV C 復(fù)合材料; (2 色母料(有機色母料、無機色母料 ; (3 化纖涂布。2. 3試驗方法(1 溴化鉀壓片; (2 A TR 反射; (3 FT 2I R 差譜分析。3結(jié)果與討論3. 1FT -IR 差譜原理探討紅外差譜又稱差示光譜, 是計算機對已存儲的數(shù)字化光譜所做的一種重要的數(shù)據(jù)處理功

4、能, 一般采用吸光度相減法。即將透射光譜轉(zhuǎn)變?yōu)槲展庾V, 通過選定差譜的光譜區(qū), 差減參考光譜的特征吸收峰, 調(diào)節(jié)差減因子, 從而得到理想的結(jié)果1。計算公式:差示譜圖=樣品譜圖-(參考譜圖國家出入境檢驗檢疫局科研項目(K 01822001聯(lián)系人, 電話:(020 38290362, 38290511; E 2m ail :lizh jun 21cn . com作者簡介:李政軍(1974 , 男, 廣東省羅定市人, 碩士, 主要從事化學(xué)工業(yè)品檢驗。收稿日期:2003202227 510光譜實驗室第20卷差示因子 。3. 2PVC 復(fù)合材料的鑒別丁腈膠 復(fù)合材料PV C NBR (聚氯乙烯具有優(yōu)異

5、的韌性、彈性、耐油性及加工成型性好等優(yōu)點, 廣泛用于生產(chǎn)耐油、耐腐蝕的工作鞋、電線包覆材料和電器絕緣零件等。圖1是PV C NBR 溴化鉀壓片、PV C 標(biāo)準(zhǔn)品及兩者差譜的紅外光譜圖。在-1, l 的的特征吸收峰, 964c m -1也有相應(yīng)的吸收峰(C l 的特征吸收峰 , 可判斷該共混物圖1PV C NBR 、PV C 及兩者差譜的紅外光譜圖中含有PV C 組分。另外在2236c m -1附近有尖1PV C NBR ; 2PV C ; 3差譜。銳的吸收帶, 表明存在腈基; 根據(jù)964c m -1吸收帶與1440c m -1吸收帶得到強度比變化(PV C 為0. 60, 共混物為0. 25

6、可推斷丁二烯的存在2。初步可判定該共混物中含有PV C 、丙烯腈和丁二烯成分。在通常情況下, 需采用溶解沉淀法(如四氫呋喃 分離兩組分, 分離時間長, 且分離效果不明顯。為了快速鑒定復(fù)合材料的主成分, 采用計算機差譜方法, 得到圖1中曲線3為復(fù)合材料和純PV C 紅外光譜的差譜圖(選擇具有中等強度的吸收峰作為差減終點的判斷, 以C l 的特征吸收峰強度為標(biāo)準(zhǔn) , 進行計算機譜庫對比, 可迅速確認該差譜為丁二烯2丙烯腈共聚物紅外光譜圖(匹配率為98. 15% 。通過上述特征吸收峰識別和差譜技術(shù)可迅速地確定該復(fù)合材料的組分為PV C 和丁腈膠。3. 3聚乙烯色母料組分鑒別塑料填充色母料為高分子共混

7、物, 一般分為無機填料和有機染料類。由于色母料中所含無機或有機填料的成分含量高, 進行紅外光譜分析時存在嚴重干擾。圖2和圖3分別是兩種聚乙烯色母料溴化鉀壓片紅外光譜圖。譜圖中2921c m -1和2850c m -1處的吸收帶來源于聚乙烯中亞甲基( 的振動, 以該吸收峰為參比峰, 進行計算機差譜分析, 在譜圖中可清晰分辨出無機填2料為碳酸鈣。因為CoCO 3的CO -32離子是一個平面三角形離子, 在1421c m -1附近有C 的收縮振動峰, 在877c m -1附近的尖銳弱吸收屬于面內(nèi)變形振動。從圖3中的有機色母料差譜中可清晰觀察到, 1608、1588c m -1和1518c m -1是

8、苯環(huán)C 收縮振動峰, 是苯環(huán)存在的特征峰; 在1176c m -1處是A r l 的伸展振動吸收的環(huán)振動吸收峰; 1344、1280c m -1和1240c m -1為A r H 2中的-132二氯聯(lián)C 伸展振動吸收峰, 90065c m 為N H 2卷曲振動吸收峰, 可判斷該有機填料為3苯胺。由于此類色母料的基體為聚乙烯, 結(jié)構(gòu)簡單, 紅外譜圖干擾較低, 因此計算機譜庫檢索該系列差譜的匹配率都相當(dāng)高; 對于基體復(fù)雜的色母料, 由于特征吸收峰互相重疊, 差譜效果則較差。3. 4化纖涂布復(fù)合材料的鑒別所分析的化纖涂布分為兩層, 為白色透明薄膜, 由于化纖涂布大多數(shù)是通過熱熔法制成的, 纖維狀物質(zhì)

9、(少量 不均勻地粘附在光滑的背襯上, 粘合非常緊密, 兩者不可撕開分離。樣品的紅外直接掃描吸收光譜圖如圖4所示, 由于樣品有一定厚度, 吸收強度較高, 在5002000c m -1區(qū)域峰重疊, 特征峰分離不明顯, 3330c m -1和1530c m -1為N 振動高強度的寬吸收帶, 1735c m -1處的吸收帶為酯類C 收縮振動形成的, 根據(jù)計算機譜庫檢索, 可初步確定涂布背襯面為聚氨酯, 但由 第4期李政軍等:傅里葉紅外(FT 2I R 差譜技術(shù)在復(fù)合材料分析中的應(yīng)用511于表面纖維層的吸收干擾, 掃描結(jié)果不理想 。圖2無機色母料與相關(guān)差譜的紅外光譜圖1無機色母料; 2差譜(碳酸鈣 。圖

10、3有機色母料與相關(guān)差譜的紅外光譜圖1有機色母料; 2差譜(332二氯聯(lián)苯胺 。圖4 化纖涂布直接掃描紅外光譜圖圖5化纖涂布與聚氨酯差示紅外光譜圖圖5是樣品紅外譜圖與聚氨酯標(biāo)準(zhǔn)譜圖的差示譜圖, 通過計算機譜庫對比檢索為熱塑性聚酯彈性體。在728c m -1處, 聚酯的C 振動特征峰較明顯, 由于聚酯和聚氨酯的特征吸收峰位置接近, 差示譜圖中相應(yīng)的聚酯吸收峰強度大幅度降低, 并出現(xiàn)倒峰, 因此差譜的譜圖與標(biāo)準(zhǔn)聚酯彈性體譜圖的匹配度較低。另外在差示因子的選擇中人的主觀因素較多, 存在不確定性, 因此在該樣品定性中, 差譜法有時僅可作為參考, 還需進一步驗證。通過A TR 反射采樣器鑒定, 可清晰的鑒

11、別涂布兩面分別為熱塑性聚酯彈性體和聚氨酯。通過上述一系列研究認為, 在差譜分析中選擇差減終點判據(jù)時, 所選用的參比吸收峰應(yīng)是參比光譜所特有的, 且具有中等強度, 太強或太弱的吸收峰易產(chǎn)生誤差; 在計算機差譜處理中, 差示因子值的確定與人對某吸收峰扣除情況的主觀判斷, 往往具有隨意性, 因此在制備樣品時, 應(yīng)使樣品特征吸收光譜強度與參比樣品光譜強度接近, 才能獲得質(zhì)量更好的差示光譜; 另外在實際操作中, 混合物差減光譜時每做一次差譜都要使光譜的信噪比下降, 對多次差減后的譜圖解析要慎重。由于差譜分析技術(shù)對樣品不需前處理、可快速地把兩組分或多組分混合樣品進行分離, 是一種有效的輔助鑒定手段, 所以

12、在復(fù)合材料快速鑒定中具有應(yīng)用的價值。參考文獻1吳瑾光編. 近代博里葉變換紅外光譜技術(shù)及應(yīng)用M . 上卷. 北京:科學(xué)技術(shù)文獻出版社, 1994. 122. 512光譜實驗室第20卷2王正熙編. 聚合物紅外光譜分析和鑒定M . 成都:四川大學(xué)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 .本刊論文發(fā)表的正常周期:26個月您的發(fā)明創(chuàng)造得到“優(yōu)先權(quán)”榮譽的必要保障縮短論文發(fā)表周期, 是盡早實現(xiàn)學(xué)術(shù)論文的社會效益的前提, 也是作者創(chuàng)造性勞動得到尊重、為其在世界上取得“優(yōu)先權(quán)”榮譽的必要保障, 因為發(fā)明創(chuàng)造的“優(yōu)先權(quán)”通常是以出版時間為準(zhǔn)的。因此, 本刊在嚴格保證質(zhì)量的條件下, 把盡快發(fā)表作者的論文, 視為自己的神圣職責(zé)。(見本刊1994-2003年每年第1期 、來稿要符合“光譜實驗室投稿須知”特別是其中第47項要求,(齊”做到“齊、清、定”“即全稿包括表、圖和照片等齊全, 符合本刊對稿件的各項要求; “清”即書寫清

15、楚, 段落分明, 例于排版和校對; “定”即做到稿件內(nèi)容完整, 在排校過程中無須增刪修改 是保證論文質(zhì)量不可缺少的條件。如果您希望論文早日發(fā)表(如26個月 , 請務(wù)必按“須知”寫稿。如果來稿附有同行專家評語及單位推薦信, 論文還可以更快發(fā)表(0. 52個月 。來稿請用W o rd 或北大方正排版, 用電子郵件發(fā)到本部電子信箱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 。為避免某一電子信箱的服務(wù)器發(fā)生故障而延誤收稿, 建議作者向本刊幾個信箱同時發(fā)送電子郵件, 并請作者發(fā)了郵件后, 打電話通知編輯部, 以便及時查詢; 在尚未開通電子郵件業(yè)務(wù)的情況下, 作者也可向本刊投稿處直接郵寄紙質(zhì)稿件兩份。稿件郵寄地址:北京市81信箱66分