光譜方法原理和應(yīng)用

光譜方法原理和應(yīng)用第一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日1項(xiàng)學(xué)生興趣研究

-藕斷絲連的絲究竟是什么樣的？

天然藕絲的纖維特征

沈喆,唐笠,沈青.

[纖維素科學(xué)和技術(shù)]（2005）。

1個(gè)大家都熟悉卻不知道的故事第二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

藕

第三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日第四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日第五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日1項(xiàng)學(xué)生興趣研究

-竹纖維的表面性能與其他纖維有什么區(qū)別嗎？2013年東華大學(xué)副校長俞建勇教授當(dāng)選中國工程院院士的主要科研成果-竹漿纖維及其制品加工關(guān)鍵技術(shù)竹纖維的主要成分是

纖維素竹纖維的表面性能完全

不同于纖維素竹纖維具有水的特征夏天-我們都喜歡冷水和竹制品冬天-我們都不喜歡冷水和

竹制品第六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日到目前為止我們知道的“固體”水有：

竹纖維多壁碳納米管

第七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.1紅外光譜

(InfraredSpectroscopy)

2.1.1原理紅外光譜反映的是分子的振動(dòng)情況。它的原理是當(dāng)用一定頻率的紅外光束照射某物質(zhì)時(shí)，若該物質(zhì)的分子中某基團(tuán)的振動(dòng)頻率與紅外光束頻率相同，則該物質(zhì)就能吸收這種紅外光使自己的分子由振動(dòng)基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)。所以應(yīng)用不同頻率的紅外光束照射某物質(zhì)時(shí)，可以得到不同的分子的振動(dòng)情況，以反映物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與定量關(guān)系。第八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（1）分子振動(dòng)的類型

A伸縮振動(dòng)：

定義：原子沿鍵軸方向伸縮使鍵長發(fā)生變化的振動(dòng)，分對(duì)稱伸縮振動(dòng)（υ）和反對(duì)稱伸縮振動(dòng)（υas）。

HHHHCC

（υ）（υas）第九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日B彎曲振動(dòng)

（變形振動(dòng)）：

定義：原子沿垂直于價(jià)鍵的方向振動(dòng)，引起分子內(nèi)鍵角彎曲或變形振動(dòng)，原子間鍵角隨時(shí)間而變動(dòng)。面內(nèi)振動(dòng)面外振動(dòng)：非平面搖擺振動(dòng)，彎曲搖擺；平面振動(dòng)剪式振動(dòng)第十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日C整個(gè)結(jié)構(gòu)基團(tuán)的振動(dòng)：a.擺動(dòng)：結(jié)構(gòu)單元在分子平面內(nèi)擺動(dòng)；b.擺動(dòng)：結(jié)構(gòu)單元在分子平面外擺動(dòng)；c.扭動(dòng)：結(jié)構(gòu)單元繞分子其余部分相連的鍵轉(zhuǎn)動(dòng)；d.彎曲（剪式）：如下圖，C和H為振動(dòng)原子

HHHHCC

煎式面內(nèi)搖擺第十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（2）基團(tuán)頻率（υ）υ=1307（k/μ)1/2μ-1=m1-1+m2-1

μ-1為折合質(zhì)量，m1-1和m2-1分別為兩原子質(zhì)量，k為常數(shù)。第十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日(3)分子基團(tuán)與頻率、振動(dòng)形式的相關(guān)性（A）基團(tuán)頻率振動(dòng)形式吸收強(qiáng)度說明

cm-1

-OH(游離)3650-3580伸縮m,Sh-OH(締合)3400-3200伸縮S,b-NH2,NH(游離)3500-3300伸縮m,Sh

-NH2,NH(締合)3400-3100伸縮S,b-SH2600-2500伸縮-C-H(伸縮)3300S

-C-H≡H-C3300伸縮不飽和C-H=C-H3010-3040伸縮

H=C3085伸縮

H第十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日基團(tuán)頻率振動(dòng)形式吸收強(qiáng)度說明

cm-1

苯環(huán)中C-H3050伸縮飽和C-H-CH32960±5反對(duì)稱伸縮S-CH32870±10對(duì)稱伸縮S

-CH22930±5反對(duì)稱伸縮S-CH22850±10對(duì)稱伸縮S(3)分子基團(tuán)與頻率、振動(dòng)形式的相關(guān)性（B）

第十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

基團(tuán)頻率振動(dòng)形式吸收強(qiáng)度說明

cm-1

-C≡H2260-2220伸縮S針狀-N≡H2310-2135伸縮m-C≡C-2260-2100伸縮m-C=C=C-1950伸縮v

(3)分子基團(tuán)與頻率、振動(dòng)形式的相關(guān)性（C）

第十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

基團(tuán)頻率振動(dòng)形式吸收強(qiáng)度說明

cm-1

-C=C-1680-1620伸縮m,v

苯環(huán)中C=C1600，1580伸縮v-C=O1850-1600伸縮S-NO21600-1500反對(duì)稱伸縮S-NO21300-1250對(duì)稱伸縮SS=O1220-1040伸縮S

(3)分子基團(tuán)與頻率、振動(dòng)形式的相關(guān)性（D）

第十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

基團(tuán)頻率振動(dòng)形式吸收強(qiáng)度說明

cm-1

C-O1300-1000伸縮SC-O-C900-1180伸縮S-CH3,-CH21460±10反對(duì)稱伸縮m-CH31370-1380對(duì)稱變形S-NH21650-1500變形m，SC-F1400-1000伸縮SC-Cl800-600伸縮SC-Br600-500伸縮SC-I500-200伸縮S=CH2910-890面外搖擺S-（CH2）n-700面內(nèi)搖擺Vn＞4(3)分子基團(tuán)與頻率、振動(dòng)形式的相關(guān)性（E）

第十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日說明S-強(qiáng)吸收；m-中等吸收；w-弱吸收；sh-尖吸收峰；b-寬吸收峰；v-可變吸收強(qiáng)度。第十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.1.2測試方法（1）樣品的預(yù)處理目的：

因?yàn)楦叻肿赢a(chǎn)品或成品不是純化物，其中往外含有加入的各種添加劑，所以當(dāng)需要認(rèn)識(shí)高分子材料時(shí)，經(jīng)常需要對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理。

第十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（1）固體樣品的預(yù)處理（A）溶解-沉淀分離法預(yù)處理樣品原理：用溶劑對(duì)一些線性可溶的高分子材料進(jìn)行溶解，然后通過過濾或離心方法除去無機(jī)填料成分，再加入沉淀劑使其完全沉淀。

第二十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（A）溶解-沉淀分離法預(yù)處理

樣品過程

加入沉淀劑↓高分子材料+溶劑→溶解→過濾（離心法）→沉淀→過濾→樣品

↓↓除去無機(jī)填料物除去有機(jī)沉淀物

注意：由于高分子溶解、分離均可能不完全（齊聚物、一種溶劑的溶解有效性），所以需要多次應(yīng)用此方法才可能得到較純的樣品。第二十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（B）萃取法預(yù)處理樣品過程

注意事項(xiàng)：由于此方法的目的是從固體中分離出增塑劑等有機(jī)助劑成分，所以選用溶劑時(shí)應(yīng)考慮避免與樣品的主要成分起反應(yīng)。

第二十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（B）萃取法預(yù)處理樣品過程

回流萃取：適用高分子中含少量可溶性添加劑；索式萃取：適用連續(xù)萃取。第二十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（1）液體樣品的預(yù)處理

注意：對(duì)液體樣品，如涂料、粘合劑，需破乳后才能進(jìn)行分離。破乳方法：加熱、加酸、加無機(jī)鹽、冷凍等方法。

(反之：增乳方法)第二十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日(2)制樣(A)溴化鉀壓片法(最常用)a.原理：因?yàn)殇寤浽诩t外區(qū)透明且無吸收，所以用溴化鉀為載體。

b.適用：固體粉末原料。

c.注意：需用純溴化鉀。討論：這種物質(zhì)對(duì)我們研究材料有何啟發(fā)？第二十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日什么地方需要應(yīng)用紅外線什么地方需要防紅外線第二十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日(2)制樣(A)溴化鉀壓片法(最常用)

d.

不同樣品的測試：

（I）彈性體樣品：通過萃取提出增塑劑，使樣品失去彈性而變硬；或通過低溫研磨制成粉末，然后與干冰一起再次研磨或滴液氮。

注意：橡膠不能熱壓！

（II）液狀樣品：直接涂在載玻片上，干后揭下即可測試。（III）微量樣品：放在固定測試用的中壓片上。

e.特制樣品：用石蠟糊住即可。第二十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日(3)制樣(B)鹵化物晶體涂片法

a.原理:用氯化鈉為晶片;對(duì)試樣的粘度小、揮發(fā)性不大的溶劑可夾在兩片鹵化物晶片間測定；

c.適合：未固化的粘稠樹脂、油墨、增塑劑、熱固性樹脂的裂解液；

d.溶劑選擇：四氯化碳適合1350~4000cm-1

二硫化碳適合200~1350cm-1

注意:

因?yàn)橹挥猩贁?shù)非極性高分子能溶解于這兩種溶劑中，所以參比池內(nèi)放入純?nèi)軇?。第二十八頁，共一百二十三頁?022年，8月28日(3)制樣(C)樣品富集法a.有些微量樣品混有很微量的無機(jī)雜質(zhì)，如用硅膠為載體提純樣品時(shí)，IR譜往往顯硅膠的吸收峰，如在800cm-1左右有強(qiáng)吸收，對(duì)樣品有造成干擾；b.有兩種解決方法：一是倒杯，二是使用溴化鉀粉末(1~2μm)，該法可使樣品的得率達(dá)到50~80%。第二十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日(3)制樣(D)直接樣品法a.用紅外光的一種反射法(ATR)，該法使用簡單，不會(huì)對(duì)樣品破壞，適應(yīng)紡織品、金屬上的油漆，使用的晶片為KRS-5、ZnSe等；*KRS-5是鉈的化合物，使用時(shí)應(yīng)注意安全.第三十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日(3)制樣(E)薄膜10~30μma.熔融制膜：聚合物在熔融時(shí)制成薄膜直接測試；注意：用最有效的溶劑，均勻的薄膜要時(shí)溶劑揮發(fā)掉，如在真空下干燥。b.熱壓成膜：用熱壓機(jī)在升溫后熱壓制膜。第三十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日(1)IR光譜的特征:P22,圖2-13.X軸-波數(shù)(cm-1)；Y軸-透光度T（%）或吸光率A（%）T（%）=100%×I/I0I-樣品透過光強(qiáng)度，I0–入射光強(qiáng)度；A（%）=lg(1/T)=lg(I0/I)2.1.3應(yīng)用第三十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.1.3應(yīng)用（2）紅外光譜三要素：

a.波峰位置：反映波譜的特征振動(dòng)頻率，是鑒能團(tuán)的基礎(chǔ)，依據(jù)峰位可確定聚合物的類型；

b.峰形狀：從峰的形狀可知分子的對(duì)稱性，旋轉(zhuǎn)異構(gòu)等特征；

c.峰強(qiáng)度：反映分子振動(dòng)時(shí)偶極矩的變化率，又與分子的含量成正比，可定量分析樣品。

強(qiáng)度－溫度、強(qiáng)度－時(shí)間、強(qiáng)度－壓力常用來研究材料加工反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。第三十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.1.3應(yīng)用（3）根據(jù)已知常用高聚物的特征峰，認(rèn)識(shí)樣品。（4）圖2－13，P22說明。三圖說明：（5）水溶液體系分析（固定池壁厚應(yīng)<0.02mm)

定量分析是依據(jù)光的吸收定律(Beer－LambertLaw)：

A=lg(1/T)=kcLk－消光系數(shù)，1/(mol.cm)；通過純物質(zhì)測得

A－吸光度（%）；T－透光度（%）；

c－樣品濃度（mol/L）；

L－樣品池厚度（cm）。第三十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.1.3應(yīng)用

（6）測取向度(P25)

例：等規(guī)聚丙稀(iPP)（上海石化）等規(guī)度94.5%，熔體流動(dòng)指數(shù)3.0g/10min，制成薄膜，210℃熔融10min后快速冷卻至0℃，室溫下以5mm/min的拉伸速率在拉伸機(jī)上進(jìn)行拉伸8倍（薄膜拉伸）。

紅外條件：分辨率4cm-1，以5℃/min升溫至100℃，用每2秒為一次樣品的速率交替記錄平行及垂直的紅外光譜，掃描波數(shù)400~4000cm-1。第三十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.1.3應(yīng)用(6)測取向度

A吸光度（%）A∥A⊥

307090T（℃）21.51.0說明在973cm-1譜帶iPP為平行譜帶；b.

在973cm-1>70℃iPP開始解取向，即取向度漸消失；c.

同樣在1220cm-1、2725cm-1也同樣結(jié)論。(7)ATR內(nèi)反射法測表面第三十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.2激光拉曼光譜

(RamanSpectroscopy)

原理(1)拉曼光譜是一種散射光譜，當(dāng)一束頻率為υ0的入射光照到物體上時(shí)，光的絕大部分能透過，而僅有0.1%的入射光與樣品分子之間發(fā)生非彈性碰撞，即能量交換，這種光散射稱為拉曼散射；反之，若發(fā)生彈性碰撞，若兩者之間沒有能量交換，這種光散射稱為瑞利(Rayleigh)散射，是彈性變化導(dǎo)致能量交換發(fā)生；

InelasticScatteringeffect，RamanScattering第三十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日SirChandrasekharaVenkataRamanBorn7November1888Died21November1970

(aged

82)

Bangalore,

MysoreState,IndiaNationalityIndianFieldsPhysicsInstitutionsIndianFinanceDepartment

UniversityofCalcutta

IndianAssociationfortheCultivationofScience

IndianInstituteofScience

CentralCollege,BangaloreUniversity1964

RamanResearchInstituteKnown

forRamaneffectNotableawardsNobelPrizeinPhysics

(1930)

FellowoftheRoyalSociety

（1924）SpouseLokasundariAmmal(1907–1970)父親是數(shù)學(xué)和物理學(xué)家1904年，物理學(xué)士1907年，碩士拉曼的2個(gè)貴人：ErnestRutherford（1908諾貝爾物理獎(jiǎng)-核物理之父）

K.S.Krishnan第三十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.2.1原理

(2)Stokes，Rayleigh

線及能量圖(a)瑞利和拉曼散射的能級(jí)圖；(b)散射譜線說明：處于基態(tài)（E0）的分子與光子發(fā)生非彈性碰撞，獲得能量到激發(fā)態(tài)（E1）可得到Stokes線；如果分子處于激發(fā)態(tài)（E1），與光子發(fā)生非彈性碰撞就會(huì)釋放能量到基態(tài)（E0），能得到反Stokes線。Rayleigh線，基態(tài)（E0）到基態(tài)（E0）或激發(fā)態(tài)（E1）。第三十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.2.1原理

(2)Stokes，Rayleigh

線及能量圖幾個(gè)公式：hυ=hυ0+△Eh－基態(tài)Planck’sconst.υ-分子運(yùn)動(dòng)(或振動(dòng)）頻率,υ0

－激光頻率△E1=hυ

△E=E1-E0Raman:

Stokes:hυ0-△E=h(υ0-υ)

Anti-Stokes:hυ0+△E=h(υ0+υ)第四十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.2.1原理(3)Raman位移即Stokes線與υ0之差；僅與分子的能級(jí)有關(guān)，25~4000cm-1；等于紅外位移。(4)拉曼散射條件分子振動(dòng)模式隨分子極化度發(fā)生變化。第四十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.2.1原理(5)去偏振度

ρ=I⊥／I∥，

I⊥，I∥分別表示與激光電矢量相垂直和相平行的譜強(qiáng)。(6)紅外與拉曼的區(qū)別a.紅外適用：極性官能團(tuán)，無水樣品，C=O的伸縮顯著，鏈狀高分子的取代基；b.拉曼適用：非極性官能團(tuán)，有水或無水樣品，C=C的伸縮顯著，碳鏈的振動(dòng)。第四十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.2.2測試方法(1)樣品準(zhǔn)備：簡單、隨意，固、液、粉末均可。(2)儀器：

FT－Raman光譜儀(完善于1986)。主要有激光發(fā)生器（He或Ne氣體，功率小于100W，波長6.328A)、聚焦鏡、過濾器、固定鏡、活動(dòng)鏡、分束器和拉曼探頭組成。第四十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.2.3應(yīng)用(1)聚乙烯、PET、PMMA拉曼與紅外比較。P32-33(2)測形變（峰位移）。P35-36(3)生物材料蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)：需對(duì)譜圖用數(shù)學(xué)方法，如二階導(dǎo)數(shù)、四階導(dǎo)數(shù)、曲線擬合等處理。

cm-1

16241631163716451654

結(jié)構(gòu)形態(tài)

β-折疊β-折疊彎曲無規(guī)彎曲α-螺旋及轉(zhuǎn)角第四十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.2.3應(yīng)用(3)生物材料：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

cm-116241631163716451654結(jié)構(gòu)形態(tài)

β-折疊β-折疊卷曲無規(guī)卷曲α-螺旋及轉(zhuǎn)角cm-1

166316681678168516901700結(jié)構(gòu)形態(tài)α-螺旋β-折疊β-折疊轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角α-螺旋結(jié)構(gòu)表征蛋白質(zhì)分子的酶密性；β-折疊、β-轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲等結(jié)構(gòu)反映了蛋白質(zhì)的擴(kuò)散性。第四十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.2.3應(yīng)用(3)生物材料：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)二硫鍵C－C－S－S－C－C的三種構(gòu)型在蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)中是重點(diǎn)：510cm-1：扭曲－扭曲－扭曲525cm-1：扭曲－扭曲－反式構(gòu)型540cm-1：反式－扭曲－反式505cm-1：－SH基團(tuán)被氧氧化，形成扭曲－扭曲－扭曲第四十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.2.3應(yīng)用(4)嵌段共聚物。(5)本人工作：a.測Lewis酸-堿特性；b.測毛細(xì)管與非毛細(xì)管吸收性；c.測木材中的不同成分；d.描述脫木素的分子動(dòng)力學(xué)特征。第四十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.2.3應(yīng)用(5)本人工作：

第四十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.2.3應(yīng)用(5)本人工作：

第四十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.2.3應(yīng)用(5)本人工作：

第五十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.2.3應(yīng)用(5)本人工作（纖維素）：第五十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.3紫外光譜

Ultra-VioletSpectroscopy2.3.1原理(1)紫外-可見吸收光譜屬分子吸收光譜，是由分子的外層價(jià)電子躍遷產(chǎn)生的，也稱電子光譜；(2)分子吸收UV-Vis區(qū)的輻射后，產(chǎn)生三種價(jià)電子形式：

a.形成單鍵的σ電子躍遷；

b.形成雙鍵的π電子躍遷；

c.未成鍵的n電子躍遷。第五十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.3紫外光譜2.3.1原理(3)電子躍遷與波長范圍之關(guān)系；第五十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.3紫外光譜原理(4)躍遷電子能級(jí)順序σ→σ*>n→σ*≥π→π*>n→π*<150nm150~250nm<200nm>200nm(5)UV-Vis與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系

a.飽和有機(jī)化合物：烷烴類保護(hù)有機(jī)化合物只有σ電子，只有σ→σ*躍遷，吸收帶在遠(yuǎn)紫外區(qū)（FarUV,<200nm)，C-C鍵；

b.不飽和脂肪族有機(jī)物：此類化合物含π電子，產(chǎn)生π→π*躍遷，在175~200nm(FarUV),C=C鍵；第五十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.3紫外光譜2.3.1原理(5)UV-Vis與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系

c.芳香化合物：苯環(huán)有π→π*躍遷，在

250nm近處有4個(gè)強(qiáng)吸收峰，在180和200有

E帶吸收；

d.不飽和雜環(huán)化合物：此類也有UV吸收；

e.溶劑的影響：

Ⅰ.n→π*躍遷隨溶劑極性增大而向短波方向移動(dòng)；

Ⅱ.π→π*躍遷隨溶劑極性增大而向長波方向移動(dòng)。

f.無機(jī)化合物：本身顏色對(duì)吸收有影響。第五十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.3紫外光譜2.3.1原理(6)吸收帶的類型：反映各基團(tuán)的電子躍遷形式及各基團(tuán)相互作用的效應(yīng)。

a.R吸收帶：由n→π*躍遷而形成，主要是鹵代烷烴類化合物，當(dāng)烷烴類化合物的H原子被電負(fù)性大的O,N,S,X等取代后，由于孤對(duì)n

電子比σ電子易激發(fā)，吸收峰向長波方向位移，形成-OH,-NH2,-NR2,-OR,-SR,-Cl,-Br等基團(tuán)；

b.K吸收帶：由π→π*躍遷而形成的吸收帶，吸收系數(shù)大，譜帶強(qiáng)，常有-NR2,-OR,-SR,-Cl,-CH3等基團(tuán)；第五十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.3紫外光譜2.3.1原理(6)吸收帶的類型

c.B吸收帶：π→π*躍遷（苯環(huán)及雜環(huán)）特征譜帶；

d.E吸收帶：芳香族化合物的特征譜帶。(7)聚合物中常見基團(tuán)的UV吸收特征與ε（原子吸收系數(shù)），ε是吸光分子（離子）的一個(gè)特征常數(shù)，當(dāng)被測物濃度單位是g/L時(shí)，ε=a,稱吸光系數(shù)。(8)生色基團(tuán)與助色基團(tuán)：

a.具有雙鍵結(jié)構(gòu)的基團(tuán)為生色基團(tuán)，主要是π→π*(凡是向π*躍遷的基團(tuán)都是生色基團(tuán))

b.某些基團(tuán)本身不是生色基團(tuán)，但可通過非鍵電子的分配導(dǎo)致生色，如-NH2,-NR2，-Cl,-Br,-I。(助色基團(tuán))第五十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日問題：4個(gè)吸收帶中有一樣的嗎？接近的？第五十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日基團(tuán)名稱(生色基團(tuán)）λ(nm)εmaxC=C175185140008000C≡C175195223100002000150C=O16018528018000500015C=C-C=C21720000184200255600004000204聚合物中常見基團(tuán)的UV吸收特征與ε第五十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.3紫外光譜2.3.2儀器及測試方法UV-Vis分光光度計(jì)的組成：光源、單色器、樣品吸收池、檢測系統(tǒng)、儀表指示及顯示系統(tǒng)；第六十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.3紫外光譜2.3.2儀器及測試方法A.光路圖：B.系統(tǒng)介紹光源：鎢燈：320~2500nm,電加熱放光；鹵鎢燈：在鎢燈中加入鹵素以提高壽命發(fā)光效率；氣體發(fā)電燈：氫燈，氘燈(167~375nm)，汞燈(200~400nm)。單色器：是分光光度計(jì)的心臟，由狹縫，色散元件(光柵)，準(zhǔn)直鏡等組成，作用是把混合光分解成各種波長的單色光。樣品池：材料是石英和玻璃，常見光程有1,2,10cm,為方形和長方形。第六十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.3紫外光譜2.3.2儀器及測試方法B.系統(tǒng)介紹檢測器：作用是對(duì)透過樣品池的光作出反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成電訊號(hào)輸出,電訊號(hào)強(qiáng)度正比透過光的強(qiáng)度。一般是硒光電池，光電管，光電倍增管。儀表顯示系統(tǒng)：檢流計(jì)，μA表，電位計(jì)，電壓表，X-Y記錄儀，示波器等組成。(2)測試過程

a.將參比樣品放入?yún)⒈瘸?；如蒸餾水。

b.將被測樣品放入樣品池。第六十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.3紫外光譜2.3.2應(yīng)用高分子材料的定性分析；高分子發(fā)色團(tuán)最長的吸收波長聚苯乙烯苯基270，280(吸收邊界)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯對(duì)苯二甲酸酯基290(吸收),300聚甲基丙烯酸酯脂肪族酯基250~260(吸收邊界)聚醋酸乙烯脂肪族酯基210(最大值處)聚乙烯基咔唑咔唑基345第六十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.3紫外光譜2.3.2應(yīng)用(2)共聚物的分析；p44第六十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.3紫外光譜2.3.2應(yīng)用(3)測食品生物體中的維生素C和E成份；維生素C(抗壞血酸)和維生素E，均起抗氧化作用，即在一定時(shí)間內(nèi)能防止油脂變質(zhì)。因?yàn)榫S生素C水溶性，維生素E脂溶性，但均可溶于無水乙醇，所以能在同一溶劑中測試。以無水乙醇為參比液，將維C(標(biāo)準(zhǔn)樣品)/無水乙醇的不同濃度4/50、6/50、8/50、10/50，測得吸收光譜(維C),同理得到維E的吸收光譜。第六十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.3

紫外光譜2.3.2應(yīng)用(3)測食品生物體中維生素C和E

由A(維C)-λ(維C)圖,可知維C的吸收系數(shù)

a維C=A/(bc)

由A(維E)-λ(維E)圖,可知維E的吸收系數(shù)

a維E=A/(bc)

所以對(duì)未知樣品測時(shí)可用c=A/(a維Cb)測維C,c=A/(a維Eb)測維E濃度。(4)測纖維素類材料中的木質(zhì)素第六十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.3

紫外光譜問題:

紫外光譜應(yīng)用受什么局限?只有具有重鍵和芳香共軛體系的高分子才有近紫外活性第六十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.4核磁共振光譜

(NMRSpectroscopy)與紅外、紫外、拉曼等一樣，都屬于吸收光譜；按核分類：氫核-1HNMR

碳核-13CNMR

第六十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日原子是由電子和原子核組成的。原子核帶正電，它們可以在磁場中旋轉(zhuǎn)。磁場的強(qiáng)度和方向決定原子核旋轉(zhuǎn)的頻率和方向。在磁場中旋轉(zhuǎn)的原子核有一個(gè)特點(diǎn)，即可以吸收頻率與其旋轉(zhuǎn)頻率相同的電磁波，使原子核的能量增加，當(dāng)原子核恢復(fù)原狀時(shí)，就會(huì)把多余的能量以電磁波的形式釋放出來。這一現(xiàn)象如同拉小提琴時(shí)琴弓與琴弦的共振一樣，因而被稱為核磁共振。第六十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日FelixBloch

費(fèi)利克斯·布洛赫

出生1905年10月23日

瑞士蘇黎世逝世1983年9月10日

瑞士蘇黎世居住地瑞士、美國國籍瑞士研究領(lǐng)域物理學(xué)家任職于斯坦福大學(xué)母校蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院

萊比錫大學(xué)博士導(dǎo)師維爾納·海森伯著名成就核磁共振獲獎(jiǎng)

諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)（1952年）第七十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日愛德華·珀塞爾

出生1912年8月30日

伊利諾伊州泰勒維爾逝世1997年3月7日國籍美國研究領(lǐng)域物理學(xué)家任職于麻省理工學(xué)院

哈佛大學(xué)母校普渡大學(xué)

哈佛大學(xué)著名成就核磁共振

史密斯-珀塞爾效應(yīng)

21厘米線獲獎(jiǎng)

諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)（1952年）第七十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日物質(zhì)是由原子組成的，而原子的主要部分是原子核。如果把物體放置在磁場中，用適當(dāng)?shù)碾姶挪ㄕ丈渌缓蠓治鏊尫诺碾姶挪ň涂梢缘弥獦?gòu)成這一物體的原子核的位置和種類，據(jù)此可以繪制成物體內(nèi)部的精確立體圖像。第七十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日保羅·勞特布爾（PaulLauterbur），美國科學(xué)家。1929年生于美國俄亥俄州小城悉尼，1951年獲凱斯理工學(xué)院理學(xué)士，1962年獲費(fèi)城匹茲堡大學(xué)化學(xué)博士。1963年至1984年間，勞特布爾作為化學(xué)和放射學(xué)系教授執(zhí)教于紐約州立大學(xué)石溪分校。在此期間，他致力于核磁共振光譜學(xué)及其應(yīng)用的研究。他致力于核磁共振光譜學(xué)及其應(yīng)用的研究。勞特布爾還把核磁共振成像技術(shù)推廣應(yīng)用到生物化學(xué)和生物物理學(xué)領(lǐng)域。1985年至今，他擔(dān)任美國伊利諾伊大學(xué)生物醫(yī)學(xué)核磁共振實(shí)驗(yàn)室主任。因在核磁共振成像技術(shù)領(lǐng)域的突破性成就，獲得2003年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。于2007年3月27日在美國伊利諾伊州烏爾班納市逝世，享年77歲。把物體放置在一個(gè)穩(wěn)定的磁場中，然后再加上一個(gè)不均勻的磁場（即有梯度的磁場），再用適當(dāng)?shù)碾姶挪ㄕ丈溥@一物體，這樣根據(jù)物體釋放出的電磁波就可以繪制成物體某個(gè)截面的內(nèi)部圖像。第七十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日彼得·曼斯菲爾德爵士，F(xiàn)RS（英語：SirPeterMansfield，1933年10月9日－），英國物理學(xué)家，皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，諾汀罕大學(xué)教授。由于在核磁共振成像的研究，他與美國科學(xué)家保羅·勞特伯一起獲得了2003年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。曼斯菲爾德1933年出生于英國倫敦，1959年獲倫敦大學(xué)瑪麗女王學(xué)院理學(xué)士，1962年獲倫敦大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位。1962年擔(dān)任美國伊利諾伊大學(xué)物理系助理研究員，1964年到英國諾丁漢大學(xué)物理系擔(dān)任講師、物理系教授。除物理學(xué)之外，曼斯菲爾德還對(duì)語言學(xué)、閱讀和飛行感興趣，并擁有飛機(jī)和直升機(jī)兩用的飛行員執(zhí)照。把物體放置在一個(gè)穩(wěn)定的磁場中，然后再加上一個(gè)不均勻的磁場（即有梯度的磁場），再用適當(dāng)?shù)碾姶挪ㄕ丈溥@一物體，這樣根據(jù)物體釋放出的電磁波就可以繪制成物體某個(gè)截面的內(nèi)部圖像。第七十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.4核磁共振光譜

2.4.1原理(1)原子核與磁場的關(guān)系

a.核自旋量子數(shù)I≠0的原子核在磁場中能產(chǎn)生核自旋能量分裂，形成不同的等級(jí)，可使特定結(jié)構(gòu)環(huán)境中的原子核在射頻輻射條件下實(shí)現(xiàn)共振躍遷，此時(shí)共振的訊號(hào)位置核強(qiáng)度就形成核磁共振譜(NMR譜)；

b.共振訊號(hào)位置反映樣品分子的局部結(jié)構(gòu),如官能團(tuán)；

c.共振訊號(hào)的強(qiáng)度與原子核在分子中存在的量有關(guān)。自旋量子數(shù)I=0的核，如12C、16O、32S沒有共振躍遷；自旋量子數(shù)I≠0的原子核，如1H、

13C、19F、31P、15N等都可在磁場中產(chǎn)生共振訊號(hào)；第七十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.4核磁共振光譜2.4.1原理(1)原子核與磁場的關(guān)系

d.產(chǎn)生核磁共振的條件：核自旋時(shí)要有磁矩(μ)產(chǎn)生，即I≠0時(shí);

核的自旋具有角動(dòng)量(p).

兩者關(guān)系如下：

μ=rp

式中:r－磁旋比，是核的特征常數(shù)；核磁矩μ－以核磁子β為單位,β＝5.05×10-27J/T是個(gè)常數(shù)。

第七十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.4核磁共振光譜2.4.1原理一些常見核的磁性質(zhì)核磁矩/β磁旋比/(rad/T.s)在1.409T磁場NMR頻率/MHz1H2.792726.753×10460.00013C0.70226.723×10415.08619F2.627325.179×10456.44431P1.130510.840×10424.288角動(dòng)量p的絕對(duì)值由下式表示：︱p︱=[I(I+1)]1/2(h/6.28)I-自旋量子數(shù);h-Planckcons.第七十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.4核磁共振光譜2.4.1原理(1)原子核與磁場的關(guān)系

e.共振訊號(hào)的位移(化學(xué)位移δ)

若選某一標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，并定義它為δ=0，則其它化合物的位移與這一標(biāo)樣有比較；

δ=(υ試樣-υ標(biāo)樣)/υ試樣×106(ppm)

δ與磁場強(qiáng)度無關(guān)，與儀器無關(guān)；

υ試樣－試樣被測時(shí)的核磁共振頻率；

υ標(biāo)樣－標(biāo)準(zhǔn)物的核磁共振頻率。

(四甲基硅烷TMS常用作標(biāo)樣，在1H、13C譜的位移被定義為0；固體標(biāo)樣為二甲砜DMS)。見p50,圖5－8 第七十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.4核磁共振光譜2.4.1原理(1)原子核與磁場的關(guān)系

f.自旋－自旋偶合現(xiàn)象：磁性核之間的相互作用使共振峰分裂成多重峰的現(xiàn)象。

偶合強(qiáng)度J用多重譜線的間隔表示，以Hz為單位。多重譜線數(shù)=2nI+1n－被討論的核相鄰的磁性核的數(shù)目，對(duì)質(zhì)子，I=1/2，譜線數(shù)=n+1。

J(Hz)與△υ(Hz)關(guān)系:J僅與化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)，△υ與磁場強(qiáng)度有關(guān)。

g.J與化學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)系（H-H的J最大，C-C的J最小。）

P51圖5－9p50圖5-7第七十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.4核磁共振光譜2.4.1原理(1)原子核與磁場的關(guān)系

h.影響δ的因素：（Ⅰ）化合物的電負(fù)性；（Ⅱ）電子環(huán)流效應(yīng)；（Ⅲ）溶劑效應(yīng)，在1H譜測定中不用帶H的溶劑。第八十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.4核磁共振光譜2.4.2測試方法(1)儀器的結(jié)構(gòu)，p48圖5－2

共五部分：磁鐵、掃描器、射頻接受器核檢測器、射頻振蕩器、樣品支架。(2)測試

a.保持電磁波的頻率υ不變而改變磁場強(qiáng)度（常用）；

b.連續(xù)波工作方式;c.信號(hào)的傅立葉變換處理。第八十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.4核磁共振光譜2.4.3應(yīng)用(1)測化合物的結(jié)構(gòu)；

a.p53圖5－11，依據(jù)H譜分析；

b.鑒別，p55~56依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)譜圖。(2)共聚物組成p54(3)高分子的立構(gòu)規(guī)整性的測定∵高分子(均聚)大都有一個(gè)手性中心原子，每個(gè)手性中心的構(gòu)型有d和l兩種；構(gòu)成高分子時(shí)，如鏈上相鄰兩個(gè)單體單元的取向相同時(shí)叫dd或ll，用m(meso）表示，如不同用r(racemic)表示；∴兩單元組有m和r兩種，mm、rr；第八十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.4核磁共振光譜2.4.3應(yīng)用(3)高分子的立構(gòu)規(guī)整性的測定∴I.兩單元組有m和r兩種，mm、rr；

II.三單元組有mm、rr、mr；

III.四單元組有mmm、mmr、rmr、mrm、

mrr、rrr；

IV.如各單元組構(gòu)型相同即為全同mmmmm—----V.如相鄰的單體構(gòu)型都不相同即rrrrr------為

間同;VI.如為不規(guī)則分布，則稱為無規(guī)或雜同例p61圖5－21，5－22

第八十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.4核磁共振光譜2.4.3應(yīng)用

全同度m(%)=100×(有m的單元組之和(有mr計(jì)0.5mr)/所有單元組之和)(見P62)(4)支化結(jié)構(gòu)研究；p62(5)鏈接方式研究；p63(6)測固體的孔結(jié)構(gòu)，分布；瑞典紙所發(fā)表文章；(7)測高分子超慢運(yùn)動(dòng)，某高分子在不同溫度下峰形變化來判斷；(8)研究分子鏈取向分布；(9)NMR顯微成像，分辨率<10μm較拉曼65μm小;(10)溶劑在高分子中的擴(kuò)散研究第八十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.4核磁共振光譜

問題

NMR各代表什么意義?

圖5-22中最右面未表征的峰應(yīng)該是什么構(gòu)型?第八十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5X射線及光譜

分類：大角X射線衍射WAXD→小分子；小角X射線衍射SAXD→大分子；X射線光電子能譜XPS→大、小分子都可。1914年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，馬克斯·馮·勞厄MaxvonLaue，1879年10月9日－1960年4月24日（德國）。1915年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，布拉格父子（英國）。第八十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日MaxvonLaue馬克斯·馮·勞厄1914年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

出生1879年10月9日，德國科布倫茨逝世1960年4月24日（80歲），西柏林國籍德國研究領(lǐng)域物理學(xué)家任職于蘇黎世大學(xué)，法蘭克福大學(xué)

柏林洪堡大學(xué)，馬克斯·普朗克學(xué)會(huì)母校斯特拉斯堡大學(xué)，格丁根大學(xué)

慕尼黑大學(xué)，柏林洪堡大學(xué)（博士學(xué)位）博士導(dǎo)師馬克斯·普朗克博士學(xué)生弗里茨·倫敦；萊奧·齊拉特著名成就X射線的衍射

第八十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日馮·勞厄的發(fā)現(xiàn)源自于他對(duì)光波通過周期性結(jié)晶顆粒問題的討論，他得出一個(gè)想法，電磁射線的波長越短，正如X射線所呈現(xiàn)的那樣，會(huì)在某種介質(zhì)中引起衍射或者干涉現(xiàn)象，而晶體則正是這樣一種介質(zhì)。雖然當(dāng)時(shí)參與討論的他的同事對(duì)此提出了反對(duì)意見，但是Sommerfeld的助手W.Friedrich與P.Knipping對(duì)此進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，在經(jīng)歷了幾次失敗后，終于成功證明了這一想法的正確性。馮·勞厄給出了這一現(xiàn)象的數(shù)學(xué)公式，并于1912年發(fā)表了這一發(fā)現(xiàn)。這是固體物理學(xué)中具有里程碑意義的發(fā)現(xiàn)，從此，人們可以通過觀察衍射花紋研究晶體的微觀結(jié)構(gòu)，并且對(duì)生物學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)的發(fā)展都起到了巨大的推動(dòng)作用。第八十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日SirWilliamHenryBragg威廉·亨利·布拉格爵士

1915年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

出生1862年7月2日，英國威格頓逝世1942年3月10日（79歲），英國倫敦國籍英國研究領(lǐng)域物理、化學(xué)任職于阿德萊德大學(xué)（1886-1908），利茲大學(xué)（1909-1915），倫敦大學(xué)學(xué)院（1915-1923）

皇學(xué)研究所母校劍橋大學(xué)博士導(dǎo)師愛德華·約翰·勞思；

J·J·湯姆孫博士學(xué)生

威廉·勞倫斯·布拉格；凱瑟琳·朗絲黛耳

威廉·阿斯特伯里第八十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日SirWilliamLawrenceBragg威廉·勞倫斯·布拉格爵士1915年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)（25歲）

出生1890年3月31日，澳大利亞阿德萊德逝世1971年7月1日，英國伊普斯威奇國籍

澳大利亞，

英國任職于曼徹斯特維多利亞大學(xué)；劍橋大學(xué)

皇家研究所母校14歲阿德萊德大學(xué)；劍橋大學(xué)博士導(dǎo)師

J·J·湯姆孫；

威廉·亨利·布拉格著名成就X射線的衍射1937年劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主任；研究生第一年時(shí)發(fā)現(xiàn)以他的姓命名的定律；愛好包括繪畫、文學(xué)和園藝。第九十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日PeterDebye彼得·德拜

1936年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)出生1884年3月24日荷蘭馬斯特里赫特逝世1966年11月2日美國紐約州伊薩卡居住地德國，荷蘭，瑞士，美國國籍荷蘭-美國研究領(lǐng)域化學(xué)家任職于蘇黎世大學(xué)（1911年-1912年），烏得勒支大學(xué)（1912年-1914年），格奧爾格-奧古斯特格丁根大學(xué)

（1914年-1920年），蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（1920年-1927年），萊比錫大學(xué)（1927年-1934年），柏林大學(xué)，康奈爾大學(xué)（1940年-1950年）母校亞琛科技大學(xué)；慕尼黑大學(xué)博士導(dǎo)師阿諾·索末菲博士學(xué)生拉爾斯·翁薩格、弗里茨·茲威基著名成就德拜模型；德拜松弛第九十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5X射線及光譜2.5.1WAXD的原理a.X射線種類(依波長而定)：白色X射線：具有連續(xù)變化波長；特征X射線：電壓超過臨界值時(shí)的特定波長。b.X射線與電磁波的關(guān)系：

X射線是一種波長很短的電磁波,與電壓有關(guān).

λk=12.4/Vkλk－電磁波的波長0.001~10nm范圍,但0.05~0.25nm為常用波段；

Vk－電壓(kv)c.X－Ray產(chǎn)生的原因是因?yàn)樵觾?nèi)層電子在高速運(yùn)動(dòng)電子的沖擊下產(chǎn)生躍遷而發(fā)射的輻射，所以X－Ray衍射就是將X－Ray作為輻射源.第九十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5X射線及光譜2.5.1WAXD的原理d.衍射概念：(diffraction)

晶體中原子散射的電磁波互相干涉和相互疊加，在某一方向得到加強(qiáng)或抵消的現(xiàn)象稱為衍射，相應(yīng)的方向也叫衍射方向；材料中具有晶區(qū)，就會(huì)有XD現(xiàn)象。e.散射概念：(scattering)

當(dāng)一束平行的X光投射到晶體上，一部分被吸收，使晶體產(chǎn)生周期性變化的電磁場，使原子中的電子也進(jìn)行周期性振動(dòng)，并使振動(dòng)著的電子成了新的電磁波波源，向四面八方發(fā)射出與入射X射線波長、相位均相同的電磁波的現(xiàn)象稱為散射。原子散射X射線的能力與原子中所含電子數(shù)成正比。材料中具有晶區(qū)和非晶區(qū)，就會(huì)有XS現(xiàn)象。第九十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5X射線及光譜2.5.1WAXD的原理f.晶體：由原子、離子或分子在空間按周期性排列而形成的固態(tài)物質(zhì)。所謂周期性即按一定數(shù)量、種類的原子、離子或分子在空間排列上，每隔一定距離重復(fù)出現(xiàn)前面的排列形式。

每種晶體都有自己特定的衍射圖。g.Bragg方程與衍射條件：p69圖7－1

nλ＝2dsinθn－衍射級(jí)數(shù)=波長整數(shù)；

λ－入射的X射線波長；

d－兩晶面之間的距離；

θ－入射角。

第九十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5X射線及光譜Bragg方程的說明只有當(dāng)光程差為入射X射線波長整數(shù)倍時(shí)衍射才能相互加強(qiáng)，即符合Bragg方程；在試驗(yàn)中，由于λ已知，θ可測出，所以d可求出。第九十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5X射線及光譜2.5.2WAXD測試方法(1)儀器：X射線儀主要由X射線發(fā)生源、測角儀、測X射線強(qiáng)度的計(jì)數(shù)－記錄裝置；(2)多晶照相法：試樣是多晶或非多晶材料，比如：高聚物可能具有非晶態(tài)、半晶態(tài)；

(a)測纖維、粉末，利用X射線的感光效應(yīng)，用特制膠片記錄材料的衍射方向和強(qiáng)度。P71圖7－7四種聚集態(tài)。

(b)多晶照相法作用：判斷試樣的結(jié)晶狀況

I、有無結(jié)晶：有結(jié)晶－呈環(huán)狀；無結(jié)晶－散射；

II、是否擇優(yōu)取向：擇優(yōu)取向－呈環(huán)狀；部分擇優(yōu)取向－呈現(xiàn)不連續(xù)的環(huán)形線條；不擇優(yōu)取向－同心環(huán)；

III、取向程度：環(huán)色度、直徑。第九十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5X射線及光譜2.5.2WAXD測試方法(3)多晶衍射儀法（峰位＝2θ）

a.樣品厚度<1mm，均勻，平整，纖維制成粉末狀。

b.衍射強(qiáng)度I和衍射角2θ的關(guān)系。P73圖7－10

判斷準(zhǔn)則：

I、有無結(jié)晶：有－尖峰，且無肩峰；無－無尖峰；

II、有無半晶：有-尖峰＋肩峰；

II、是否擇優(yōu)取向：擇優(yōu)－I強(qiáng)度大；不擇優(yōu)－I強(qiáng)度小。第九十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5X射線及光譜2.5.3WAXD應(yīng)用(1)物相分析：分析元素間化學(xué)結(jié)合狀態(tài)和物質(zhì)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)；

a.鑒別是否有結(jié)晶：有結(jié)晶－有尖峰；有半晶－尖峰+肩峰；無結(jié)晶－無尖峰。

b.鑒別聚合物：與標(biāo)準(zhǔn)樣品的圖對(duì)比，需2θ的度數(shù)。

c.識(shí)別晶體類型：與標(biāo)準(zhǔn)樣品比較。(2)結(jié)晶度的測定:(尖峰與彌散隆峰之比)

質(zhì)量結(jié)晶度Xc=Ic/(Ic+kIa)Xc－結(jié)晶度指數(shù)；Ic－晶態(tài)部分衍射強(qiáng)度（尖峰）；

Ia－非晶態(tài)部分衍射強(qiáng)度（隆峰）；

Ic－晶態(tài)部分衍射強(qiáng)度（尖峰）；

k－單位質(zhì)量非晶態(tài)與單位質(zhì)量結(jié)晶態(tài)的相對(duì)射線系數(shù)，約為1；第九十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5X射線及光譜2.5.3WAXD應(yīng)用(2)結(jié)晶度的測定:Xc=Sc/(Sc+Sa)=Sc/S總＝S尖/S總

Sc－晶態(tài)面積；Sa－非晶態(tài)面積

S總－總面積。

(3)取向測定：僅對(duì)晶區(qū)（尺寸在50-500?）分子鏈取向有效。取向指數(shù)法：假定晶區(qū)分子鏈方向?yàn)榫w的軸方向。

取向指數(shù)R=[(180°－H)/180°]×100%H由實(shí)驗(yàn)獲得，單位為角度。

H=0°，R=100%完全取向；

H=180°，R=0%完全不取向，即無規(guī)。第九十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5X射線及光譜2.5.3WAXD應(yīng)用(4)晶粒尺寸測定（受較多因素影響）

D=kλ/(βcosθ)λ－單色入射X射線波長；

k－系數(shù)；

β－晶粒尺寸減小造成的衍射峰增寬量；

θ－所規(guī)定晶面族產(chǎn)生衍射時(shí)，入射線與該族晶面之間的夾角；

D－所規(guī)定晶面族法線方向的晶粒尺寸。第一百頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5X射線及光譜2.5.4SAXSWAXD與SAXS的比較：

WAXD測的角度大(>5°)→d小(零點(diǎn)幾納米到幾納米);SAXS測的角度小(1~2°)→d大(幾納米到幾十納米)。第一百零一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5X射線及光譜2.5.5XPS=ESCA(electronspectroscopychemicalanalysis)(1)特點(diǎn)：取樣深度：5~10nm；能給出不同元素的定量分析。(2)應(yīng)用：光電效應(yīng)具有一定能量的入射光子同樣品中的原子相互作用時(shí)，單個(gè)光子把它的全部能量交給原子中某殼層上一個(gè)未束縛的電子，而該電子把一部分能量用來克服結(jié)合能，把余下的作為本身的動(dòng)力發(fā)射成為光電子。第一百零二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5X射線及光譜2.5.5XPS(2)應(yīng)用：光電效應(yīng)

光電子動(dòng)能hυ=Ev+Eb+φhυ－物質(zhì)吸收已知入射光子的能量；

Ev－光電過程所發(fā)射的光電子動(dòng)能；

Eb－電子結(jié)合能；

φ－與體系電子層結(jié)構(gòu)無關(guān)，而與樣品、儀器有關(guān)的系數(shù)。(3)測試方法：儀器構(gòu)造：由能量分析器(半球狀)、若干組透鏡、X射線槍、分析器、記錄儀組成。第一百零三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5X射線及光譜2.5.5XPS(4)XPS的應(yīng)用：（X軸坐標(biāo)為結(jié)合能，單位為ev。）

I、首先對(duì)掃描得到的結(jié)合能圖做定性分析，再對(duì)其中的峰作進(jìn)一步的分析。如C1S的價(jià)態(tài)和結(jié)構(gòu)分析，結(jié)合能的差異。

II、根據(jù)聚合物中的C和O的位移、面積表征不同官能團(tuán)。因?yàn)椴煌倌軋F(tuán)有不同的電子結(jié)合能(ev)第一百零四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5X射線及光譜原子結(jié)合形式C13結(jié)合能(ev)286.6287.9289.1287.8296.6第一百零五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5X射線及光譜2.5.5XPS(4)XPS的應(yīng)用:III、根據(jù)圖中各原子的比值，如C/O，C/S，O/S對(duì)所測材料進(jìn)行表征。但此結(jié)果須在對(duì)C1S峰進(jìn)行進(jìn)一步分析后才可以得到。

例：JanneLaine的工作：C1-4有C1S峰進(jìn)一步分析得到。

O/CC1C2C3C4纖維素：理論0.83－8317－實(shí)測0.80675181木質(zhì)素：理論