高聚物红外光谱分析制样方法的改进

来源：天津市港东科技发展有限公司 发布时间：2007年2月1日

　　高聚物红外光谱分析制样方法的改进

　　刘立军　姜　恒　宫　红　苏婷婷 (辽宁石油化工大学石油化工学院　抚顺　113001)

　　摘要：介绍了高聚物样品的常规制样方法，并指出了各种方法的不足之处，提出了一些改进的制样方法。对可溶解于低沸点有机溶剂的高聚物，将其配成溶液，将空白KBr压片在其中浸渍后挥发掉有机溶剂制样，并与常规浇铸薄膜法制样所测谱图进行对比;对不溶解于低沸点有机溶剂的样品，可以通过砂纸、锉刀或锋利的刀片等工具将高聚物制成粉末，然后采用KBr压片法制样，并与衰减全反射光谱法(ATR)所测谱图进行对比。

　　通过对比得出结论：在谱图质量上，改进的制样方法所测谱图同ATR法以及常规制样方法所测谱图基本一致，但改进的方法操作简单，省时，省成本，弥补了常规制样方法的不足。

　　关 键 词　红外光谱，KBr压片，浸渍，高聚物。 中图分类号：O657.33　　　文献标识码：B　　　文章编号：

　　1　前言

　　红外光谱在聚合物分析和鉴定中有着极为重要而又非常广泛的应用。聚合物红外光谱分析中非常关键的一步是样品的制备，红外光谱的质量在很大程度上取决于制样方法。

　　聚合物的一般制样方法有以下四种[1]：

　　(1)浇铸薄膜法，是在一定条件下将聚合物溶解于适当的溶剂中，然后将样品溶液滴在适当的载体上，挥发掉溶剂，将膜取下，制得样品膜。这是一种最常用的制样技术，但此法揭膜困难，而且还可能由于铸膜引起分子取向和晶形的改变。若是在盐窗上成膜，虽可直接用于测定，但盐窗比较昂贵，稍微使用不当就容易破裂;

　　(2) 热压薄膜法，是将样品放在模具中加热到软化点以上或熔融后再加压力压成厚度合适的薄膜。由于此法要求在一定的热压装置和较高的温度条件下进行，在制样过程种，某些聚合物会因受热而氧化，或者在加压时产生定向，从而使光谱发生某些变化;

　　(3) KBr压片法，是将高聚物样品研细后和KBr粉末混研，待样品与KBr混合均匀，装入模具内放在油压机上加压，使成为透明的晶片。但多数高聚物难于直接研成很细的粉末，因此难于制作KBr晶片;

　　(4) 切片法，用于不能采用溶解、熔融或加压等手段改变其物理状态的高聚物样品的制备。此法关键是要掌握切削技巧，正确选择切削条件。其它方法如溶液法、悬浮法在聚合物鉴定中很少使用。

　　针对上述各种方法的优点和不足，本文提出了一些改进措施：将空白KBr压片浸渍于用低沸点有机溶剂溶解的高聚物的溶液中，挥发掉有机溶剂制样来代替浇铸薄膜法，既可以省去揭膜操作，又可以减少对盐窗的损耗;在用KBr压片法制样的过程中，对于难以粉碎的样品，可以借助砂纸、锉刀或锋利的刀片将高聚物制成很细的粉末。上述制样方法在已知的制样方法文献中均没有报导[2, 3]。

　　2　实验部分

　　2.1　仪器设备和参数设置 采用傅立叶变换红外光谱仪，中红外FR-DTGS检测器，测定范围4000-400cm-1，扫描次数16次，分辨率4cm-1。

　　2.2 测试样品 高抗冲聚苯乙烯(HIPS)；丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)；乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)；饮料瓶；窗体防寒隔热材料；变压器上的绝缘板。

　　2.3　实验方法 分别以苯、环己烷和氯仿为溶剂，将HIPS、SBS和EVA配成浓度为1-20%的溶液。 自制数个合格的空白KBr压片，放入干燥器中备用。

　　2.3.1　浇铸薄膜法 将配好的HIPS的溶液滴在KBr窗片上，待溶剂挥发后，连同池窗片一起进行红外光谱测量。同样方法绘制SBS和EVA的红外光谱图。

　　2.3.2　空白KBr压片浸渍法 将空白KBr压片浸渍于配好的HIPS溶液中，取出，先在室温下进行缓慢蒸发，以免在膜上留下气孔，当膜固化时再在红外灯下除去残留的溶剂，用于测定。同样方法绘制SBS和EVA的红外光谱图。

　　2.3.3　改进的KBr压片法 借助砂纸、锉刀或锋利的刀片等工具将饮料瓶制成很细的粉末，在玛瑙研钵中将其与KBr粉末混合研匀，装入模具内放在油压机上加压成型，使成为透明的晶片，测绘其光谱。同样方法对HIPS、窗体防寒隔热材料及变压器上的绝缘板制样，绘制红外光谱图。

　　2.3.3 衰减全反射法 调整ATR附件反射镜的角度，使得输出到检测器的输出能量达最大值，入射角为45°，在饮料瓶上较平整的部位剪下一小块，将其紧压在ZnSe晶片上，测其红外光谱。

　　3 结果与讨论 

图 1　EVA的红外谱图 (a)浇铸薄膜法 (b)空白KBr压片浸渍法 

图2 SBS的红外谱图 (a)空白KBr压片浸渍法 (b)浇铸薄膜法 

图3 HIPS的红外谱图 (a)空白KBr压片浸渍法 (b)浇铸薄膜法 

图4 KBr压片法所测变压器上绝缘板的红外谱图 

图5 KBr压片法所测防寒隔热材料的红外谱图 

图6 饮料瓶的红外谱图 (a) ATR法 (b) KBr压片法 

分别将图1、图2、图3中空白KBr压片浸渍法所测谱图与浇铸液膜法所测谱图进行对比，可以看出，两种方法所测谱图基本一致，也就是说，可以采用空白KBr压片浸渍法对样品进行定性分析。但采用浇铸薄膜法制样，若在成膜介质上铸膜，则膜的揭取比较困难;若在KBr窗片上铸膜，虽不用揭膜，但其窗片容易受到水或水蒸气的侵蚀，当水被它的表面所吸收时，使样品透过率降低，并且不大容易清除样品在其表面留下的最后痕迹[3]，亦即盐窗维护起来相当不易。现在采用空白KBr压片浸渍法制样，或者避免了揭膜的烦琐过程，或者减少了对晶体盐窗的损耗。

分别将图4、图5、图6所测结果在标准谱库中进行检索，可知，变压器上的绝缘板是以木粉为填料的三聚腈胺甲醛树脂;防寒隔热材料的成分是聚己内酰胺;饮料瓶成分是聚对苯二甲酸乙二酯。由图6中两种方法所测图谱进行对比可以看出，(a)和(b)两光谱的峰形和频率相似，都能达到定性分析的要求。而且ATR 法节约了制样时间，大大加快了样品分析速度，同时还是一种无损分析方法，不破坏待测样品。至于(a)的高波数区吸收带强度比(b)弱，而低波数区的吸收带强度与(b)相近，是由于ATR法是在选定的入射角和样品的条件下进行光谱扫描，短波长光的穿透深度小、吸收弱，而长波长光的穿透深度大、吸收强的缘故[4]。 总之，空白KBr压片浸渍法比浇铸薄膜法操作简单、快速。但浸渍法也有它的局限性，有些样品无法用低沸点有机溶剂溶解，还得用KBr压片法制样，通常的做法是借助干冰或液氮使样品冷却变硬后再研磨[5]，此法不易操作，且干冰和液氮成本较高;而按本文所提出的借助砂纸、锉刀或锋利的刀片等工具将高聚物制成很细的粉末，则简化了操作过程，降低了成本，克服了常规粉碎技术的不足，扩大了KBr压片法的应用范围。衰减全反射法则比KBr压片法节省时间。本文提出的改进方法为实际工作中进行高聚物的红外光谱分析带来了方便。

　　参考文献

 [1] 王正熙. 聚合物光谱分析和鉴定[M]. 成都: 四川大学出版社, 1989. 40-43. 

[2] 谢狄霖, 陈忠. 高聚物红外光谱分析的试样制备[J]. 分析仪器, 2001, (3): 45-46. 

[3] 王忠友, 吴建华. 热塑性聚合物红外定性分析快速制样方法的研究[J]. 分析测试学报, 1999, 18(2): 77-78. 

[4] [英] R.G.J.密勒 B.C.斯特斯[M]. 红外光谱学的实验方法. 北京: 机械工业出版社, 1985. 137—138. 

[5] 陈允魁. 红外吸收光谱法及其应用[M]. 上海: 上海交通大学出版社, 1993. 58. 

An Improved Sample Preparation Method for the Analysis of Polymers by Infrared Spectroscopy LIU Li-Jun　Jiang Heng　Gong Hong　Su Ting-Ting (Liaoning University of Petroleum and Chemical Technology, Fushun 113001,P.R. China) Abstract Routine preparation methods of polymer samples for IR analysis are introduced, the deficiencies of them are pointed out, and some modified preparation methods are suggested. For polymers that can be dissolved by low boiling point organic solvents, a prepared sample can be obtained by dipping a blank KBr pellet into the polymer solution, then volatize the solvent; For those that cannot be dissolved, a prepared sample can be achieved by pressing the mixture of KBr powder and polymer powder into a pellet. Polymer can be powdered by means of sand papers, files, or sharp knives, etc. Some polymers are also be measured by ATR method. The result shows that the modified methods are simple and rapid and overcome the deficiencies of conventional preparation methods. The IR spectrum can meet the needs of qualitative analysis. Key words　IR spectroscopy, KBr pellet, dipping, polymer.