镜面反射红外光谱在聚合物分析中的应用

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1、------------------------------------------------------------------------------------------------镜面反射红外光谱在聚合物分析中的应用?54?高　　分　　子　　通　　报2002年10月付金栋,韦亚兵,施书哲(南京工业大学现代分析中心,南京　210009)　　摘要:简要介绍了镜面反射红外光谱的基本原理以及它在聚合物结构分析中的应用。镜面反射红外光谱在聚合物的表面结构表征中发挥了重要的作用,可以弥补常规透射红外光谱的不足,是一种很有实用价

2、值的红外分析方法。关键词:红外光谱;镜面反射;聚合物;表面分析3引言手段。,,如硫化橡胶、。同时,透射光谱法在制样过程中会破坏聚合物的取向、结晶等物理性质,限制了红外光谱在聚合物物理结构表征中的应用。为解决透射光谱的这种局限性,一系列红外反射光谱技术在聚合物结构表征中得到应用,如衰减全反射(ATR)、漫反射[1,2](DRS)、。特别是傅立叶变换红外光谱(FT2镜面反射(SR)、反射吸收(RAS)及光声光谱(PAS)等IR)和计算机技术的应用,克服了反射光谱能量低、谱图变形的缺陷,使得上述反射光谱技术迅速得到广泛应用。镜面反射

3、红外光谱就是其中一种重要的附件技术,它通过收集表面光洁样品前表面处的红外反射光来获得物质的结构信息。镜面反射技术在聚合物的分子取向、——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------分子构象、炭黑填充聚合物、表面改性聚合物及聚合物涂层等的结构表征中有着重要作用。1　基本原理考虑聚合物膜附着在反射基体上的情况,如图

4、1所示反射(Rs)、后表面反射(Rb)和漫长射(Rd)。由下式表示:Rm=Rs+Rd+Rb[3]。反射光(Rm)由三部分组成:前表面(1)漫反射是由于聚合物中的颜填料、结晶、空洞及其它非均相物质引起的折光指数的不连续造成的。后表面反射光是二次透射光,即所谓的反射吸收光谱。镜面反射光谱只需要检测前表面的红外反射光。若三种反射光同时存在,得到的谱图会因相互干扰而变形。因此,测定镜面反射光谱时应选择合适的样品使前表面反射光占优势。理想的镜面反射光谱样品应该是光学平整、厚度无限大及均相。这在实际上是不可能满足的,但应尽量增强前表面反射

5、光而减少其它两种反射光。),男,1998年毕业于青岛化工学院橡胶工程专业,2000年9月进入南京化工大学材料学作者简介:付金栋(1976—　院攻读硕士学位。主要研究方向为红外光谱在聚合物分析中的应用;3联系人1　第5期高　　分　　子　　通　　报?55?在镜面反射光谱的测量中会出现类似于导数光谱的特征,给谱图解析工作带来困难。通过数学方法可以从[3～4]镜面反射光谱得到吸收光谱,即所谓的K2K(Kramers2——————————————————————————————————————----------------------

6、--------------------------------------------------------------------------Kronig)变换。为简化运算,仅讨论红外光垂直入射的情况。垂直入射时反射光的Fresnel方程可以简化为:2R=(n+1)2(2)式中R为反射率;n是材料的折光指数。对于存在吸收3的聚合物来说,折光指数为复数,n:3(3)n=n-ikn和kk与吸收系数:图1　反射光谱中几种不同的反射光组分=(4)σr3与反射振幅r和r3相位角<有关:=

7、r

8、eR=

9、r

10、2-i<(5)

11、(6)测得的反射率R,由下式给出:(3)、(5)和(7),可以得到n和k在波数σ处的方程式:由式(2)、n=1Π21-2Rcos<+R1Π2(7)(8)k=1Π21-2Rcos<+R　　由上可知,一旦在全部频率范围内确定相位角<的值,就可以计算出各频率处n和k的值。通过应用Kramers2Kronig关系,即可由测得的反射率R确定<值。∞<=πσσdσ-′0(9)其中P表示柯西积分的主值。——————————————————————————————————————-----------------

12、-------------------------------------------------------------------------------目前绝大多数商品化仪器上都带有相应的软件包,上述计算可在计算机上自动完成。2　镜面反射红外光谱在聚合物结构分析中的应用