聚合物性能表征及测试知识点总结.docx

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聚合物性能表征及测试知识点总结

聚合物性能表征与测试知识点总结

第二章：

红外光谱

一、填空题

1、分子部的运动方式有三种，即：

、和，相应于这三种不同的运动形式，分子具有能级、能级和能级。

电子相对于原子核的运动，原子在平衡位置的振动，分子本身绕其中心的转动，电子，振动、转动

2、在中红外光区中，一般把4000-1350cm-1区域叫做，而把1350-650区域叫做。

特征谱带区，指纹区

3、在朗伯—比尔定律I/Io=10-abc中,Io是入射光的强度,I是透射光的强度,a是吸光系数,b是光通过透明物的距离,即吸收池的厚度,c是被测物的浓度,则透射比T=_________,百分透过率T%=______,吸光度A与透射比T的关系为__________________。

I/Io__________I/Io×100%_____,_-logT_

4、红外光谱是由于分子振动能级的跃迁而产生，当用红外光照射分子时，要使分子产生红外吸收，则要满足两个条件：

（1）________________________________________________，

（2）_______________________________________________。

（1）辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的跃迁能量相等

（2）辐射与物质之间有耦合作用。

1.红外辐射与物质相互作用产生红外吸收光谱，必须有分子偶极矩的变化。

只有发生偶极矩变化的分子振动，才能引起可观测到的红外吸收光谱带，称这种分子振动为（），反之则称为（）。

红外活性的、红外非活性的。

2.红外光谱、凝胶渗透色谱、差示扫描量热法、扫描电镜的英文字母缩写分别是（）、（）、（）、（）。

IR、GPC、DSC、SEM

1.产生红外吸收的条件是激发能与分子的振动能级差相匹配，同时有偶极矩的变化。

（）

2.所有的分子振动都会产生红外吸收光谱。

（）

1.分子的振-转光谱是连续光谱。

（）X

3.电磁波谱可分为三个部分，即长波部分、中间部分和短波部分，其中中间部分包括（）、（）和（），统称为光学光谱。

4.紫外线、可见光、红外线。

5.伸缩振动：

键长变化而键角不变的振动，可分为对称伸缩振动和反对称伸缩振动。

某一化合物分子式为C8H8O，其红外光谱图如下。

试写出其结构式。

已知一些基团的红外特征吸收峰数据：

化合物类型基团    波数     强度     备注

芳烃      苯   3040～3030  m    高分辨呈多重峰（一般为3～4个峰）,特征峰.

苯环骨架振动1600～1430可变高度特征峰.

苯环中C-H振动900～690s特征峰,确定取代基位置.

酮α,β不饱和酮1695～1680s

芳香酮1695～1680s

1220～1280m

链状烷烃-CH31350～1490m

解：

①U=（2+2*8-8）/2=5（可能含有苯环）

　　②特征区第一强峰为1685cm-1，为羰基峰，需仔细研究是何种羰基化合物。

先否定，在3000cm-1以上无宽峰可否定羧酸；分子式中不含氮、氯可否定酰胺、酰氯；在～2800cm-1处无醛氢峰，可否定醛。

否定后，肯定该化合物为酮根据不饱和度大于4，可能为芳酮。

　　③苯环的特征吸收有：

芳氢伸缩振动3000cm-1左右有吸收峰；苯环骨架振动1600cm-1、1580cm-1及1450cm-1有吸收峰，加上不饱和度大于4，可以确定有苯环存在。

根据760cm-1、690cm-1两强峰，结合分子式可确定苯为单取代。

　　④在1430cm-1、1360cm-1有甲基的峰。

　　可以初步断定该化合物可能为苯乙酮。

14.简述影响红外吸收谱带的主要因素。

答：

红外吸收光谱峰位影响因素是多方面的。

一个特定的基团或化学键只有在和周围环境完全没有力学或电学偶合的情况下，它的键力常数k值才固定不变。

一切能引起k值改变的因素都会影响峰位变化。

归纳起来有：

诱导效应、共轭效应、键应力的影响、氢键的影响、偶合效应、物态变化的影响等。

15.红外测试样品需尽可能把游离水驱除干净。

含游离水样品的红外谱图中在

16.哪两个波数围会出现吸收峰?

答:

把样品放入110℃烘箱中干燥至少2小时，并抽真空；含游离水样品的红

外谱图在3000-3800cm-11590-1690cm-1存在吸收峰。

17.红外光谱定性分析的基本依据是什么？

简要叙述红外定性分析的过程。

答：

定性分析的基本依据是红外吸收带的波长位置和吸收谱带的强度。

定性分析的过程：

（1）试样纯化；

（2）了解试样的来源及性质和其他实验资料；（3）制样，记录红外吸收光谱；（4）谱图解析；如下例：

（5）和标准谱图对照。

18.何谓“指纹区”？

它有什么特点和用途？

答：

是由于C-C、C-O、C-X单键的伸缩振动以及分子骨架中多数基团的弯曲振动而产生的吸收光谱，非常复杂，如同人的指纹一样，没有两人完全一样。

只要在化学结构上存在微小的差异（如同系物、同分异构体和空间异构体），在指纹区的吸收都有明显的不同，所以，“指纹区”对化合物的鉴别很有用。

19.一种化合物含有两个基团与各含一个基团的两种化合物的混合物，其红外谱图有大的差别吗？

为什么？

答：

若该化合物中的两个基团是孤立的，通常两种测试样品的红外谱图没有大

的差别，因此测试红外光谱时应尽可能把样品的各组份完全分离后测试。

20.如何区分红外谱图中的醇与酚羟基的吸收峰？

答：

它们的吸收峰的峰位不同。

酚羟基在3610cm-1和1200cm-1存在吸收峰，醇

羟基则分别在3620-3640和1050-1150cm-1围存在吸收；而且含酚羟基的物

质存在苯环的特征吸收峰。

21.分别指出谱图中标记的各吸收峰所对应的基团?

答：

3250–含氢键的O-H.伸缩振动，2820–可能是醛的C-H，1690–对应C=O

但存在共轭，3120和1200—分别是芳香族C-H和酚C-O吸收带，1600&1500

对应芳香核，780和720对应取代基定位峰。

22.含苯环的红外谱图中，吸收峰可能出现在哪4个波数围?

答：

3000-3100cm-1；1660-2000cm-1；1450-1600cm-1；650-900cm-1

23.影响红外光谱吸收峰位置的主要因素有哪些？

答：

成键轨道类型，诱导效应，共轭效应，键力，氢键，振动的耦合，不同

物态等。

24.解释红外光谱图的一般程序是什么？

答：

运用红外光谱解谱的四要素，分析吸收峰对应的基团；若是单纯物质可对

照SADLTER标准图谱；还可查该物质相应发表文献的红外光谱信息。

25.为什么红外光谱吸收峰强度相等时对应的基团含量可差别很大？

答：

不同的基团的极性差别较大，能级跃迁时光子效率不同，因此即使红外光谱的吸收峰强度相等，对应基团的含量可差别很大。

第五章核磁共振

何谓化学位移?

它有什么重要性?

在1H－NMR中影响化学位移的因素有哪些？

答：

由于氢核在不同化合物中所处的环境不同，所受到的屏蔽作用也不同，由于屏蔽作用所引起的共振时磁场强度的移动现象称为化学位移．由于化学位移的大小与氢核所处的化学环境密切相关，因此有可能根据化学位移的大小来考虑氢核所处的化学环境，亦即有机物的分子结构特征．

由于化学位移是由核外电子云密度决定的，因此影响电子云密度的各种因素都会影响化学位移，如与质子相邻近的元素或基团的电负性，各项异性效应，溶剂效应，氢键等。

下列化合物OH的氢核，何者处于较低场?

为什么?

答：

（I）中-OH质子处于较低场，因为-HC=O具有诱导效应。

而（II）中甲基具有推电子效应．

6．解释在下列化合物中，Ha、Hb的值为何不同？

答：

Ha同时受到苯环，羰基的去屏蔽效应，而Hb则只受到苯环的去屏蔽效应，因而Ha位于较低场．

7．何谓自旋偶合、自旋裂分？

它有什么重要性？

答：

有机化合物分子中由于相邻质子之间的相互作用而引起核磁共振谱峰的裂分，称为自旋－轨道偶合，简称自旋偶合，由自旋偶合所引起的谱线增多的现象称为自旋－自旋裂分，简称自旋裂分．偶合表示质子间的相互作用，裂分则表示由此而引起的谱线增多的现象．由于偶合裂分现象的存在，可以从核磁共振谱图上获得更多的信息，对有机物结构解析非常有利．

8．在CH3-CH2-COOH的氢核磁共振谱图中可观察到其中有四重峰及三重峰各一组。

（1）说明这些峰的产生原因；

（2）哪一组峰处于较低场?

为什么/

答：

（１）由于，位质子之间的自旋偶合现象，根据（n+1）规律，CH3－质子核磁共振峰被亚甲基质子裂分为三重峰，同样，亚甲基质子被邻近的甲基质子裂分为四重峰。

（２）由于-位质子受到羧基的诱导作用比-质子强，所以亚甲基质子峰在低场出峰（四重峰）。

9．简要讨论13C-NMR在有机化合物结构分析中的作用。

答：

碳原子构成有机化合物的骨架，而13C谱提供的是分子骨架最直接的信息，因而对有机化合物结构鉴定很有价值。

与氢谱一样，可根据13C的化学位移C确定官能团的存在。

而且，C比H大很多，出现在较宽的围，它对核所处化学环境更为敏感，结构上的微小变化可在碳谱上表现出来。

同时碳谱图中峰的重叠比氢谱小得多，几乎每个碳原子都能给出一条谱线，故对判断化合物的结构非常有利。

同时，由于不同种类碳原子的弛豫时间相差较大，因而可以借以了解更多结构信息及分子运动情况。

10．影响化学位移的因素有哪些？

答：

诱导效应、共轭效应、立体效应、磁各向异性效应和溶剂效应。

二、选择题

2．在O－H体系中，质子受氧核自旋－自旋偶合产生多少个峰?

（）

A2B1C4D3

3．下列化合物的1HNMR谱，各组峰全是单峰的是（）

ACH3-OOC-CH2CH3

B（CH3）2CH-O-CH（CH3）2

CCH3-OOC-CH2-COO-CH3

DCH3CH2-OOC-CH2CH2-COO-CH2CH3

4．一种纯净的硝基甲苯的NMR图谱中出现了3组峰,其中一个是单峰,一组是二重峰，一组是三重峰。

该化合物是下列结构中的（）

6．化合物CH3COCH2COOCH2CH3的1HNMR谱的特点是（）

A4个单峰B3个单峰，1个三重峰

C2个单峰D2个单峰，1个三重峰和1个四重峰

10．在下面四个结构式中

哪个画有圈的质子有最大的屏蔽常数？

（）

11．下图四种分子中，带圈质子受的屏蔽作用最大的是（）

B、B、C、B、B、D、A、B、B、C、B、D

三、填空题

1．NMR法中影响质子化学位移值的因素有：

__________，___________，__________、，，。

3．化合物C6H12O，其红外光谱在1720cm-1附近有1个强吸收峰，1HNMR谱图上，有两组单峰a=0.9，b=2.1，峰面积之比a:

b=3:

1，a为_______基团，b为_________基团，其结构式是__________________。

答案：

1．诱导效应；共轭效应（或以上两条合并成“电子效应”也可以）；磁各向异性效应；氢键的生成；溶剂效应。

3．叔丁基中的三个甲基CH3－；CH3C＝O中甲基；

结构式是：

4.甲醛；乙炔；甲醛；乙炔。

（1）C2H6O为CH3-O-CH3

（2）C3H6Cl2为

（3）C3H6O为CH3-CO-CH3

四、正误判断

1．核磁共振波谱法与红外吸收光谱法一样，都是基于吸收电磁辐射的分析法。

（）

5．核磁共振波谱仪的磁场越强，其分辨率越高。

（）

7．在核磁共振波谱中，偶合质子的谱线裂分数目取决于邻近氢核的个数。

（）

8．化合物CH3CH2OCH（CH3）2的1HNMR中，各质子信号的面积比为：

9:

2:

1。

（）

9．核磁共振波谱中出现的多重峰是由于邻近核的核自旋相互作用。

（）

10．化合物C12CH－CH2Cl的核磁共振波谱中，H的精细结构为三重峰。

（）

12．碳谱的相对化学位移围较宽（0一200），所以碳谱的灵敏度高于氢谱。

（）

、、、、、、、、、、、、、、

只有一组1H-NMR谱图信号和特定分子式的下列化合物,可能的结构是什么?

（1）C2H6O

（2）C3H6Cl2（3）C3H6O

（1）C2H6O为CH3-O-CH3

（2）C3H6Cl2为

（3）C3H6O为CH3-CO-CH3

第12章

1.差示扫描量热法：

指在程序控制温度条件下，测量物质（样品）与参比物之间的功率差随温度或时间变化的函数关系的技术。

2.简述差热分析中放热峰和吸热峰产生的原因。

答：

差热分析中产生放热峰和吸热峰的大致原因如下表

2.无论测试条件如何，同一样品的差热分析曲线都应是相同的。

（）X

3.要测定聚合物的熔点，可以选择（）。

A、红外光谱B、扫描电镜C、差热分析D、X射线衍射

简述热差分析的原理

2.原理：

差热分析是在程序控制温度下，测量试样与参比物质之间的温度差ΔT与温度T（或时间t）关系的一种分析技术，所记录的曲线是以ΔT为纵坐标,以T（或t）为横坐标的曲线，称为差热曲线或DTA曲线，反映了在程序升温过程中，ΔT与T或t的函数关系：

ΔT=f（T）或f（t）DTA检测的是ΔT与温度的关系试样吸热ΔT＜0

3.ΔT=Ts–Tr试样放热ΔT＞0

2热分析用的参比物有何性能要求

4.要求:

一是在测试温度围无热反应；二是所选用的参比物与试样的比热及热传导率相同或相近。

3阐述DSC技术原理

5.原理：

差示扫描量热法DSC是在程序控制温度下，测量输给试样和参比物的功率差与温度关系的一种技术。

在这种方法下，试样在加热过程中发生热效应，产生热量的变化，而通过输入电能及时加以补偿，而使试样和参比物的温度又恢复平衡。

所以，只要记录所补偿的电功率大小，就可以知道试样热效应（吸收或放出）热量的多少。

4简述热重分析的特点和原理

6.热重法是在程控温度下，测量物质的质量与温度或时间关系的一种热分析法。

由热重法所记录的曲线称为热重曲线或TG曲线，它以质量m（或质量参数）为纵坐标，以温度T或时间t为横坐标，反映了在均匀升温或降温过程中物质质量与温度或时间的函数关系：

m=f（T）或f（t）

简述热分析技术在材料研究中的应用

应用：

材料的热稳定性的研究，材料的热膨胀、收缩、拉伸、剪切、扭曲的研究；含能材料的热反应性的研究等；

假如从实验得到如下一些高聚物的热－机械曲线，如图，试问它们各主要适合作什么材料（如塑料、橡胶、纤维等）？

为什么？

（a）（b）

（a）（b）

图高聚物的温度-形变曲线

解：

A、塑料，由于其室温为玻璃态，Tg远高于室温。

B、橡胶，由于室温为高弹态，而且高弹区很宽。

C、纤维，由于是结晶高分子，熔点在210℃左右。

（当然大多数用作纤维的高分子也可作为塑料）

D、塑料，但经过增塑后可用作橡胶或人造皮革，例如PVC。

这是由于室温下为玻璃态，但Tg比室温高不多，可通过加入增塑剂降低Tg使之进入高弹态。

1819章显微分析

叙述X射线照射到物质上发生的相互作用

答：

X射线与物质的相互作用，是一个比较复杂的物理过程，可以概括地用图来表示。

26.子束入射固体样品表面会激发哪些信号?

它们有哪些特点和用途?

答：

主要有六种：

1）背散射电子:

能量高；来自样品表面几百nm深度围；其产额随原子序数增

大而增多.用作形貌分析、成分分析以及结构分析。

2）二次电子:

能量较低；来自表层5—10nm深度围；对样品表面化状态十分敏

感。

不能进行成分分析.主要用于分析样品表面形貌。

3）吸收电子:

其衬度恰好和SE或BE信号调制图像衬度相反;与背散射电子的衬度

互补。

吸收电子能产生原子序数衬度，即可用来进行定性的微区成分分析.

4）透射电子：

透射电子信号由微区的厚度、成分和晶体结构决定.可进行微区成

分分析。

5）特征X射线:

用特征值进行成分分析，来自样品较深的区域

6）俄歇电子:

各元素的俄歇电子能量值很低；来自样品表面1—2nm围。

它

适合做表面分析。

27.什么是分辨率，影响透射电子显微镜分辨率的因素是哪些？

答：

分辨率：

两个物点通过透镜成像，在像平面上形成两个爱里斑，如果两个物点相距较远时，两个Airy斑也各自分开，当两物点逐渐靠近时，两个Airy斑也相互靠近，直至发生部分重叠。

根据LoadReyleigh建议分辨两个Airy斑的判据：

当两个Airy斑的中心间距等于Airy斑半径时，此时两个Airy斑叠加，在强度曲线上，两个最强峰之间的峰谷强度差为19%，人的肉眼仍能分辨出是两物点的像。

两个Airy斑再相互靠近，人的肉眼就不能分辨出是两物点的像。

通常两Airy斑中心间距等于Airy斑半径时，物平面相应的两物点间距成凸镜能分辨的最小间距即分辨率。

影响透射电镜分辨率的因素主要有：

衍射效应和电镜的像差（球差、像散、色差）等。