高聚物紅外光譜分析制樣方法的改進(jìn) 劉立軍　姜　恒　宮　紅　蘇婷婷 （遼寧石油化工大學(xué)石油化工學(xué)院　撫順　113001） 　　摘要：介紹了高聚物樣品的常規(guī)制樣方法，并指出了各種方法的不足之處，提出了一些改進(jìn)的制樣方法。對(duì)可溶解于低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑的高聚物，將其配成溶液，將空白KBr壓片在其中浸漬后揮發(fā)掉有機(jī)溶劑制樣，并與常規(guī)澆鑄薄膜法制樣所測(cè)譜圖進(jìn)行對(duì)比；對(duì)不溶解于低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑的樣品，可以通過砂紙、銼刀或鋒利的刀片等工具將高聚物制成粉末，然后采用KBr壓片法制樣，并與衰減全反射光譜法(ATR)所測(cè)譜圖進(jìn)行對(duì)比。通過對(duì)比得出結(jié)論：在譜圖質(zhì)量上，改進(jìn)的制樣方法所測(cè)譜圖同ATR法以及常規(guī)制樣方法所測(cè)譜圖基本一致，但改進(jìn)的方法操作簡(jiǎn)單，省時(shí)，省成本，彌補(bǔ)了常規(guī)制樣方法的不足。 關(guān) 鍵 詞　紅外光譜，KBr壓片，浸漬，高聚物。 中圖分類號(hào)：O657.33　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B　　　文章編號(hào)： 1　前言 　　紅外光譜在聚合物分析和鑒定中有著極為重要而又非常廣泛的應(yīng)用。聚合物紅外光譜分析中非常關(guān)鍵的一步是樣品的制備，紅外光譜的質(zhì)量在很大程度上取決于制樣方法。聚合物的一般制樣方法有以下四種[1]：(1)澆鑄薄膜法，是在一定條件下將聚合物溶解于適當(dāng)?shù)娜軇┲?，然后將樣品溶液滴在適當(dāng)?shù)妮d體上，揮發(fā)掉溶劑，將膜取下，制得樣品膜。這是一種zui常用的制樣技術(shù)，但此法揭膜困難，而且還可能由于鑄膜引起分子取向和晶形的改變。若是在鹽窗上成膜，雖可直接用于測(cè)定，但鹽窗比較昂貴，稍微使用不當(dāng)就容易破裂；(2) 熱壓薄膜法，是將樣品放在模具中加熱到軟化點(diǎn)以上或熔融后再加壓力壓成厚度合適的薄膜。由于此法要求在一定的熱壓裝置和較高的溫度條件下進(jìn)行，在制樣過程種，某些聚合物會(huì)因受熱而氧化，或者在加壓時(shí)產(chǎn)生定向，從而使光譜發(fā)生某些變化；(3) KBr壓片法，是將高聚物樣品研細(xì)后和KBr粉末混研，待樣品與KBr混合均勻，裝入模具內(nèi)放在油壓機(jī)上加壓，使成為透明的晶片。但多數(shù)高聚物難于直接研成很細(xì)的粉末，因此難于制作KBr晶片；(4) 切片法，用于不能采用溶解、熔融或加壓等手段改變其物理狀態(tài)的高聚物樣品的制備。此法關(guān)鍵是要掌握切削技巧，正確選擇切削條件。其它方法如溶液法、懸浮法在聚合物鑒定中很少使用。 　　針對(duì)上述各種方法的優(yōu)點(diǎn)和不足，本文提出了一些改進(jìn)措施：將空白KBr壓片浸漬于用低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑溶解的高聚物的溶液中，揮發(fā)掉有機(jī)溶劑制樣來代替澆鑄薄膜法，既可以省去揭膜操作，又可以減少對(duì)鹽窗的損耗；在用KBr壓片法制樣的過程中，對(duì)于難以粉碎的樣品，可以借助砂紙、銼刀或鋒利的刀片將高聚物制成很細(xì)的粉末。上述制樣方法在已知的制樣方法文獻(xiàn)中均沒有報(bào)導(dǎo)[2, 3]。 2　實(shí)驗(yàn)部分 2.1　儀器設(shè)備和參數(shù)設(shè)置 采用Perkin-Elmer公司的SpectrumTM GX傅立葉變換紅外光譜儀，中紅外FR-DTGS檢測(cè)器，測(cè)定范圍4000－400cm-1，掃描次數(shù)16次，分辨率4cm-1。 2.2 測(cè)試樣品 高抗沖聚苯乙烯(HIPS)；丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)；乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)；飲料瓶；窗體防寒隔熱材料；變壓器上的絕緣板。 2.3　實(shí)驗(yàn)方法 分別以苯、環(huán)己烷和氯仿為溶劑，將HIPS、SBS和EVA配成濃度為1－20%的溶液。 自制數(shù)個(gè)合格的空白KBr壓片，放入干燥器中備用。 2.3.1　澆鑄薄膜法 將配好的HIPS的溶液滴在KBr窗片上，待溶劑揮發(fā)后，連同池窗片一起進(jìn)行紅外光譜測(cè)量。同樣方法繪制SBS和EVA的紅外光譜圖。 2.3.2　空白KBr壓片浸漬法 將空白KBr壓片浸漬于配好的HIPS溶液中，取出，先在室溫下進(jìn)行緩慢蒸發(fā)，以免在膜上留下氣孔，當(dāng)膜固化時(shí)再在紅外燈下除去殘留的溶劑，用于測(cè)定。同樣方法繪制SBS和EVA的紅外光譜圖。 2.3.3　改進(jìn)的KBr壓片法 借助砂紙、銼刀或鋒利的刀片等工具將飲料瓶制成很細(xì)的粉末，在瑪瑙研缽中將其與KBr粉末混合研勻，裝入模具內(nèi)放在油壓機(jī)上加壓成型，使成為透明的晶片，測(cè)繪其光譜。同樣方法對(duì)HIPS、窗體防寒隔熱材料及變壓器上的絕緣板制樣，繪制紅外光譜圖。 2.3.3 衰減全反射法 調(diào)整ATR附件反射鏡的角度，使得輸出到檢測(cè)器的輸出能量達(dá)zui大值，入射角為45°，在飲料瓶上較平整的部位剪下一小塊，將其緊壓在ZnSe晶片上，測(cè)其紅外光譜。 3　結(jié)果與討論 圖 1　EVA的紅外譜圖 (a)澆鑄薄膜法 (b)空白KBr壓片浸漬法 圖2 SBS的紅外譜圖 (a)空白KBr壓片浸漬法 (b)澆鑄薄膜法 圖3 HIPS的紅外譜圖 (a)空白KBr壓片浸漬法 (b)澆鑄薄膜法 圖4 KBr壓片法所測(cè)變壓器上絕緣板的紅外譜圖 圖5 KBr壓片法所測(cè)防寒隔熱材料的紅外譜圖 圖6 飲料瓶的紅外譜圖 (a) ATR法 (b) KBr壓片法 分別將圖1、圖2、圖3中空白KBr壓片浸漬法所測(cè)譜圖與澆鑄液膜法所測(cè)譜圖進(jìn)行對(duì)比，可以看出，兩種方法所測(cè)譜圖基本一致，也就是說，可以采用空白KBr壓片浸漬法對(duì)樣品進(jìn)行定性分析。但采用澆鑄薄膜法制樣，若在成膜介質(zhì)上鑄膜，則膜的揭取比較困難；若在KBr窗片上鑄膜，雖不用揭膜，但其窗片容易受到水或水蒸氣的侵蝕，當(dāng)水被它的表面所吸收時(shí)，使樣品透過率降低，并且不大容易清除樣品在其表面留下的zui后痕跡[3]，亦即鹽窗維護(hù)起來相當(dāng)不易?，F(xiàn)在采用空白KBr壓片浸漬法制樣，或者避免了揭膜的煩瑣過程，或者減少了對(duì)晶體鹽窗的損耗。分別將圖4、圖5、圖6所測(cè)結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)中進(jìn)行檢索，可知，變壓器上的絕緣板是以木粉為填料的三聚腈胺甲醛樹脂；防寒隔熱材料的成分是聚己內(nèi)酰胺；飲料瓶成分是聚對(duì)苯二甲酸乙二酯。由圖6中兩種方法所測(cè)圖譜進(jìn)行對(duì)比可以看出，(a)和(b)兩光譜的峰形和頻率相似，都能達(dá)到定性分析的要求。而且ATR 法節(jié)約了制樣時(shí)間，大大加快了樣品分析速度，同時(shí)還是一種無損分析方法，不破壞待測(cè)樣品。至于(a)的高波數(shù)區(qū)吸收帶強(qiáng)度比(b)弱，而低波數(shù)區(qū)的吸收帶強(qiáng)度與(b)相近，是由于ATR法是在選定的入射角和樣品的條件下進(jìn)行光譜掃描，短波長(zhǎng)光的穿透深度小、吸收弱，而長(zhǎng)波長(zhǎng)光的穿透深度大、吸收強(qiáng)的緣故[4]。 總之，空白KBr壓片浸漬法比澆鑄薄膜法操作簡(jiǎn)單、快速。但浸漬法也有它的局限性，有些樣品無法用低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑溶解，還得用KBr壓片法制樣，通常的做法是借助干冰或液氮使樣品冷卻變硬后再研磨[5]，此法不易操作，且干冰和液氮成本較高；而按本文所提出的借助砂紙、銼刀或鋒利的刀片等工具將高聚物制成很細(xì)的粉末，則簡(jiǎn)化了操作過程，降低了成本，克服了常規(guī)粉碎技術(shù)的不足，擴(kuò)大了KBr壓片法的應(yīng)用范圍。衰減全反射法則比KBr壓片法節(jié)省時(shí)間。本文提出的改進(jìn)方法為實(shí)際工作中進(jìn)行高聚物的紅外光譜分析帶來了方便。 參考文獻(xiàn) [1] 王正熙. 聚合物光譜分析和鑒定[M]. 成都: 四川大學(xué)出版社, 1989. 40－43. [2] 謝狄霖, 陳忠. 高聚物紅外光譜分析的試樣制備[J]. 分析儀器, 2001, (3): 45－46. [3] 王忠友, 吳建華. 熱塑性聚合物紅外定性分析快速制樣方法的研究[J]. 分析測(cè)試學(xué)報(bào), 1999, 18(2): 77－78. [4] [英] R.G.J.密勒 B.C.斯特斯[M]. 紅外光譜學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1985. 137—138. [5] 陳允魁. 紅外吸收光譜法及其應(yīng)用[M]. 上海: 上海交通大學(xué)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.