聚合物研究方法大作业要点.docx
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聚合物研究方法大作业要点
作业一
1、红外光按照波长大小可以分为哪三个区域？
产生红外光谱的光源属于哪一个区域？
为什么红外光谱又称为振动光谱？
近红外，中红外，远红外；中红外；已知分子在振动过程中，原子间的距离（键长）或夹角（键角）会发生变化，这时可能引起分子偶极矩的变化，结果产生了一个稳定的交变电场，它的频率等于振动的频率，这个稳定的交变电场将和运动的具有相同频率的电磁辐射电场相互作用，从而吸收辐射能量，产生红外光谱的吸收。
2、简述红外光谱产生的过程？
并指出红外光谱产生需要哪两个条件？
当用一束具有连续波长的红外光照射一物质时，如果物质分子中原子间的振动频率恰好与红外光波段的某一振动频率相同，则会引起共振吸收，使透过物质的红外光强度减弱。
因此，若将透过物质的红外光用单色器进行色散，就可以得到带有暗条的谱带。
如果用波长或波数作横坐标，以百分吸收率或透过率为纵坐标，把这些谱带记录下来，就得到了该物质的红外光谱图。
振动的频率与红外光光谱段的某频率相等，偶极距的变化
3、影响红外光谱峰位的内因和外因都有哪些？
据此判断下列化合物羰基波数的大小，并简要分析原因。
内部因素：
诱导效应：
通过静电诱导作用，引起分子中电子分布的变化，从而改变了键力常数共轭效应：
共轭效应使共轭体系中的电子云密度平均化，结果使原来的双
键略有伸长（即电子云密度降低），力常数K减小，使其吸收频率往往向低波数方向移动空间效应中介效应氢键效应外因物
理状态的影响：
气态，液态和固态溶剂的影响：
极性溶剂和非极
性溶剂粒度的影响：
粒度大和粒度小。
通过静电诱导作用，引起分子中电子分布的变化，从而改变了键力常数，使基团的特征频率发
1665cm-1
一O—R
1715-1725cm-1
S—R
1750-1760cm-1
OHC
R1690cm-1
O
II
R一C一O
R1735-1745cm-1
4、溴化钾制样需要注意哪些事项？
与其它制样技术相比，溴化钾压片法
制样有什么优点？
1•压片法对样品中的水分要求严格，因为，样品含水不仅影响薄片的透明度，而且影响对化合物的判定。
因此，要尽量米用加热、冷冻或其它有效方法除水。
样品粉末的粒度对吸光度有影响，粒度越小，吸光度越大。
因此，特别是做定量分析时，要求样品粉末有均一的分散性和尽可能小的粒度。
没有溶剂和糊剂的干扰，
能一次完整地获得样品的红外吸收光谱。
可以通过减小样品的粒度来减少杂散光。
从而获得尖锐的吸收带。
只要样品能变成细粉，并且加压下不发生结构变化，都可用压片法进行测试。
由于薄片的厚度和样品的浓度可以精确控制，因而可用于定量分析。
压成的薄片便于
保存。
5、试指出傅立叶红外光谱仪与色散型红外光谱仪的本质区别。
并简述傅立叶红外光谱都有哪些优点？
分光原理不一样迈克耳逊干涉分光&光栅分光。
测量速度快：
几秒钟内就可完成一张红外光谱的测量工作，比色散型仪器快几百倍。
由于扫描速度快，一些联用技术就得到了发
展。
能量大，灵敏度高，可检测出10〜100X10-3卩g的样品测定
波数范围较宽：
10〜10000cm-1（分辨率高）
作业二
1、试说明紫外吸收光谱产生原因。
紫外吸收光谱是由分子中价电子能级跃迁所产生的。
通常分子处于基态，当紫外光通过物质分子且能量（E=hv）
恰好等于电子能级基态（E0）与其高能量（E1）能量的差值（△E=E1-E0）时，紫外光的能量就会转移给分子，使电子从E0跃迁到E1而产生紫外吸收光谱。
2、试说明有机化合物的紫外吸收光谱的电子跃迁类型及吸收带的类型。
。
宀^兴，n7^兴，兀7兀兴，n宀兀兴。
R吸收带，K吸收带，B吸收带，E吸收带。
3、试说明采用什么方法可以区别nF*和n-n*。
跃迁类型随着溶剂极性增大，n-n*跃迁吸收谱带发生红移，n-n*跃迁吸收谱带发生蓝移；可利用溶剂效应来区别两种跃迁方式引起的吸收谱带
4、影响紫外吸收波长的因素都有哪些？
溶剂对吸收波长的影响，分子离子化对吸收波长的影响，共轭体系对吸收波长的影响
比较下列物质的最大吸收波长的大小，并简要分析原因
NH2
蓝移
OH-
+
NH2
H+
OH-
O-
红移
作业三
1、试简述GPC测试聚合物分子量的基本原理。
在用GPC测试聚合物分子
量时为什么要进行校正？
目前校正方法主要有哪二种？
二者有何区别？
2、何为淋洗体积？
试比较色谱柱使用上限和使用下限时的淋洗体积的大
小，并简要解释。
3、试指出光散色法测试聚合物分子量时需特别注意的事项。
并简要分析光
散色法为什么要与GPC联机使用。
作业五
1、试简述热分析的定义及其基本特征，目前常用的热分析方法都有几种?
在程序温度控制下，测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。
程序温度控制是指线性升温、线性降温和恒温等
物质是指试样本身，也可以指试样的反应产物物质的物理性质是指物质的质量、温度、热量、尺寸、机械特征、声学特征、电学、磁学特征的任何一种。
热分析基本特征：
仅需少量试样（0.1ug-10mg）；采用各类试样和容器，可使用几乎任何物理形状的试样（固体或凝胶）；可在静态或动态气氛进行测量，可采用氧化性、惰性、还原、真空等气氛；热重法（TGA）差热分析（DTA）
差示扫描量热法（DSC）
2、简述热重的定义及其原理，影响热重曲线分析的影响因素都有哪些？
又称热天平（Thermogravimetry）,是在程序控温下，测量物质的质量与温度或时间关系的方法，通常是测量试样的质量变化与温度的关系。
原理：
许多物质在加热过程中会在某温度发生分解,脱水、氧化、还原和升华等物化变化而出现质量变化，其质量变化的温度（T）和质量变化百分数（％）随物质的结构及组成而异。
试样因素：
样品重量的影响：
试样量多,热传递慢,反应时间长,随着样品量的增加,热分析曲线的峰温向高温方向移动；样品颗粒的影响：
随着样品粒度的减小,各种热分析曲线的峰温向低温方向移动。
这是因为下颗粒比大颗粒试样具有较大的比表面积和较高的活性,因而在较低的温度下就可以发生相应的化学或物理过程；
装填紧密的影响：
试样颗粒间接触好,利于热传导。
但当试样有气体产生或与环境气氛反应时,则样品装填要疏松。
实验因素：
升温速率,气氛影响,挥发物的冷凝,浮力的影响。
3、简述差热分析的定义及其原理，DTA实验中如何选择参比物？
常用的参比物有哪些？
差热分析（DifferentialThermalAnalysis）是在程序控温下，测量物质与参比物之间的温度差和温度关系的一种技术。
物质在受热或冷却过程中，当达到某一温度时，往往会发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸附、脱附等物理或化学变化，并伴随着有焓的改变，因而产生热效应，其表现为物质与环境（样品与参比物）之间有温度差。
差热分析就是通过温差测量来确定物质的物理化学性质的一种热分析方法。
常用的参比物有a-AI2O3、氧化镁和石英砂等
4、差热曲线的形状与那些因素有关？
影响差热分析结果的主要因素是什么？
（1）热容和热导率的变化
（2）试样的颗粒度、用量及装填密度（3）升温速度（4）气氛
5、简述DSC分析的定义及其原理，并比较差热分析与DSC分析有何不同？
差示扫描量热分析（DSC）是在程序控制温度下，测量保持样品与参比物温度恒定时输入试样和参比物的能量差随温度或时间变化的一种技术。
功率补偿型DSC整个仪器由两个控制系统进行监控，其中一个控制温度，使试样和参比物在预定速率下升温或降温，另一个控制系统用于补偿试样和参比物之间所产生的温差，即当试样由于热反应而出现温差时，通过补偿控制系统使流入补偿热丝的电流发生变化。
热流型DSC热流式DSC，亦称定量DTA，是采用DTA原理的量热法，它是通过热流公式把检测的样品与参比物的温差转换成热流。
曲线纵坐标；定量水平的比较，灵敏度和分辨率，吸热峰和放热峰的表示方法
作业六
1、简述扫描电镜的成像原理，用于扫描电镜成像有哪几种电子，二者有何区别？
扫描电镜利用电子枪发射电子束，电子束经过聚焦后在样品表面扫描，激发样品产生各种物理信号信号经过检测、视频放大和信号处理，在荧光屏上显示出能反映样品表面各种特征的扫描图像的显微镜。
成像信号主要为二次电子和背散射电子。
背景散色电子：
入射电子穿透到离核很近的地方被反射，而没有能量损失；
二次电子：
入射电子撞击样品表面原子的外层电子，把它激发出来，就形成低能量的二次电子，在电场的作用下它可呈曲线运动，翻越障碍进入检测器，因而使表面凹凸的各个部分都能清晰成像。
二次电子的强度主要与样品表面形貌有关。
2、扫描电镜结构中为什么会有真空系统？
起到什么作用？
真空系统的在作
用是为保证电子光学系统正常工作，防止样品污染，一般情况下要求保持1.33X10-2〜1.33x10-3Pa的真空度。
3、电子显微镜与光学显微镜有何区别？
电子显微镜的信息载体是电子束，而光学显微镜则为可见光；电子束的波长可通过调整加速电压获得所需值；
电子显微镜的透镜是由线圈通电后形成的磁场构成，故名为电磁透镜，透镜焦距也可通过电流调节，而光学显微镜的透镜由玻璃或树脂制成，焦距固定无法调节。
4、样品用于电镜分析需满足那几项基本条件？
对于不导电的样品为什么需要喷金处理？
显微电镜只能直接测定固体样品，且尺寸不大于©20x10mm对于样品中所含水分及容易挥发的物质应预先除去，否则会如何？
样品必须要清洁，不能有污垢，为什么？
样品要有好的抗电子束强度，高分子材料往往不耐电子损失，所以观察时应避免在一个区域持续太久；
样品要求具有好的导电性，为什么？
如样品不导电，一般需要做喷镀金，以保证样品具有良好的导电性。
作业七
1、简述透射电镜的成像原理，其成像过程可以分为哪两个过程？
电子枪产生的电子束经1〜2级聚光镜会聚后均匀照射到试样上的某一待观察微小区域小，入射电子与试样物质相互作用，由于试样很薄，绝大部分电子穿透试样，其强度分布与所观察试样区的形貌、组织、结构一一对应。
投射出试样的电子经物镜、中间镜、投影镜的三级磁透镜放大投射在观察图形的荧光屏上，荧光屏把电子强度分布转化为人眼可见的光强分布，于是在荧光屏上显出与试样形貌、组织、结构相应的图像。
第一个过程是平行电子束遭到物的散射作用而分裂成为各级衍射谱，即由物变换到衍射的过程。
第二个过程是各级衍射谱经过干涉重新在像平面上会聚成诸像点，即由衍射重新变换到物（像是放大了的物）的过程。
2、透射结构中为什么会有真空系统？
起到什么作用？
其真空度与扫描电镜真空度相比，哪个要求更大，并简要分析原因。
真空系统由机械泵、油扩
散泵、换向阀门、真空测量仪奉及真空管道组成。
它的作用是排除镜筒内气体，使镜筒真空度至少要在10-4pa以上。
如果真空度低的话，电子与气体分子之间的碰撞引起散射而影响衬度，还会使电子栅极与阳极间高压电离导致极间放电，残余的气体还会腐蚀灯丝，污染样品。
透射电镜的真空度要求比扫描电镜的真空度高。
因为电子能量更大。
3、样品用于透射电镜分析需满足哪几项基本条件？
电子束对试样的穿透本领较差，主要以散射为主，对于透射电镜而言，电子束必须穿过样品到达荧光屏，才能对试样进行观察分析，因此对样品的基本要求是必须保证电子束能穿透样品，即样品必须对电子束透明。
所制得的样品还必须具有代表性以真实反映所分析材料的某些特征。
因此，样品制备时不可影响这些特征，如已产生影响则必须知道影响的方式和程度。
4、什么是衬度？
影响衬度的因素都有哪些？
衬度：
亮与暗的差别（反差）样品越厚，图像就越暗；
原子系数越大，图像就越暗；
密度越大，图像就越暗。
5、试比较扫描电镜与透射电镜的相同点和不同点。
成像信号源均为电子；均需要使用电磁透镜进行聚焦处理；均需要使用真空系统。
样品均需要精心制备；均具有较高的放大倍数；均具有较高的分辨率；扫描电镜成像信号为二次电子和背散色电子；而透射电镜成像信号为透射电子；透射电镜的真空度要求比扫描电镜的真空度高；扫描电镜要求样品导电；而透射电镜则无此要求；扫描电镜对样品要求较为宽松；而透射电镜对样品要求很严格，制样水平的好坏直接影响到观察效果；扫描电镜的分辨率和放大
倍数一般都小于透射电镜。
透射电镜不仅可以观察到样品形貌，同时还可
以观察样品的晶体形貌
作业八
1、什么是X射线，X射线都有哪些性质？
X射线从本质上说，和无线电波、
可见光、射线一样，也是一种电磁波，其波长范围在0.001—10nm之间，
介于紫外线和射线之间，但没有明显的界限。
波粒二象性，不可见：
X
射线的波长在0.001-10nm之间，远远小于可见光的波长，为不可见光，单其能使某些荧光物质发光、使照相底片感光和一些气体产生电离现象。
折射率~1,在穿越不同媒质时，方向几乎不变。
电场和磁场也不能改变其传播方向，因此，常规方法无法使得X射线会聚或发散。
X射线波长短，穿透性强。
软X射线的波长与晶体的原子间距在同一量级上，容易在晶体中
发生散射、干涉和衍射，常用于晶体的微观结构分析。
硬X射线常用于金
属零件的探伤和医学上的透视分析；
杀伤作用。
X射线能杀死生物组织细胞，因此，使用X射线时，需要一定的保护措施。
2、简述X射线的产生过程。
产生X射线的条件都有哪些？
X射线的产生是由于高速运动的电子撞击物质后，与该物质中的原子相互作用发生能量
转移，损失的能量通过两种形式释放出X射线；
一种形式是高能电子击出原子的内层电子产生一个空位，当外层电子跃入
空位时，损失的能量以表征该原子特征的X射线释放；
另一形式则是高速电子受到原子核的强电场作用被减速，损失的能量以波长连续变化的X射线形式出现。
产生自由电子的电子源，加热钨丝发射热电子；
设置自由电子撞击的靶子，如阳极靶，用以产生X射线
施加在阴极和阳极间的高电压，用以加速自由电子朝阳极靶方向加速运动，如高压发生器
将阴阳极封闭在小于133.310-6Pa的高真空中，保持两极纯洁，促使加
速电子无阻挡地撞击到阳极靶上
3、什么是X射线谱，X射线主谱主要可分为哪两大类，并简述各自产生的过程和机理。
定义：
X射线谱指的是X射线强度I随波长入变化的关系曲线。
X射线的强度大小决定于单位时间内通过与X射线传播方向垂直的单位面积上的光量子数。
连续X射线谱和特征X射线谱4、说明对同一种材料存在以下关系:
作业九
1、为什么会出现吸收限？
当激发K系荧光X射线时，能否伴生L系？
当L系激发时能否伴生K系？
为什么?
2、试举例说明吸收限在滤波中的使用。
3、简述布拉格方程的定义和应用。
4、用于X射线衍射分析的粉体样品需注意哪些事项？
假塑性流体是指无屈服应力，并具有粘度随剪切速率增加而减小的流动特性的流体,其本构方程为
r=nD（n<1）,r是剪切应力，n是粘度的度量，D是剪切应变速率。
性质：
非牛顿流体的一种。
其特征是：
表示切应力（T）和切变速度D关系的流变曲线（D-T曲线）通过原点，但二者不呈直线关系，D比T增加得更快，流体的表观黏度随切变速度的增加而减小，这称作剪切稀化（shearthinning）现象。
假塑性流体的流变性质常用经验公式T=KDn表示，式中0高分子熔体和浓溶液大都属于假塑性流体。
粘弹性材料在总应变不变的条件下，由于试样内部的粘性应变（或粘塑性应变）分量随时间不断增长，使回弹应变分量随时间逐渐降低，从而导致变形恢复力（回弹应力）随时间逐渐降低的现象。
蠕变：
固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。
它与塑性变形不同，塑
性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹
性极限施加的力时也能出现。
布拉格方程：
对于X射线衍射，当光程差等于波长的整数倍时，晶面的散射线将加强，此时满足的条件为2dsin0=n入---布拉格方程，其中，d为晶面间距，B为入射线，反射线与反射晶面之间的夹角，入为波长，n为反射级数，布拉格方程是X射线在晶体产生衍射时的必要条件而非充分条件。
有些情况下晶体虽然满足布拉格方程，但不一定出现衍射，即所谓系统消光。
波长（wavelength）是指波在一个振动周期内传播的距离。
也就是沿着波的传播方向，相邻两个振动位相相同的点之间的距离。
波长入等于波速V和周期T的乘积，即入=VT。
同一频率的波在不
同介质中以不同速度传播，所以波长也不同。
粘流温度（软化温度）（viscousflowtemperature）Tf为高弹态与粘流态间的转变温度，叫做粘
流温度或软化温度。
粘流温度的影响因素：
1）分子链的柔顺性：
分子链越柔顺，粘流温度越低；而分子链越刚性，粘流温度越高。
链的柔顺性越好，链的单键内旋转越容易进行，流动活化能越低，聚合物在较低温度下就能实现粘性流动。
2）分子极性：
高分子的极性大，则粘流温度高。
极性越大，分子间的作用力较大，粘流温度较高。
3）分子量及其分布：
分子质量愈大，位移运动愈不易进行，粘流温度就要提高。
分子量分布宽,Tf范围宽，Tf小。
4）支化：
短支化，Tf减小；长支化，Tf增加。
同时，粘流温度与外力大小和作用时间有关。
外力增大有利于链段沿外力方向移动，Tf降低,
延长外力作用的时间也有助于高分子链产生粘性流动，增加外力作用的时间就相当于降低粘流温度。
说明：
高聚物由高弹态转变为玻璃态的温度，指无定型聚合物（包括结晶型聚合物中的非结晶部分）由玻璃态向高弹态或者由后者向前者的转变温度，是无定型聚合物大分子链段自由运动的最低温度，
通常用Tg表示。
没有很固定的数值，往往随着测定的方法和条件而改变。
高聚物的一种重要的工艺
指标。
在此温度以上，高聚物表现出弹性；在此温度以下，高聚物表现出脆性，在用作塑料、橡胶、
合成纤维等时必须加以考虑。
如聚氯乙烯的玻璃化温度是80C。
但是，他不是制品工作温度的上限。
比如，橡胶的工作温度必须在玻璃化温度以上，否则就失去高弹性。
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