高分子材料分析测试方法课件

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1、高分子材料分析测试方法2012-10高分子材料分析测试方法课件高分子材料分析测试方法课件第一部分第一部分高分子材料分析测试方法课件结构鉴定傅里叶红外光谱红外光谱又称为分子振动转动光谱，它和紫外可见光谱一样，也是一种分子吸收光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区城的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系的曲线，就得到红外光谱。红外光谱法不仅能进行定性和定量分析，而且从分子的特征吸收可以鉴定化合物和分子结构。高分子材料分析测试方法课件结构鉴定傅里叶红外

2、光谱红外光谱在可见光区和微波光区之间，其波长范围约为0.751000m。根据实验技术和应用的不同，通常将红外区划分成三个区：近红外光区（0.752.5m)，中红外光区(2.525m）和远红外光区（251000m)，如下表：其中中红外区是研究和应用最多的区域，一般说的红外光谱就是指中红外区的红外光谱。红外光区的划分红外光区的划分区域区域波长波长m波数波数 cm-1能级跃迁类型能级跃迁类型近红外区（泛频区）0.752.5131584000OH、NH及CH键的倍频吸收中红外区（基本振动区）2.5254000400分子振动，伴随转动远红外区（转动区）25100040010分子转动高分子材料分析测试方法

3、课件结构鉴定傅里叶红外光谱傅立叶傅立叶变换红外光外光谱仪的的结构构光源发出的光被分束器分为两束，一束经反射到达动镜，另一束经透射到达定镜。两束光分别经定镜和动镜反射再回到分束器，从而产生干涉。动镜作直线运动,因而干涉条纹产生连续的变换。干涉光在分束器会合后通过样品池，然后被检测器（傅立叶变换红外光谱仪的检测器有TGS，DTGS，MCT等）接收，计算机处理数据并输出。傅立叶傅立叶变换红外光外光谱仪的的结构构高分子材料分析测试方法课件结构鉴定傅里叶红外光谱简单介绍简单介绍FTIR的数学原理的数学原理周期性的运动可在两种域(Domain)中得到表征：一种表征域是表现出周期性的域，例如，电(磁)场强度

4、随时间(空间)的分布，就是在时(空)域中表征光波的特征；另一种表征域是运动状态按某一周期性参数(频率、波长、波数等)的分布，可统称为频域。这两种域表征同一运动状态可通过傅里叶变换(FourierTransform，简称FT)相互转变。通常所说的某种光的光谱是指该光包含的不同频率成分的强度按频率的分布，因此光谱就是光在频率域中的表征。下图是某频率的两种单色光分别在空间域（时域）和频域的表征。高分子材料分析测试方法课件结构鉴定傅里叶红外光谱相干的复色光，在空间x处电场强度的叠加是：其中是光强度按波数很明显E(x)、 分别是光时域和频域的表征，上述关系式就是傅立叶变换式。可以通过FT把光在时域和频域

5、的表征相互转换：的分布函数我们用迈克耳孙干涉仪可以得到红外光的时域谱，通过FT就可以得到光的频率（波数）分布。这就是傅里叶变换红外光谱仪名称的由来。高分子材料分析测试方法课件结构鉴定傅里叶红外光谱高分子材料分析测试方法课件结构鉴定傅里叶红外光谱红外光谱仪各项指标的含义红外光谱仪各项指标的含义A光谱范围红外的整个谱区的波长范围根据ASTM（AmericanSocietyofTestingMaterials，美国材料实验协会）定义为7802526nm。而在一般应用中大家往往把7002500nm或7002600nm作为近红外谱区，并通常把它分为2段，7001100nm的短波近红外谱区和1100360

6、0nm的长波近红外诺区。短波近红外谱区更适合做透射分析，故又叫近红外透射区，长波近红外谱区更适合做反射或漫反射分析，也称之为近红外反射区。仪器的波长范围指该红外光谱仪所能记录的光谱范围，它影响能实现分析测试的项目，主要取决于仪器的光源种类、分光系统、检测器类型和透光材料。专用的红外仪器往往只覆盖单一波段，如美国Zeltex的ZXl01型手持式辛烷值分析仪用7001100nm的短波近红外谱区，AGMED公司的土壤快速分析仪用的16502650nm的长波近红外谱区；而通用型的红外仪器往往覆盖整个红外谱区。高分子材料分析测试方法课件结构鉴定傅里叶红外光谱B分辨率红外光谱仪器的分辨率是指仪器对于紧密相

7、邻的峰可分辨的最小波长间隔，表示仪器实际分开相邻两谱线的能力，往往用仪器的单色光带宽来表示，它是仪器最重要的性能指标之一，也是仪器质量的综合反映。仪器的分辨率主要取决于仪器的分光系统的性能。仪器的分辨率主要影响光谱仪器获得测定样品光谱的质量，从而影响分析的准确性，对于一台仪器的分辨率是否满足要求，这与待测样品的光谱特征有关，有些物质光谱重叠、特征复杂，要得到满意的分析结果，就要求较高的仪器分辨率。高分子材料分析测试方法课件结构鉴定傅里叶红外光谱C波长准确度波长准确度是指仪器所显示的波长值和分光系统实际输出单色光的波长值之间相符的程度。波长准确度可用波长误差，即上述两值之差来表示。保证波长准确度

8、是红外光谱仪器能够准确测定样品光谱的前提，是保证分析结果的准确度前提。红外分析结果一般是通过用已知化学值的标准样品建立的模型来分析待测样品，如果波长准确度不能保证，整组数据就会因波长平移而使每个数据出现偏差，造成分析结果的误差。波长准确度主要决定于光学系统的结构，此外还受温度的影响。傅里叶变换红外光谱仪器一般内部有波长校正系统，所以波长准确度很高。高分子材料分析测试方法课件结构鉴定傅里叶红外光谱D波长精确度波长精确度又称波长重复性，是指对同一样品进行多次扫描，光谱谱峰位置间的差异程度或重复性，通常用多次测量某一谱峰所得波长的标准差来表示。波长精确度是体现仪器稳定性的个重要指标，取决于光学系统的

9、结构，与波长准确度一样，也会影响分析结果的准确性。如果仪器的光学系统全部设计成固定不动，则仪器的波长的精确度就会很高E光度准确度光度准确度是指仪器对某物质进行透射或漫反射测量时，测得的光度值与该物质真实值之差。主要是由检测器、放大器、信号处理电路的非线性引起。它会直接影响近红外定量分析结果的准确度。高分子材料分析测试方法课件结构鉴定傅里叶红外光谱F信噪比信噪比就是样品吸光度与仪器吸光度噪声的比值。仪器吸光度噪声是指在一定的测量条件下，在确定的波长范围内对样品进行多次测量，得到光谱吸光度的标准差。仪器的噪声主要取决于光源的稳定性、放大器等电子系统的噪声、检测器产生的噪声及环境噪声，如电子系统设计

10、不良、元件质量低劣、仪器接地不良、工作环境潮湿、外界电磁干扰多会使仪器噪声增大。信噪比是红外光谱仪器非常重要的一项指标，直接影响分析结果的准确度与精确度；因为红外光谱分析是一门弱信号提取技术，在一个很强的背景信号下提取出相对很弱的有用信息，得到分析结果，所以信噪比对近红外光谱仪器尤为重要。对于高档仪器，一般要求信噪比达到105。高分子材料分析测试方法课件红外吸收光谱在高分子材料分析中的要素1.谱带的位置；它代表某一基团的振动频率。也是说明是否含有某一基团的标志。2.谱带的形状；这主要用于鉴定特殊基团的存在（如：氢键和离子的官能团会产生很宽的吸收谱带），如酰胺基的C=O和烯类的C=C伸缩振动都出

11、现在1650cm-1附近但酰胺基团的羰基大多形成氢键，其谱带较宽。3.谱带的相对强度；谱带的强弱对比不单是定量分析的基础，而且可以暗示某一特殊基团或元素的存在。结构鉴定傅里叶红外光谱高分子材料分析测试方法课件结构鉴定傅里叶红外光谱红外光谱谱图质量影响因素红外光谱谱图质量影响因素1、扫描次数对红外谱图的影响：傅里叶变换红外光谱仪测量物质的光谱时,检测器在接受样品光谱信号的同时也接受了噪声信号,输出的光谱既包括样品的信号也包括噪声信号。信噪比与扫描次数的平方成正比。增加扫描次数可以减少噪声、增加谱图的光滑性。2、扫描速度对红外谱图的影响：扫描速度减慢,检测器接收能量增加;反之,扫描速度加快,检测器

12、接收能量减小。当测量信号小时(包括使用某些附件时)应降低动镜移动速度,而在需要快速测量时,提高速度。扫描速度降低,对操作环境要求更高,因此应选择适当的值。采用某一动镜移动速度下的背景,测定不同扫描速度下样品的吸收谱图,随扫描速度的加快,谱图基线向上位移。用透射谱图表示时,趋势相反。所以在实验中测量背景的扫描速度与测量样品的扫描速度要一致。高分子材料分析测试方法课件结构鉴定傅里叶红外光谱3、分辨率对红外谱图的影响：红外光谱的分辨率等于最大光程差的倒数,是由干涉仪动镜移动的距离决定的,确切地说是由光程差计算出来的。分辨率提高可改善峰形,但达到一定数值后,再提高分辨率峰形变化不大,反而噪声增加。分辨

13、率降低可提高光谱的信噪比,降低水汽吸收峰的影响,使谱图的光滑性增加。样品对红外光的吸收与样品的吸光系数有关,如果样品对红光外有很强的吸收,就需要用较高的分辨率以获得较丰富的光谱信息;如果样品对红光外有较弱的吸收,就必须降低光谱的分辨率、提高扫描次数以便得到较好的信噪比。4、数据处理对红外谱图质量的影：(1)平滑处理：红外光谱实验中谱图常常不光滑,影响谱图质量。不光滑的原因除了样品吸潮以外还有环境的潮湿和噪声。平滑是减少来自各方面因素所产生的噪声信号,但实际是降低了分辨率,会影响峰位和峰强,在定量分析时需特别注意。（2）基线校正：在溴化钾压片制样中由于颗粒研磨得不够细或者不够均匀,压出的锭片不够

14、透明而出现红外光散射,所以不管是用透射法测得的红外光谱,还是用反射法测得的光谱,其光谱基线不可能在零基线上,使光谱的基线出现漂移和倾斜现象。需要基线校正时,首先判断引起基线变化的原因,能否进行校正。基线校正后会影响峰面积,定量分析要慎重。高分子材料分析测试方法课件结构鉴定傅里叶红外光谱(3)样品量的控制对谱图的影响：在红外光谱实验中,固体粉末样品不能直接压片,必须用稀释剂稀释、研磨后才能压片。稀释剂溴化钾与样品的比例非常重要,样品太少不行,样品太多则信息太丰富而特征峰不突出,造成分析困难或吸收峰成平顶。对于白色样品或吸光系数小的样品,稀释剂溴化钾与样品的比例是100：1;对于有色样品或吸光系数

15、大的样品稀释剂溴化钾与样品的比例是150：1。高分子材料分析测试方法课件结构鉴定傅里叶红外光谱5、影响吸收谱带的因素还有分子外和分子内的因素：如溶剂不同,振动频率不同,溶剂的极性不同,介电常数不同,引起溶质分子振动频率不同,因为溶剂的极性会引起溶剂和溶质的缔合,从而改变吸收带的频率和强度。氢键的形成使振动频率向低波数移动、谱带加宽和强度增强(分子间氢键可以用稀释的办法消除,分子内氢键不随溶液的浓度而改变)。6、影响吸收谱带的其他因素还有：共轭效应、张力效应、诱导效应和振动耦合效应。共轭效应:由于大P键的形成,使振动频率降低。张力效应:当环状化合物的环中有张力时,环内伸缩振动降低,环外增强。诱导

16、效应:由于取代基具有不同的电负性,通过静电诱导作用,引起分子中电子分布的变化及键力常数的变化,从而改变了基团的特征频率。振动耦合效应:当2个相邻的基团振动频率相等或接近时,2个基团发生共振,结果使一个频率升高,一个频率降低。高分子材料分析测试方法课件结构鉴定激光拉曼散射光谱拉曼光谱（Ramanspectra），是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼（Raman）所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。高分子材料分析测试方法课件结构鉴定激光拉曼散射光谱拉曼光谱与红外光谱拉曼光谱与红外光谱Ram

17、an散射与红外吸收方法机理不同，所遵守的选择定则也不同。两种方法可以相互补充，这样对分子的问题可以更周密的研究。下图是Nylon66的Raman与红外光谱图高分子材料分析测试方法课件结构鉴定激光拉曼散射光谱拉曼散射光谱的特征拉曼散射光谱的特征a.拉曼散射谱线的波数虽然随入射光的波数而不同，但对同一样品，同一拉曼谱线的位移与入射光的波长无关,只和样品的振动转动能级有关；b.在以波数为变量的拉曼光谱图上，斯托克斯线（小于入射光频率）和反斯托克斯线（大于入射光频率）对称地分布在瑞利散射线（与入射光频率相同）两侧,这是由于在上述两种情况下分别相应于得到或失去了一个振动量子的能量。c.一般情况下，斯托克

18、斯线比反斯托克斯线的强度大。这是由于Boltzmann分布，处于振动基态上的粒子数远大于处于振动激发态上的粒子数。高分子材料分析测试方法课件结构鉴定激光拉曼散射光谱拉曼光谱实验装置拉曼光谱实验装置高分子材料分析测试方法课件结构鉴定激光拉曼散射光谱拉曼光谱技术的优越性拉曼光谱技术的优越性提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性定量分析，它无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。此外1由于水的拉曼散射很微弱，拉曼光谱是研究水溶液中的生物样品和化学化合物的理想工具。2拉曼一次可以同时覆盖50-4000波数的区间，可对有机物及无机物进行分析。相反，若让红外光谱覆盖相

19、同的区间则必须改变光栅、光束分离器、滤波器和检测器3拉曼光谱谱峰清晰尖锐，更适合定量研究、数据库搜索、以及运用差异分析进行定性研究。在化学结构分析中，独立的拉曼区间的强度可以和功能集团的数量相关。4因为激光束的直径在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫米，常规拉曼光谱只需要少量的样品就可以得到。这是拉曼光谱相对常规红外光谱一个很大的优势。而且，拉曼显微镜物镜可将激光束进一步聚焦至20微米甚至更小，可分析更小面积的样品。5共振拉曼效应可以用来有选择性地增强大生物分子特个发色基团的振动，这些发色基团的拉曼光强能被选择性地增强1000到10000倍。高分子材料分析测试方法课件结构鉴定激光拉曼散射光谱拉曼

20、光谱用于分析的不足拉曼光谱用于分析的不足(1)拉曼散射面积(2)不同振动峰重叠和拉曼散射强度容易受光学系统参数等因素的影响(3)荧光现象对傅立叶变换拉曼光谱分析的干扰(4)在进行傅立叶变换光谱分析时，常出现曲线的非线性的问题(5)任何一物质的引入都会对被测体体系带来某种程度的污染，这等于引入了一些误差的可能性，会对分析的结果产生一定的影响高分子材料分析测试方法课件激光拉曼散射光谱在高分子材料分析中的应用1.化学结构和组成分析2.几何构型3.固态高聚物链的构象4.熔融态的链构象5.在溶剂中的链构象6.多肽和蛋白质结构鉴定激光拉曼散射光谱高分子材料分析测试方法课件结构鉴定紫外光谱紫外可见吸收光谱是

21、物质中分子吸收200-800nm光谱区内的光而产生的。这种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子在电子能级跃迁迁（原子或分子中的电子，总是处在某一种运动状态之中。每一种状态都具有一定的能量，属于一定的能级。这些电子由于各种原因（如受光、热、电的激发）而从一个能级转到另一个能级，称为跃迁。）当这些电子吸收了外来辐射的能量就从一个能量较低的能级跃迁到一个能量较高的能级。因此，每一跃迁都对应着吸收一定的能量辐射。具有不同分子结构的各种物质，有对电磁辐射显示选择吸收的特性。吸光光度法就是基于这种物质对电磁辐射的选择性吸收的特性而建立起来的，它属于分子吸收光谱。跃迁所吸收的能量符合波尔条件：高分子材

22、料分析测试方法课件结构鉴定紫外光谱光源单色器吸收池检测器信号指示系统全世界的紫外可见分光光度计生产厂家有上百家，产品型号成千上万，但就基本结构来说，都是由五个部分组成，即光源、单色器（单色仪）、吸收池、检测器和信号指示系统。如下图所示：紫外可紫外可见分光光度分光光度计的主要部件的主要部件高分子材料分析测试方法课件结构鉴定紫外光谱高分子材料分析测试方法课件结构鉴定紫外光谱a a单光束分光光度光束分光光度计其光路示意图如前图（紫外可见分光光度计的基本结构图）所示，经单色器分光后的一束平行光，轮流通过参比溶液和样品溶掖，以进行吸光度的测定。这种类型的分光光度计结构简单，操作方便，维修容易，适用于常规

23、分析。国产722型，751型、724型、英国SP500型以及Backman DU8 型等均属于此类光度计。b b双光束分光光度双光束分光光度计其光路示意如下图所示，经单色器分光后经反射镜（M1）分解为弧度相等的两束光，一束通过参比池，另一束通过样品池。光度计能自动比较两束光的强度，此比值即为试样的透射比，经对数变换将它转换成吸光度并作为波长的函数记录下来。双光束分光光度计一般都能自动记录吸收光谱曲线。由于两束光同时分别通过参比池和样品他，还能自动消除光源强度变化所引起的误差。这类仪器有国产710 型、730型和740型，日立220系列，英国UNICAM SP700等等。高分子材料分析测试方法课

24、件结构鉴定紫外光谱c c双波双波长分光光度分光光度计其基本光路如下图所示。由同一光源发出的光被分成两束，分别经过两个单色器，得到两束不同波长的单色光；再利用切光器使两束光以一定的频率交替照射同一吸收池，然后经过光电倍增管和电子控制系统，最后由显示器显示出两个波长处的吸光度差值A(A=A1-A2)。双波长分光光度计的优点：对于多组分混合物、混浊试样（如生物组织液）的分析，以及存在背景于扰或共存组分吸收干扰的情况下，利用双波长分光光度法，往往能提高方法的灵敏度和选择性。利用双波长分光光度计，能获得导数光谱。通过光学系统转换，使双波长分光光度计能很方便地转化为单波长工作方式。如果能在两波长处分别记录

25、吸光度随时间变化的曲线，还能进行化学反应动力学研究。双波双波长分光光度分光光度计光路示意圈光路示意圈高分子材料分析测试方法课件结构鉴定紫外光谱紫外可紫外可见分光光度分光光度计的各的各项指指标含含义a. 波长准确度与准确性（一般在0.1-0.8nm之间）单色光的最大强度波长值于波长指示值之差。是仪器最重要的指标之一，仪器测定的每个值都是在指定的波长下得到的，如果所示的波长和实际波长偏差很大，那么测出的结构就毫无意义了。 b. 狭缝宽准确度（一般在0.01-0.1nm之间）狭缝是指由一对隔板在光通路上形成的缝隙，用来调节入射单色光的纯度和强度也直接影响分辩力。因此，狭缝的准确度越高越好。狭缝可在0

26、.110nm宽度内调节。 c. 噪音（一般在0.0008-0.008之间）表征仪器做稀溶液的能力。这个指标越小越好。 d. 吸光度准确性（一般在0.1%-2.0%之间 ）吸光度的仪器读数与标准溶液的标准值之差。标定应在紫外光区和可见光区两个部分进行。 高分子材料分析测试方法课件结构鉴定紫外光谱e. 高读数准确度（一般在0.2%-5.0%之间） 吸光度范围一般在0-8之间，在比较大的吸光度时测定的准确度反映了仪器的线性范围的好坏。 f. 杂散光（一般在0.02%-0.3%T之间） 检测器在给定的标称波长处（220nm，NaI；340nm,NaNO2）接收的光线中夹杂的不属于入射光束的其它光线。这

27、个值越小越好。 g. 分辨率（一般在0.03-0.3之间） 是指仪器分开相邻的两条谱线的能力。如：在狭缝为0.2nm时，365.02、365.48、366.33nm三条谱线应能明显分清。 h. 能量（一般在0.5-1之间）是读数方式的一种，一般仪器都有几种测量光度的方式如：透过率，吸光度，反射率，能量。能量的大小反映了光源、检测器等仪器的整体性能。 此外还有其它指标：如仪器的波长范围（190-1100nm）、基线漂移、稳定性、吸光度范围等高分子材料分析测试方法课件结构鉴定紫外光谱紫外可紫外可见分光光度分光光度计的的应用用紫外可见分光光度计可用于物质的定量分析、结构分析和定量分析。而且还能测定某

28、些化合物的物理化学参数，如摩尔质量、配合物的配合比例和稳定常熟、酸碱电离常数等。1 1定性分析定性分析紧外可见分光光度法对无机元素的定性分析应用较少，无机元素的定性分析可用原子发射光谱法或化学分析的方法。在有机化合物的定性鉴定和结构分析中，由于紫外可见光谱较简单，特征性不强，因此该法的应用也有一定的局限性。但是它适用于不饱和有机化合物。尤其是共轭体系的鉴定，以此推断未知物的骨架结构。此外，可配合红外光谱、核磁共振波谱法和质谱法进行定性鉴定和结构分析，因此它仍不失为是一种有用的辅助方法。一般有两种定性分析方法，比较吸收光谱曲线和用经验规则计算最大吸收波长max，然后与实测值进行比较。高分子材料分

29、析测试方法课件结构鉴定紫外光谱2 2结构分析构分析结构分析可用来确定化合物的构型和构象。如辨别顺反异构体和互变异构体。3 3定量分析定量分析紫外可见分光光度定量分析的依据是Lambert-Beer定律，即在一定波长处被测定物质的吸光度与它的溶度呈线性关系。应此，通过测定溶液对一定波长入射光的吸光度可求出该物质在溶液中的浓度和含量。种常用的测定方法有：单组分定量法、多组分定量法、双波长法、示差分光光度法和导数光谱法等。4 4配合物配合物组成及其成及其稳定常数的定常数的测定定测量配合物组成的常用方法有两种：摩尔比法（又称饱和法）和等摩尔连续变化法（又称Job法）。5 5酸碱离解常数的酸碱离解常数的

30、测定定光度法是测定分析化学中应用的指示剂或显色剂离解常数的常用方法，该法特别适用于溶解度较小的弱酸或弱碱。高分子材料分析测试方法课件结构鉴定分子荧光光谱 某些物质受到光照射，除吸收某种波长的光之外，发射出比原来所吸收光的某些物质受到光照射，除吸收某种波长的光之外，发射出比原来所吸收光的波长更长的光波长更长的光光致发光光致发光（二级光）。（二级光）。光致发光光致发光荧光荧光 fluorescence 磷光磷光 phosphorescence 荧光分析法是根据物质的荧光分析法是根据物质的荧光谱线的位置荧光谱线的位置及其及其强度强度进行物质鉴定和含进行物质鉴定和含量测定的仪器方法。量测定的仪器方法。

31、 高分子材料分析测试方法课件荧光的激发光谱与荧光光谱荧光的激发光谱与荧光光谱（1 1）荧光的激发光谱）荧光的激发光谱 激发光谱：表示不同激发波长下所引激发光谱：表示不同激发波长下所引起物质发射某一波长荧光的相对效率。起物质发射某一波长荧光的相对效率。 绘制激发光谱：固定发射波长绘制激发光谱：固定发射波长( (选选最最大大发发射射波波长长),),然然后后以以不不同同波波长长的的入入射射光光激激发发荧荧光光物物质质，以以荧荧光光强强度度F对对激激发发波长波长 作图，即为激发光谱。作图，即为激发光谱。荧光分子都具有两个特征光谱：激发光谱荧光分子都具有两个特征光谱：激发光谱和发射光谱（荧光光谱）。和发

32、射光谱（荧光光谱）。结构鉴定分子荧光光谱高分子材料分析测试方法课件 激发光谱曲线的最高处，处于激发态的分子最多，荧光强度最大，称为激发光谱曲线的最高处，处于激发态的分子最多，荧光强度最大，称为最大激发波长最大激发波长 ex（2）荧光的发射光谱（荧光光谱）荧光的发射光谱（荧光光谱） 荧光光谱表示在所发射的荧光中各种波长组分的相对强度。绘制发射光荧光光谱表示在所发射的荧光中各种波长组分的相对强度。绘制发射光谱时，谱时， 使激发光波长固定在使激发光波长固定在 ex处，然后对发射光谱扫描，测定各种波长下相处，然后对发射光谱扫描，测定各种波长下相应的荧光强度，应的荧光强度，以荧光强度以荧光强度F 对发射

33、波长对发射波长 作图作图，得发射光谱图（即荧光光谱），得发射光谱图（即荧光光谱）。结构鉴定分子荧光光谱高分子材料分析测试方法课件结构鉴定分子荧光光谱由于电子基态的振动能级分布与激发态相似由于电子基态的振动能级分布与激发态相似，故通常荧光发射光谱与它的激发光谱成镜像故通常荧光发射光谱与它的激发光谱成镜像对称关系。对称关系。高分子材料分析测试方法课件荧光的产生与分子结构的关系荧光的产生与分子结构的关系分子产生荧光必须具备的条件分子产生荧光必须具备的条件（1）具有合适的结构；）具有合适的结构；（2）具有一定的荧光量子产率。）具有一定的荧光量子产率。 荧光量子产率（荧光量子产率（ ）：）：如果一个分子

34、将吸收的光子全部释放，则其量子产率为如果一个分子将吸收的光子全部释放，则其量子产率为100%100%。结构鉴定分子荧光光谱高分子材料分析测试方法课件有机化合物的分子结构与荧光的关系有机化合物的分子结构与荧光的关系（1）跃迁类型：* 的荧光效率高，系间跨越过程的速率常数小，有利于荧光的产生；（2）共轭效应：提高共轭度有利于增加荧光效率并产生红移（4）取代基效应：芳环上有供电子基，使荧光增强。（3）刚性平面结构：可降低分子振动，减少与溶剂的相互作用，故具有很强的荧光。如荧光素和酚酞有相似结构，荧光素有很强的荧光，酚酞却没有。结构鉴定分子荧光光谱高分子材料分析测试方法课件结构鉴定分子荧光光谱高分子材

35、料分析测试方法课件分子荧光光谱在高分子材料分析中的应用1.高分子在溶液中的形态转变2.高分子共混物的相容性和相分离3.高聚物的降解和老化由于能产生荧光的物质占被分析物的数量相当有由于能产生荧光的物质占被分析物的数量相当有限，且就这少量的荧光物质几乎在同一波长段产限，且就这少量的荧光物质几乎在同一波长段产生光致发光，所以荧光法很少用来定性分析生光致发光，所以荧光法很少用来定性分析 结构鉴定分子荧光光谱高分子材料分析测试方法课件结构鉴定质谱法质谱法将气态离子混合物按质荷比质谱法将气态离子混合物按质荷比m/z大小不同进行分离分析大小不同进行分离分析的技术。的技术。质谱法优点：1.唯一可以唯一可以确定

36、分子量确定分子量的方法，特别适的方法，特别适用于生物大分子分子量（数十万）测用于生物大分子分子量（数十万）测定；定；2.极高灵敏度极高灵敏度，检测限达，检测限达10-14g；高分子材料分析测试方法课件1)根据质谱峰的质荷比测定化合物的根据质谱峰的质荷比测定化合物的分子量分子量，推测推测分子式及结构式分子式及结构式2)根据峰强度进行根据峰强度进行定量分析定量分析 质谱表质谱表质谱图质谱图m/z2121314151617相对强度相对强度1.363.65 9.71 18.8290.35100.001.14结构鉴定质谱法高分子材料分析测试方法课件常见有机化合物的质谱常见有机化合物的质谱（一）（一）烃类

37、烃类 正构烷烃正构烷烃：每隔：每隔14个质量单位出峰个质量单位出峰正癸烷质谱图正癸烷质谱图CnH2n+1离子系列离子系列结构鉴定质谱法高分子材料分析测试方法课件 支链烷烃支链烷烃：支链取代位置裂解：支链取代位置裂解3-乙基己烷质谱图乙基己烷质谱图29438571结构鉴定质谱法高分子材料分析测试方法课件 芳烃芳烃基峰基峰裂解裂解裂解裂解结构鉴定质谱法高分子材料分析测试方法课件扩环扩环麦氏重排麦氏重排裂解途径裂解途径结构鉴定质谱法高分子材料分析测试方法课件（二）（二）醇和酚醇和酚 醇醇(M-18)+(M-1)+.-+.HRCHOHCHHOHR结构鉴定质谱法高分子材料分析测试方法课件结构鉴定质谱法高

38、分子材料分析测试方法课件 酚酚结构鉴定质谱法高分子材料分析测试方法课件麦氏重排麦氏重排（三）（三）醛和酮醛和酮结构鉴定质谱法高分子材料分析测试方法课件（四）（四）酯和酸酯和酸麦氏重排麦氏重排结构鉴定质谱法高分子材料分析测试方法课件EI质谱的解释质谱的解释1. 分子量的确定（分子离子峰的识别）分子量的确定（分子离子峰的识别） 分子离子峰一般是质谱图中分子离子峰一般是质谱图中质荷比最大质荷比最大的峰的峰 分子离子峰应具有分子离子峰应具有合理的质量丢失合理的质量丢失不可能出现不可能出现(M-314)+及及(M-2125)+离子峰离子峰 质量数应符合质量数应符合氮规则氮规则氮原子个数氮原子个数 奇数：

39、分子量为奇数奇数：分子量为奇数偶数：分子量为偶数偶数：分子量为偶数 特征同位素峰：有一个氯时，特征同位素峰：有一个氯时，M和和M+2强度比强度比 为为31，对一个溴，比例为，对一个溴，比例为11结构鉴定质谱法高分子材料分析测试方法课件2. 分子式的确定分子式的确定 高分辨质谱法高分辨质谱法 同位素丰度法同位素丰度法 Beynon表表结构鉴定质谱法高分子材料分析测试方法课件3. 分子结构的确定分子结构的确定1) 谱图解释的一般方法谱图解释的一般方法由质谱的高质量端确定分子离子峰，求出由质谱的高质量端确定分子离子峰，求出分子量分子量。 采用高分辨质谱法或同位素丰度法，求出采用高分辨质谱法或同位素丰

40、度法，求出分子式分子式。计算计算不饱和度不饱和度结构鉴定质谱法高分子材料分析测试方法课件 研究高质量端离子峰研究高质量端离子峰, 确定化合物中的确定化合物中的取代基取代基M15(CH3); M16(O, NH2); M17(OH, NH3); M18(H2O); M19(F); M26(C2H2); M27(HCN, C2H3); M28(CO, C2H4); M29(CHO, C2H5); M30(NO); M31(CH2OH, OCH3); M32(S, CH3OH)M35(Cl); M42(CH2CO, CH2N2)M43(CH3CO, C3H7); M44(CO2, CS)结构鉴定质谱

41、法高分子材料分析测试方法课件研究低质量端离子峰，寻找化合物的研究低质量端离子峰，寻找化合物的特征离子特征离子或或 特征离子系列，推测特征离子系列，推测化合物类型化合物类型。 由以上研究结果，提出化合物的由以上研究结果，提出化合物的结构单元结构单元或或可能可能 的结构的结构。 验证验证所得结果。所得结果。 质谱断裂规律；标准质谱图质谱断裂规律；标准质谱图 结构鉴定质谱法高分子材料分析测试方法课件质谱法在高分子材料分析中的应用质谱法主要是根据得到的质谱图来对样品成分，结构和相对分子量进行测定。质谱法和核磁共振，红外光谱连用，可以对复杂化合物进行结构分析和鉴定结构鉴定质谱法高分子材料分析测试方法课件

42、结构鉴定气相色谱法使混合物中各组分在两相间进行分配使混合物中各组分在两相间进行分配, ,其中一相其中一相是不动的是不动的( (固定相固定相),),另一相另一相( (流动相流动相) )携带混合物流过携带混合物流过此固定相此固定相, ,与固定相发生作用与固定相发生作用, ,在同一推动力下在同一推动力下, ,不同不同组分在固定相中滞留的时间不同组分在固定相中滞留的时间不同, ,依次从固定相中流依次从固定相中流出出, ,又称色层法又称色层法, ,层析法层析法气相色谱气相色谱和和液相色谱液相色谱( (流动相流动相) )高分子材料分析测试方法课件123456789放空放空气相色谱的主要组成部分结构鉴定气相

43、色谱法高分子材料分析测试方法课件样品各组分在流动相和固定相中的分配情况不同来进行分离。样品各组分在流动相和固定相中的分配情况不同来进行分离。与固定相作用较强的组分，较慢流出色谱柱，从而得以分离。与固定相作用较强的组分，较慢流出色谱柱，从而得以分离。结构鉴定气相色谱法高分子材料分析测试方法课件气相色谱法在高分子材料分析中的应用色谱实质是分离技术，多与质谱联用，即GC-MS。GC-MS用于分析复杂化合物，GC相当于分离和进样装置，MS相当于定性检测器。结构鉴定气相色谱法高分子材料分析测试方法课件气相色谱仪和质谱仪联用技术中着重要解决两个技术问题。 1、仪器接口 接口技术中要解决的问题是气相色谱仪的

44、大气压的工作条件和质谱仪的真空工作条件的联接和匹配。接口要把气相色谱柱流出物中的载气尽可能多的除去，同时保留和浓缩待测物，使近似大气压的气流转变成适合离子化装置的粗真空，并协调色谱仪和质谱仪的工作流量。 2、扫描速度 由于气相色谱峰很窄，有的仅几秒钟时间，一个完整的色谱峰通常需要至少6个以上数据点。这样就要求质谱仪有较高的扫描速度，才能在很短的时间内完成多次全质量范围的质量扫描。另一方面，要求质谱仪能很快在不同的质量数之间来回切换，以满足选择离子检测的需要。2、GC-MS联用中的主要技术问题结构鉴定气相色谱法高分子材料分析测试方法课件总离子流色谱法（total ionization chrom

45、atography，TIC） 类似于GC 图谱，用于定量。3、GC-MS的常用测定方法结构鉴定气相色谱法高分子材料分析测试方法课件结构鉴定气相色谱法高分子材料分析测试方法课件反复扫描法（反复扫描法（repetitive scanning methodrepetitive scanning method，RSMRSM）按一定间隔时间反复扫描，自动测量、运算，制得各个组分的质谱图，可进行定性。质量色谱法（质量色谱法（mass chromatographymass chromatography，MCMC）记录具有某质荷比的离子强度随时间变化图谱。在选定的质量范围内，任何一个质量数都有与总离子流色谱图

46、相似的质量色谱图。选择性离子监测（选择性离子监测（selected ion monitoringselected ion monitoring，SIMSIM）对选定的某个或数个特征质量峰进行单离子或多离子检测，获得这些离子流强度随时间的变化曲线。其检测灵敏度较总离子流检测高2-3个数量级。结构鉴定气相色谱法高分子材料分析测试方法课件结构鉴定核磁共振波谱法核磁共振谱(nuclearmagneticresonance缩写为NMR)用波长为10100m（频率相当于MHz数量级）的电磁波照射样品，这样波长的电磁波能够与放置在磁场中一定数量样品的原子核相互作用，发生核磁共振跃迁，记录其共振跃迁讯号位置和

47、强度，就是核磁共振波谱。高分子材料分析测试方法课件核磁共振基本原理核磁共振基本原理处在外磁场中的自旋原子核会进行能级分裂，如果原子核吸收一定的能量，从低能级跃迁到高能级，这时产生的波谱称为核磁共振波谱。结构鉴定核磁共振波谱法高分子材料分析测试方法课件核磁共振波核磁共振波谱仪分分类：按磁场源分：永久磁铁、电磁铁、超导磁场按交变频率分：40，60，90，100，200，500，800MHZ（兆赫兹），频率越高，分辨率越高按射频源和扫描方式不同分：连续波NMR谱仪（CW-NMR)脉冲傅里叶变换NMR谱仪(PFT-NMR)结构鉴定核磁共振波谱法高分子材料分析测试方法课件NMR仪器的主要器的主要组成部件

48、：成部件：磁体：提供强而均匀的磁场样品管：直径4mm,长度15cm,质量均匀的玻璃管射频振荡器：在垂直于主磁场方向提供一个射频波照射样品扫描发生器：安装在磁极上的Helmholtz线圈，提供一个附加可变磁场，用于扫描测定射频接受器：用于探测NMR信号，此线圈与射频发生器、扫描发生器三者彼此互相垂直。结构鉴定核磁共振波谱法高分子材料分析测试方法课件样品的制品的制备：要求要求样品配制成溶液品配制成溶液进行行测试。对溶溶剂的要求是：易溶解的要求是：易溶解样品；化学惰性；不含品；化学惰性；不含质子等。子等。如：如：氘代代氯仿、仿、氘代苯、重水、代苯、重水、氘代丙代丙酮、氘代代二甲二甲亚砜等，等，（有（

49、有时使用不含使用不含质子的四子的四氯化碳和二硫化碳作溶化碳和二硫化碳作溶剂，但溶解性能不好。），但溶解性能不好。）试样浓度：度：5-10%；需要；需要纯样品品15-30mg；傅里叶傅里叶变换核磁共振波核磁共振波谱仪需要需要纯样品品1mg；（一般用；（一般用1050mg的的样品溶解在品溶解在0.5ml左右的溶左右的溶剂中中测试）标样浓度（四甲基硅度（四甲基硅烷TMS）：1%结构鉴定核磁共振波谱法高分子材料分析测试方法课件各各类质子的化学位移子的化学位移（1 1）饱和和烃-CH3: CH3=0.79 1.10ppmOCH3： H=3.24.0ppmNCH3： H=2.23.2ppm H=1.8pp

50、m H=2.1ppm H=23ppm-CH2: CH2=0.98 1.54ppm-CH: CH= CH3+(0.5 0.6)ppm结构鉴定核磁共振波谱法高分子材料分析测试方法课件（2）烯烃端烯质子：H=4.85.0ppm内烯质子：H=5.15.7ppm与烯基，芳基共轭：H=47ppm（3）芳香烃芳烃质子：H=6.58.0ppm供电子基团取代-OR，-NR2时：H=6.57.0ppm吸电子基团取代-COCH3，-CN，-NO2时：H=7.28.0ppm烷基单取代：H在7.0以上，单峰对位（或邻位）二取代：H=6.58.0ppm，强强弱弱对称的四条谱线C=C-H=5.25+Z同+Z顺+Z反=7.2

51、7+S结构鉴定核磁共振波谱法高分子材料分析测试方法课件-COOH：H=1013ppm-OH：（醇）H=1.06.0ppm（酚）H=412ppm-NH2：（脂肪）H=0.43.5ppm（芳香）H=2.94.8ppm（酰胺）H=9.010.2ppm-CHO：H=910ppm结构鉴定核磁共振波谱法高分子材料分析测试方法课件特征质子的化学位移值特征质子的化学位移值102345678910111213C3CHC2CH2C-CH3环烷烃环烷烃0.21.5CH2ArCH2NR2CH2SC CHCH2C=OCH2=CH-CH31.73CH2FCH2ClCH2BrCH2ICH2OCH2NO224.70.5(1)

52、5.568.510.512CHCl3(7.27)4.65.9910OHNH2NHCR2=CH-RRCOOHRCHO常用溶剂的质子的化常用溶剂的质子的化学位移值学位移值D结构鉴定核磁共振波谱法高分子材料分析测试方法课件影响电子云密度的各种因素均会影响化学位移相邻的原子或基团的电负性大，该质子周围的电子云密度就小，屏蔽程度减小（即去屏蔽程度增大），该质子的共振信号移向低场（即值增大）。 电负性对化学位移的影响电负性对化学位移的影响 CH3Si(CH3)3 ， CH 3-H， CH3-N ， CH3-Br，00.22.2 2.7 CH3-C1， CH3-OH ， CH3-NO2 CH2Cl23.03

53、.24.35.33 3、影响化学位移的因素、影响化学位移的因素（1）诱导效应）诱导效应结构鉴定核磁共振波谱法高分子材料分析测试方法课件（2） 磁各向异性效应磁各向异性效应磁各向异性效应是由于置于外加磁场中的分子所产生的感应磁场，使分子所在空间出现屏蔽区和去屏蔽区，导致不同区域内的质子移向高场和低场。各向异性效应通过空间感应磁场起作用，涉及范围大，所以又称远程屏蔽。双键的各向异性效应结构鉴定核磁共振波谱法高分子材料分析测试方法课件芳环与醛基的各向异性效应结构鉴定核磁共振波谱法高分子材料分析测试方法课件炔键的各向异性效应结构鉴定核磁共振波谱法高分子材料分析测试方法课件高分子材料分析测试方法课件由由

54、质子共振子共振图谱可得到可得到下列信息下列信息：1、吸收峰的、吸收峰的组数，数，说明分子中化学明分子中化学环境不同的境不同的质子有子有几几组；2、质子吸收峰出子吸收峰出现的的频率，即化学位移率，即化学位移值，说明分子明分子中的基中的基团情况；情况；3、峰的分裂个数及偶合常数，、峰的分裂个数及偶合常数，说明基明基团间的的连接关系；接关系；4、阶梯式梯式积分曲分曲线的高度，的高度，说明各基明各基团的的质子比。子比。结构鉴定核磁共振波谱法高分子材料分析测试方法课件核磁共振波谱法在高分子材料分析中的应用1.高分子材料的定性鉴别2.高分子材料立构规整性的鉴定结构鉴定核磁共振波谱法高分子材料分析测试方法课

55、件第二部分第二部分高分子材料分析测试方法课件分子量及分子量分布的测定重均分子量重均分子量的测定方法主要有：1.光散射法2.超速离心沉降速度法3.超速离心沉降平衡法4.凝胶渗透色谱法高分子材料分析测试方法课件分子量及分子量分布的测定光散射法光散射法是一种高聚物分子量测定的绝对方法，它的测定下限可达5103，上限为107。光散射一次测定可得到重均分子量、均方半径、第二维利系数等多个数据，因此在高分子研究中占有重要地位，对高分子电解质在溶液中的形态研究也是一个有力的工具。高分子材料分析测试方法课件分子量及分子量分布的测定超速离心沉降速度法用超速离心机进行沉降测定法的一种。在十分强大的离心力场中使溶质

56、沉降，对沉降状态进行观测。从沉降速度测定求得的高分子沉降系数，除分子量外还受分子形状等的影响，但沉降系数作为表示高分子的特征是非常重要的。此值与用其他方法求得的扩散系数相配合就可以算出分子量。另外，对沉降系数不同成分的混合物进行分析，也可用沉降速度法，同时，也是对提纯高分子样品纯度检验的重要方法之一。这些测定中虽很多是利用分析用的超速离心机，但用密度梯度离心法和使用分离用超速离心机也是可以的。高分子材料分析测试方法课件 凝胶色谱法是一种新型的液体色谱凝胶色谱法是一种新型的液体色谱(GelPermeationChromatography简称GPC)别名：体积排除色谱别名：体积排除色谱(SizeE

57、xclusionChromatography简称简称SEC)凝胶过滤色谱凝胶过滤色谱(GelFiltrationChromatography简称简称GFC)等等。从分离机理看，使用体积排除色谱从分离机理看，使用体积排除色谱(SEC)较为确切。较为确切。1964年由年由J.C.Moore首先研究成功首先研究成功(J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem.1964,2(2):835843) 在总结前人经验的基础上，结合大网状结构离子交换树脂制备的在总结前人经验的基础上，结合大网状结构离子交换树脂制备的 经验，将高交联度聚苯乙烯凝胶用作柱填料，同时配以连续式高灵敏经验，

58、将高交联度聚苯乙烯凝胶用作柱填料，同时配以连续式高灵敏 度的示差折光仪，制成了快速且自动化的高聚物分子量及分子量分布度的示差折光仪，制成了快速且自动化的高聚物分子量及分子量分布 的测定仪，从而创立了液相色谱中的凝胶渗透色谱技术。的测定仪，从而创立了液相色谱中的凝胶渗透色谱技术。分子量及分子量分布的测定1.凝胶渗透色谱法高分子材料分析测试方法课件主要特点主要特点操作简便快捷、进样量小、操作简便快捷、进样量小、数据可靠且重现性好、自动化程度高等。数据可靠且重现性好、自动化程度高等。应用领域应用领域应用于聚合物分子量及其分布、聚合物的支化度、共聚应用于聚合物分子量及其分布、聚合物的支化度、共聚物及共

59、混物的组成、聚合物分级及其结构分析、高聚物中微物及共混物的组成、聚合物分级及其结构分析、高聚物中微量添加剂的分析等。如果配以在线的绝对分子量检测器（如：量添加剂的分析等。如果配以在线的绝对分子量检测器（如：LALLS、Multi-AngleLS、Dual-AngleLS等），凝胶渗透等），凝胶渗透色谱可以测定高聚物的绝对分子量。色谱可以测定高聚物的绝对分子量。分子量及分子量分布的测定1.凝胶渗透色谱法高分子材料分析测试方法课件凝胶渗透色谱法的基本原理 当被分析的试样随着淋洗溶剂引入柱子后，溶质分子即向当被分析的试样随着淋洗溶剂引入柱子后，溶质分子即向填料内部孔洞扩散。较小的分子除了能进入大的孔

60、外，还能进填料内部孔洞扩散。较小的分子除了能进入大的孔外，还能进入较小的孔；较大分子则只能进入较大的孔；而比最大的孔还入较小的孔；较大分子则只能进入较大的孔；而比最大的孔还要大的分子就只能留在填料颗粒之间的空隙中。因此，随着溶要大的分子就只能留在填料颗粒之间的空隙中。因此，随着溶剂的淋洗，大小不同的分子就得到分离，较大的分子先被淋洗剂的淋洗，大小不同的分子就得到分离，较大的分子先被淋洗出来，较小的分子较晚被淋洗出来。出来，较小的分子较晚被淋洗出来。 分子量及分子量分布的测定1.凝胶渗透色谱法高分子材料分析测试方法课件凝胶渗透色谱法的基本原理VtV0ViVgVt:色谱柱总体积色谱柱总体积V0:载

61、体的粒间载体的粒间体积体积Vi:载体内部的空洞体积载体内部的空洞体积Vg:载体的骨架体积载体的骨架体积体积排除机理溶剂分子：溶剂分子：V0中的溶剂称为流动相；中的溶剂称为流动相；Vi中的溶剂称为固定相中的溶剂称为固定相高分子：高分子：1)体积比孔洞尺寸大，淋出体积即为体积比孔洞尺寸大，淋出体积即为V0; ; 2)体积远小于所有孔洞体积，淋出体积即为体积远小于所有孔洞体积，淋出体积即为V0+Vi ; 3)体积中等，淋出体积则大于体积中等，淋出体积则大于V0，小于，小于V0+Vi.分子量及分子量分布的测定1.凝胶渗透色谱法高分子材料分析测试方法课件凝胶渗透色谱法的基本原理Ve:溶质的淋出体积；溶质

62、的淋出体积；K :分配系数分配系数(孔体积孔体积Vi中可以被溶质分子进入的部分与中可以被溶质分子进入的部分与Vi之比之比)特别大的溶质分子：特别大的溶质分子：VeV0，K0；特别小的溶质分子：特别小的溶质分子：VeV0Vi，K1中等大小的溶质分子：中等大小的溶质分子：V0 VeV0+Vi，0K 1VeV0KViK =Ve-ViVi溶质分子的体积越小，其淋出体积越大。这种解释不考虑溶质溶质分子的体积越小，其淋出体积越大。这种解释不考虑溶质与载体之间的吸附效应以及在流动相和固定相之间的分配效应，其淋与载体之间的吸附效应以及在流动相和固定相之间的分配效应，其淋出体积仅仅由溶质分子尺寸和载体的孔尺寸决

63、定，分离完全时由于体出体积仅仅由溶质分子尺寸和载体的孔尺寸决定，分离完全时由于体积排除效应所至，故称为积排除效应所至，故称为体积排除机理体积排除机理。分子量及分子量分布的测定1.凝胶渗透色谱法高分子材料分析测试方法课件凝胶渗透色谱仪GPC仪器主要由仪器主要由输液系统输液系统（柱塞泵）、（柱塞泵）、进样器进样器、色谱柱色谱柱、检测系统检测系统（示差折光检测器、多波长（示差折光检测器、多波长UV、FTIR等）及等）及数据采集与处理系统数据采集与处理系统。分子量及分子量分布的测定1.凝胶渗透色谱法高分子材料分析测试方法课件载体和色谱柱GPC仪器对载体的要求：仪器对载体的要求：1.良好的化学稳定性和热

64、稳定性；良好的化学稳定性和热稳定性；2.有一定的机械强度有一定的机械强度3.不易变形不易变形;4.流动阻力小流动阻力小5.对试样没有吸附作用对试样没有吸附作用6.分离范围越大越好（取决于孔径分布分离范围越大越好（取决于孔径分布)等等7.载体的粒度愈小，愈均匀，堆积的愈紧密，色谱柱分离效率愈高。载体的粒度愈小，愈均匀，堆积的愈紧密，色谱柱分离效率愈高。载体是载体是GPC产生分离作用的关键产生分离作用的关键GPC载体的种类：载体的种类：1.交联聚苯乙烯凝胶交联聚苯乙烯凝胶2.多孔性玻璃多孔性玻璃3.半硬质及软质填料包括聚乙酸乙烯酯凝胶及聚丙烯酰胺凝胶半硬质及软质填料包括聚乙酸乙烯酯凝胶及聚丙烯酰胺

65、凝胶4.木质素凝胶等木质素凝胶等分子量及分子量分布的测定1.凝胶渗透色谱法高分子材料分析测试方法课件柱效率柱效率N：色谱柱的效率可借用色谱柱的效率可借用“理论塔板数理论塔板数”N进行描述。进行描述。测定测定N的方法：用一种相对分子量均一的纯物质，如邻二氯苯、苯甲醇、的方法：用一种相对分子量均一的纯物质，如邻二氯苯、苯甲醇、乙腈、苯等，作乙腈、苯等，作GPC测定，得到色谱峰，从图上可以求得从样品加入到出现峰测定，得到色谱峰，从图上可以求得从样品加入到出现峰顶位置的淋洗体积顶位置的淋洗体积VR，以及由峰的两侧曲线拐点出作出切线与基线所截得的基，以及由峰的两侧曲线拐点出作出切线与基线所截得的基线宽度

66、即峰底宽线宽度即峰底宽W，然后按照下式进行计算，然后按照下式进行计算N：评价色谱柱性能的两个重要参数评价色谱柱性能的两个重要参数对于相同长度的色谱柱，对于相同长度的色谱柱，N值越大，意味着柱效率越高。值越大，意味着柱效率越高。式中，式中，V1，V2分别为对应于样品分别为对应于样品1和样品和样品2的两个峰值的淋洗体积；的两个峰值的淋洗体积；W1，W2分别为峰分别为峰1和峰和峰2的峰底宽。的峰底宽。显然，若两个样品达到完全分离，显然，若两个样品达到完全分离，R应等于或大于应等于或大于1，如果，如果R小于小于1，则分离是，则分离是不完全的。不完全的。分离度分离度R：分子量及分子量分布的测定1.凝胶渗

67、透色谱法高分子材料分析测试方法课件GPC在测定聚合物分子量及其分布中的应用聚合物的分子量及分子量分布聚合物的分子量及分子量分布聚合物分子量聚合物分子量：统计平均分子量：统计平均分子量假定在某一高分子试样中含有若干中分子量不等的分子，该试样的总假定在某一高分子试样中含有若干中分子量不等的分子，该试样的总质量为质量为w，总摩尔数为，总摩尔数为n，种类数用，种类数用i表示，第表示，第i种分子的分子量为种分子的分子量为Mi，摩尔，摩尔数为数为ni，重量为，重量为wi，在整个试样中的重量分数为，在整个试样中的重量分数为Wi，摩尔分数为，摩尔分数为Ni，则这，则这些量之间存在下列关系：些量之间存在下列关系

68、：数均分子量数均分子量：以数量为统计权重，定义为：以数量为统计权重，定义为：分子量及分子量分布的测定1.凝胶渗透色谱法高分子材料分析测试方法课件重均分子量重均分子量：以重量为统计权重，定义为：以重量为统计权重，定义为：Z均分子量均分子量：以：以Z值为统计权重，值为统计权重，Zi=wiMi，定义为：定义为：粘均分子量粘均分子量：用稀溶液粘度法测得的平均分子量，定义为：用稀溶液粘度法测得的平均分子量，定义为：分子量及分子量分布的测定1.凝胶渗透色谱法高分子材料分析测试方法课件分子量及分子量分布的测定凝胶渗透色谱法高分子材料分析测试方法课件检测器信号检测器信号H：比例于淋出液的浓度；比例于淋出液的浓

69、度；保留体积（淋出体积）：保留体积（淋出体积）：分子尺寸的大小分子尺寸的大小Ve换算成分子量换算成分子量M，即为分子量分布曲线，即为分子量分布曲线对于对于GPC来说，级分的含量即是淋出液的浓度。只要选择与溶液浓度来说，级分的含量即是淋出液的浓度。只要选择与溶液浓度由线性关系的某种物理性质，即可通过对其测量以测定溶液的浓度。由线性关系的某种物理性质，即可通过对其测量以测定溶液的浓度。常用的方法：常用的方法：示差折射仪。示差折射仪。测定出淋出液的折光指数与纯溶剂的折光测定出淋出液的折光指数与纯溶剂的折光指数之差，以表征溶液的浓度。指数之差，以表征溶液的浓度。此外还有此外还有UV和和IR等各种类型的

70、浓度检测器。等各种类型的浓度检测器。 虽然从谱图已能直观地了解分子量分布的虽然从谱图已能直观地了解分子量分布的某些信息，某些信息，但要定量地得到分子量及分子量分但要定量地得到分子量及分子量分布的数据，还要做一些处理。布的数据，还要做一些处理。 GPC谱图谱图分子量及分子量分布的测定1.凝胶渗透色谱法高分子材料分析测试方法课件根据根据GPC分离机理，保留体积分离机理，保留体积(或淋出体积或淋出体积)Ve与分子量之间有线性关系与分子量之间有线性关系式中：式中：A和和B为常数，其值与溶质、溶剂、温度、载体及仪器结构有关，可由为常数，其值与溶质、溶剂、温度、载体及仪器结构有关，可由分子量淋出体积曲线的

71、直线段的截距和斜率求出。分子量淋出体积曲线的直线段的截距和斜率求出。首先测定一组分子量不同的单分散或窄分布样品（已用其它方法精确确定了首先测定一组分子量不同的单分散或窄分布样品（已用其它方法精确确定了分子量）的淋出体积和分子量的分子量）的淋出体积和分子量的GPC谱图（图谱图（图7-15），然后以），然后以logM对对Ve作图，作图，得到反得到反S形工作曲线（图形工作曲线（图7-16）。工作曲线中间的直线部分就是标定曲线。）。工作曲线中间的直线部分就是标定曲线。logMABVe分子量淋出体积标定曲线分子量淋出体积标定曲线分子量及分子量分布的测定1.凝胶渗透色谱法高分子材料分析测试方法课件分子量淋

72、出体积普适标定曲线分子量淋出体积普适标定曲线实际上，对大多数聚合物很难获得窄分布标准样品，由容易获得的阴离子聚合实际上，对大多数聚合物很难获得窄分布标准样品，由容易获得的阴离子聚合的聚苯乙烯的聚苯乙烯(Mw/Mn 1.1)测得的校准曲线，也不能直接用于其他高分子，因为不同测得的校准曲线，也不能直接用于其他高分子，因为不同高分子尽管分子量相同，但体积却不一样。因而必须寻找一个分子结构参数代替分高分子尽管分子量相同，但体积却不一样。因而必须寻找一个分子结构参数代替分子量，希望用这一参数求出的标定关系对所有高分子普遍适用，称为子量，希望用这一参数求出的标定关系对所有高分子普遍适用，称为普适标定普适标

73、定。根据爱因斯坦（根据爱因斯坦（Einstein）公式）公式式中：式中：h特性粘数；特性粘数； NA阿伏加德罗常数；阿伏加德罗常数； Vh流体力学体积。流体力学体积。具有体积的量纲，可当作具有体积的量纲，可当作流体力学体积流体力学体积。不同高分子的。不同高分子的 校准曲线应当相同，大量实验事实已证明了这一点（图校准曲线应当相同，大量实验事实已证明了这一点（图7-177-17）。）。流体力学体积流体力学体积：在聚合物溶液中，高分子链卷曲缠绕成无规线团状，在流动时，在聚合物溶液中，高分子链卷曲缠绕成无规线团状，在流动时，其分子链间总是裹挟着一定量的溶剂分子，所表现出的体积称之为流体力学体积。其分子

74、链间总是裹挟着一定量的溶剂分子，所表现出的体积称之为流体力学体积。分子量及分子量分布的测定1.凝胶渗透色谱法高分子材料分析测试方法课件分子量淋出体积普适标定曲线分子量淋出体积普适标定曲线若已知一种聚合物的若已知一种聚合物的M1，只须简单计算，就，只须简单计算，就能得到同一保留体积的另一种聚合物的能得到同一保留体积的另一种聚合物的M2。根据马克公式有根据马克公式有 式中式中K、对每一特定高对每一特定高分子溶剂体系是常数。将此分子溶剂体系是常数。将此两式代入上式，并整理后得到两式代入上式，并整理后得到高分子材料分析测试方法课件GPC数据处理数据处理单分散试样单分散试样 单分散试样分子量均一，不存在

75、分布和平均值问题，可以根单分散试样分子量均一，不存在分布和平均值问题，可以根据据GPC谱图求出谱图求出Ve值，根据标定曲线求得其分子量值，根据标定曲线求得其分子量分子量及分子量分布的测定1.凝胶渗透色谱法高分子材料分析测试方法课件多分散试样多分散试样许多聚合物的许多聚合物的GPC谱图是对称的（图谱图是对称的（图7-19），近似于高斯分布，），近似于高斯分布，可以用正态分布函数来处理，由以下公式计算分子量可以用正态分布函数来处理，由以下公式计算分子量：式中：式中：Mp峰值分子量，从图中峰值分子量，从图中Vp通过校准曲线求得；通过校准曲线求得；:校准偏差，等于峰宽校准偏差，等于峰宽W的四分之一；的

76、四分之一；B:校准曲线的斜率。校准曲线的斜率。分子量及分子量分布的测定1.凝胶渗透色谱法高分子材料分析测试方法课件加宽效应的改正加宽效应的改正对于单分散样品，对于单分散样品，GPC谱图理应是一条谱线，但实际上却是一个窄峰。峰加宽谱图理应是一条谱线，但实际上却是一个窄峰。峰加宽效应来源于多流路效应、纵向分子扩散、高分子在凝胶孔洞中的扩散，以及凝胶对效应来源于多流路效应、纵向分子扩散、高分子在凝胶孔洞中的扩散，以及凝胶对试样的吸附作用。加宽效应使高分子的试样的吸附作用。加宽效应使高分子的GPC谱图比实际的分子量分布要宽。谱图比实际的分子量分布要宽。一种简单的改正方法是把分子量计算值做数值上的修正，

77、即一种简单的改正方法是把分子量计算值做数值上的修正，即式中改正前的表观值改正前的表观值其中其中0为用小分子化合物为用小分子化合物(常用亚甲基蓝等常用亚甲基蓝等)测测定得到的标准偏差，定得到的标准偏差，B的定义同前。的定义同前。G改正因子，改正因子，分子量及分子量分布的测定1.凝胶渗透色谱法高分子材料分析测试方法课件离散型或不对称谱图离散型或不对称谱图将谱峰下的将谱峰下的Ve分成若干等分（如右图），分成若干等分（如右图），归一化处理，则各点的重量分数为归一化处理，则各点的重量分数为根据分子量的定义，有根据分子量的定义，有重均分子量重均分子量 数均分子量数均分子量分子量及分子量分布的测定1.凝胶渗

78、透色谱法高分子材料分析测试方法课件六、GPC的特殊应用举例6.1GPC/LALLS(小角激光光散射小角激光光散射)联用联用 联用：将试样通过联用：将试样通过GPC进行分离，令淋洗液通过进行分离，令淋洗液通过常规的常规的浓度检测器测定其浓度浓度检测器测定其浓度，同时，同时通过通过LALLS仪测量其散射光强仪测量其散射光强。由于浓度和散射光强的信号都是连续测定的，根据需要把淋由于浓度和散射光强的信号都是连续测定的，根据需要把淋洗谱图分割成若干区间，计算每个区间的中均分子量洗谱图分割成若干区间，计算每个区间的中均分子量Mi以及以及相应的浓度相应的浓度Ci，根据这两组数据求出整个试样的分子量分布根据这

79、两组数据求出整个试样的分子量分布曲线，并计算出试样的各种平均分子量及多分散指数。曲线，并计算出试样的各种平均分子量及多分散指数。将将相对法相对法变成变成绝对法绝对法，不用标样直接测定不用标样直接测定试样的各种平试样的各种平均分子量，并可做扩展效应的校准与改正。均分子量，并可做扩展效应的校准与改正。高分子材料分析测试方法课件分子量及分子量分布的测定黏均分子量黏均分子量的测定方法主要为粘度法高分子材料分析测试方法课件高聚物稀溶液的粘度是它在流动时内摩擦力大小的反映，这种流动过程中的内摩擦主要有：纯溶剂分子间的内摩擦，记作0；高聚物分子与溶剂分子间的内摩擦；以及高聚物分子间的内摩擦。这三种内摩擦的总

80、和称为高聚物溶液的粘度，记作。分子量及分子量分布的测定黏均分子量高分子材料分析测试方法课件聚合物溶液粘度的变化，一般采用下列的粘度量来描述。1.相对粘度，又称粘度比，用r表示。它是相同温度条件下，溶液粘度与纯溶剂粘度0之比，表示为：r=/0（1）相对粘度是一个无因次量，随着溶液浓度增加而增加。对于低剪切速率下聚合物溶液，其值一般大于1。2.增比粘度（粘度相对增量），用sp表示，是相对于溶剂来说，溶液粘度增加的分数：sp=（-0）/0=r1（2）3.比浓粘度（粘数），对于高分子溶液，粘度相对增量往往随溶液浓度的增加而增大，因此常用其与浓度c之比来表示溶液的粘度，称为比浓粘度或粘数，即：sp/c=

81、(r-1)/c(3)粘数的因次是浓度的倒数，一般用ml/g表示。比浓对数粘度（对数粘度），其定义是相对粘度（粘度比）的自然对数与浓度之比，即：(lnr)/c=ln(1+sp)/c(4)单位为浓度的倒数，常用ml/g表示。分子量及分子量分布的测定黏均分子量高分子材料分析测试方法课件分子量及分子量分布的测定黏均分子量特性粘度（极限粘度），其定义为比浓粘度（粘数）sp/c或比浓对数粘度（对数粘度）lnr/c在无限稀释时的外推值，用表示，即：=lim(sp/c)=lim(lnr/c)(5)c0c0称为特性粘度（或极限粘数），其值与浓度无关，量纲是浓度的倒数。实验证明，对于给定聚合物，在给定的溶剂和温度

82、下，的数值仅有试样的分子量M所决定。和M的关系如下：=KM(6)上式称为Mark-Houwink方程。式中：扩张因子，与溶液中聚合物分子形态有关；M粘均分子量高分子材料分析测试方法课件用粘度法测定高聚物分子量，关键在于的求得，最为方便的是用毛细管粘度计测定溶液的相对粘度（粘度比）。常用的粘度计为乌氏（Ubbelchde）粘度计，其特点是溶液的体积对测量没有影响，所以可以在粘度计内采取逐步稀释的方法得到不同浓度的溶液。分子量及分子量分布的测定黏均分子量乌氏粘度计高分子材料分析测试方法课件分子量及分子量分布的测定数均分子量数均分子量的测定方法主要有：1.端基分析法2.沸点升高法和冰点降低法3.蒸汽

83、压下降法4.膜渗透压法高分子材料分析测试方法课件第三部分高分子材料分析测试方法课件形态和形貌表征扫描电子显微镜扫扫描描电电子子显显微微镜镜的的简简称称为为扫扫描描电电镜镜，英英文文缩缩写写为为SEM (Scanning Electron Microscope)。它它它它是是是是用用用用细细细细聚聚聚聚焦焦焦焦的的的的电电电电子子子子束束束束轰轰轰轰击击击击样样样样品品品品表表表表面面面面，通通通通过过过过电电电电子子子子与与与与样样样样品品品品相相相相互互互互作作作作用用用用产产产产生生生生的的的的二二二二次次次次电电电电子子子子、背背背背散散散散射射射射电电电电子子子子等等等等对对对对样样样

84、样品品品品表表表表面面面面或或或或断断断断口口口口形形形形貌貌貌貌进进进进行行行行观观观观察察察察和和和和分分分分析析析析。现现在在SEM都都与与能能谱谱（EDS）组组合合，可可以以进进行行成成分分分分析析。所所以以，SEM也也是是显显微微结结构构分分析析的的主主要要仪仪器器，已已广广泛泛用用于于材材料料、冶冶金、矿物、生物学等领域。金、矿物、生物学等领域。 高分子材料分析测试方法课件电子与固体试样的交互作用电子与固体试样的交互作用一束细聚焦的电子束轰击试样表面时，一束细聚焦的电子束轰击试样表面时，入射电子与试样的原子核和核外电子将产入射电子与试样的原子核和核外电子将产生弹性或非弹性散射作用，

85、并激发出反映生弹性或非弹性散射作用，并激发出反映试样形貌、结构和组成的各种信息，有：试样形貌、结构和组成的各种信息，有：二次电子、背散射电子、阴极发光、特征二次电子、背散射电子、阴极发光、特征X X 射线、俄歇过程和俄歇电子、吸收电子、射线、俄歇过程和俄歇电子、吸收电子、透射电子透射电子等。等。高分子材料分析测试方法课件样品样品入射电子入射电子AugerAuger电子电子 阴极发光阴极发光 背散射电子背散射电子二次电子二次电子X射线射线透射电子透射电子形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件一、背散射电子一、背散射电子背散射电子背散射电子是被固体样品中的原子反弹是被固体样品中的原

86、子反弹回来的一部分入射电子。回来的一部分入射电子。弹性背散射电于弹性背散射电于是指被样品中是指被样品中原于核原于核反反弹回来的，散射角大于弹回来的，散射角大于9090度的那些入射度的那些入射电子，其能量没有损失。电子，其能量没有损失。非弹性背散射电子非弹性背散射电子是入射电子和样品是入射电子和样品核核外电子外电子撞击后产生的非弹性散射，不仅撞击后产生的非弹性散射，不仅方向改变，能量也不同程度的损失。如方向改变，能量也不同程度的损失。如果逸出样品表面，就形成非弹性背散射果逸出样品表面，就形成非弹性背散射电子。电子。可进行微区成分定性分析可进行微区成分定性分析形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料

87、分析测试方法课件二、二次二、二次电子子二次二次电子子是指在入射是指在入射电子束作用下被子束作用下被轰击出来并离开出来并离开样品表面的品表面的样品的核品的核外外层电子子。二次二次电子的子的能量能量较低低，一般都不超，一般都不超过50ev。大多数二次。大多数二次电子只子只带有几个有几个电子伏的能量。子伏的能量。二次二次电子一般都是在子一般都是在表表层5-10nm深深度度范范围内内发射出来的，它射出来的，它对样品的品的表表面形貌十分敏感面形貌十分敏感，因此，因此，能非常有效能非常有效地地显示示样品的表面形貌。品的表面形貌。不能不能进行微区成分分析行微区成分分析形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分

88、析测试方法课件三、吸收三、吸收电子子入射入射电子子进人人样品后，品后，经多多次非次非弹性散射能量性散射能量损失殆尽失殆尽,最后被最后被样品吸收。品吸收。当当电子束入射一个多元素的子束入射一个多元素的样品表面品表面时，则产生背散射生背散射电子子较多的部位多的部位( (原子序数大原子序数大) )其吸收其吸收电子的数量就子的数量就较少少。可可进行微区成分定性分析。行微区成分定性分析。形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件四、透射四、透射电子子如果被分析的如果被分析的样品很薄那品很薄那么就会有一部分么就会有一部分入射入射电子穿子穿过薄薄样品而成品而成为透射透射电子子。它含有能量和入射它

89、含有能量和入射电子相当子相当的的弹性散射性散射电子子，还有各种有各种不同能量不同能量损失的失的非非弹性散射性散射电子子。可可进行微区成份定性分析行微区成份定性分析形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件五、特征射五、特征射线当当样品原子的内品原子的内层电子被入射子被入射电子激子激发，原子就会，原子就会处于能量于能量较高高的激的激发状状态，此，此时外外层电子将向子将向内内层跃迁以填迁以填补内内层电子的空缺，子的空缺，从而使具有特征能量的射从而使具有特征能量的射线释放出来。放出来。用射用射线探探测器器测到到样品微区中品微区中存在一种特征波存在一种特征波长，就可以判定，就可以判定这个个

90、微区中存在着相微区中存在着相应的元素。的元素。形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件六、俄歇六、俄歇电子子在特征在特征x x射射线过程中，如果在程中，如果在原子内原子内层电子能子能级跃迁迁过程中程中释放出来的能量并不以放出来的能量并不以X X射射线的形式的形式发射出去，而是用射出去，而是用这部分能部分能量把空位量把空位层内的另内的另个个电子子发射出去，射出去，这个被个被电离出来的离出来的电子称子称为。俄歇俄歇电子能量各有特征子能量各有特征值，能量很低，一，能量很低，一般般为50-1500eV.50-1500eV.俄歇俄歇电子的平均白由程很小子的平均白由程很小(1nm左右左右).

91、只有在距离表面只有在距离表面层1nm左右范左右范围内内(即几即几个原子个原子层厚度厚度)逸出的俄歇逸出的俄歇电子才具子才具备特特征能量，因此征能量，因此俄歇俄歇电子特子特别适用于表面适用于表面层的成分分析。的成分分析。形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件扫描电镜结构原理框图扫描电镜结构扫描电镜结构电子光学系统，电子光学系统，信号收集处理、图信号收集处理、图像显示和记录系统，像显示和记录系统，真空系统，真空系统，三部分组成三部分组成扫描电镜结构原理扫描电镜结构原理形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件、电电子子光光学学系系统：统：电子枪电子枪电电磁磁透透镜镜（个

92、个强强磁磁个个 弱弱 磁磁 ）可可 使使 原原 来来5050m m电子子束束斑斑聚聚焦焦为6nm6nm。扫描线圈扫描线圈样品室样品室形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件、电子光学系统：、电子光学系统：样样品品室室探探测测器器形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件、信号收集处理、图像显示和记录系统、信号收集处理、图像显示和记录系统n二二次次电电子子、背背散散射射电电子子和和透透射射电电子子的的信信号号都都可可采采用用闪闪烁烁计计数数器器来来进进行行检检测测。信信号号电电子子进进入入闪闪烁烁体体后后即即引引起起电电离离，当当离离子子和和自自由由电电子子复复合后就产

93、生可见光。合后就产生可见光。n可可见见光光信信号号通通过过光光导导管管送送入入光光电电倍倍增增器器，光光信信号号放放大大，又又转转化化成成电电流信号输出，电流信号经视频放大器放大后就成为调制信号。流信号输出，电流信号经视频放大器放大后就成为调制信号。n因因此此样样品品上上各各点点的的状状态态各各不不相相同同，所所以以接接收收到到的的信信号号也也不不相相同同，于于是是就就可可以以在在显显像像管管上上看看到到一一幅幅反反映映试试样样各各点点状状态态的的扫扫描描电电子子显显微微图图像。像。形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件、真空系统、真空系统n是为了保证扫描电子显微镜电子光学系统

94、的正常工作。是为了保证扫描电子显微镜电子光学系统的正常工作。n防止样品的污染；保持灯丝寿命；避免极间放电等问题。防止样品的污染；保持灯丝寿命；避免极间放电等问题。n真空度一般在真空度一般在1.3310-21.3310-3Pa，即可满足要求。，即可满足要求。形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件LS-780型型扫描描电镜外外观形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件表面形貌衬度原理及应用表面形貌衬度原理及应用表面形貌衬度原理及应用表面形貌衬度原理及应用q二次电子成像原理二次电子成像原理q二次电子形貌衬度应用二次电子形貌衬度应用形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分

95、析测试方法课件样品表面和电子束相对位置与二次电子产额之间的关系样品表面和电子束相对位置与二次电子产额之间的关系一、二次电子成像原理一、二次电子成像原理形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件二次电子的产额二次电子的产额 K/cosK为为常常数数，为为入入射射电电子子与与样样品品表表面面法法线之间的夹角。线之间的夹角。角角越越大大，二二次次电电子子产产额额越越高高，这这表表明明二次电子对样品表面状态非常敏感二次电子对样品表面状态非常敏感。形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件形貌衬度原理形貌衬度原理形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件小颗粒小颗粒尖

96、端尖端侧面侧面凹槽凹槽实际样品中二次电子的激发过程示意实际样品中二次电子的激发过程示意图图形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件AlAl2 2OO3 3试样形貌像试样形貌像试样形貌像试样形貌像 2200220022002200抛光面抛光面二、二次电子形貌衬度应用示例二、二次电子形貌衬度应用示例高分子材料分析测试方法课件断口分析断口分析功能陶瓷沿晶断口的二次电子像，断裂均功能陶瓷沿晶断口的二次电子像，断裂均功能陶瓷沿晶断口的二次电子像，断裂均功能陶瓷沿晶断口的二次电子像，断裂均沿晶界发生，有晶粒拔出现象，晶粒表面光沿晶界发生，有晶粒拔出现象，晶粒表面光沿晶界发生，有晶粒拔出现象，

97、晶粒表面光沿晶界发生，有晶粒拔出现象，晶粒表面光滑，还可以看到明显的晶界相。滑，还可以看到明显的晶界相。滑，还可以看到明显的晶界相。滑，还可以看到明显的晶界相。形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件钛酸铋钠粉体的六面体形貌钛酸铋钠粉体的六面体形貌 2000020000粉体形貌观察粉体形貌观察PZTPZT粉体的形貌粉体的形貌 2000020000形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件其它其它形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件牙釉质表面形貌（酸蚀前）牙釉质表面形貌（酸蚀后）高分子材料分析测试方法课件原子序数衬度原理及应用原子序数衬度原理及应用原子

98、序数衬度原理及应用原子序数衬度原理及应用q背散射电子成像背散射电子成像q吸收电子的成像吸收电子的成像形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件背散射电子成像背散射电子成像q用背散射电子信号进行形貌分析，其分辨率远比二次电子低，因为背散射电用背散射电子信号进行形貌分析，其分辨率远比二次电子低，因为背散射电子是在一个子是在一个较大的作用体积内较大的作用体积内被入射电子激发出来的，被入射电子激发出来的，成像单元变大成像单元变大是分辨是分辨率降低的原因。率降低的原因。q背散射电子的背散射电子的能量很高能量很高，它们以，它们以直线轨迹逸出直线轨迹逸出样品表面，对于背向检测器的样品表面，对于背

99、向检测器的样品表面，因检测器无法收集到背样品表面，因检测器无法收集到背散射电子而变成一片阴影，因此在图像上显示出很强的衬度。散射电子而变成一片阴影，因此在图像上显示出很强的衬度。形貌衬度特点形貌衬度特点形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件背散射电子成像背散射电子成像形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件背散射电子成像背散射电子成像可以将背散射成像与二次电子成像结合使用，这样图像层次可以将背散射成像与二次电子成像结合使用，这样图像层次( (景深景深) )增加，细节清楚。增加，细节清楚。带有凹带有凹坑样品坑样品的扫描的扫描电镜照电镜照片片形态和形貌表征扫描电子显微

100、镜高分子材料分析测试方法课件背散射电子成像背散射电子成像在原子序数在原子序数Z小于小于40的范的范围内，背散围内，背散射电子的产射电子的产额对原子序额对原子序数十分敏感。数十分敏感。原子序数衬度原理原子序数衬度原理原子序数对背散射电子产额的影响原子序数对背散射电子产额的影响形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件背散射电子成像背散射电子成像因此，在进行分析时，样品上因此，在进行分析时，样品上原子序数较高的原子序数较高的区域中由于收集到的背散射电子数量较多区域中由于收集到的背散射电子数量较多，故荧，故荧光屏上的图像较亮。光屏上的图像较亮。利用利用原子序数造成的衬度变化可以对各种金属

101、原子序数造成的衬度变化可以对各种金属和合金进行定性的成分分析和合金进行定性的成分分析。样品中重元素区域。样品中重元素区域相对于图像上是亮区，而轻元素区域则为暗区相对于图像上是亮区，而轻元素区域则为暗区原子序数衬度原理原子序数衬度原理形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件背散射电子成像背散射电子成像ZrO2-Al2O3-SiO2系耐火材料的背散射电子系耐火材料的背散射电子成分像，成分像，1000由于由于ZrO2相平均原相平均原子序数远高于子序数远高于Al2O3相和相和SiO2 相，所以相，所以图中图中白色相为斜锆白色相为斜锆石石，小的白色粒状，小的白色粒状斜锆石与灰色莫来斜锆石与

102、灰色莫来石混合区为石混合区为莫来石莫来石斜锆石共析体斜锆石共析体，基体灰色相为莫来基体灰色相为莫来石。石。形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件吸收电子成像吸收电子成像q吸收电子的产额与背散射电子相反，样品的吸收电子的产额与背散射电子相反，样品的原原子序数越小，背散射电子越少吸收电子越多子序数越小，背散射电子越少吸收电子越多，反之样品的原子序数越大，则背散射电子越多，反之样品的原子序数越大，则背散射电子越多，吸收电子越少。吸收电子越少。q因此，因此，吸收电子像的衬度是与背散射电子和二吸收电子像的衬度是与背散射电子和二次电子像的衬度互补的次电子像的衬度互补的。背散射电子图像上的亮

103、。背散射电子图像上的亮区在相应的吸收电子图像上必定是暗区。区在相应的吸收电子图像上必定是暗区。形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件吸收电子成像吸收电子成像铁素体基体球墨铸铁拉伸断口的背散射电子像和吸收电子像铁素体基体球墨铸铁拉伸断口的背散射电子像和吸收电子像背散射电子像，黑色团状物为石墨背散射电子像，黑色团状物为石墨吸收电子像，白色团状物为石墨吸收电子像，白色团状物为石墨形态和形貌表征扫描电子显微镜高分子材料分析测试方法课件扫描电镜的主要特点扫描电镜的主要特点分辨率高分辨率高放大倍率高（放大倍率高（M=Ac/As）景深景深D大（大（Ds 2R0/）保真度好保真度好样品制备简单

104、样品制备简单高分子材料分析测试方法课件分辨率高分辨率高n扫描描电子子显微微镜分辨率的高低和分辨率的高低和检测信号的信号的种种类有关。主要信号的分辨率如下表：有关。主要信号的分辨率如下表：信号信号二次电子二次电子背散射电子背散射电子俄歇电子俄歇电子吸收电子吸收电子特征特征X X射线射线分辨率分辨率nm5105020051010010001001000高分子材料分析测试方法课件n 由左图知，由左图知，俄歇电子和二次电子俄歇电子和二次电子因其本因其本身能量较低以及平均自由程很短，只能在身能量较低以及平均自由程很短，只能在样品的浅层表面内逸出，在一段情况下能样品的浅层表面内逸出，在一段情况下能激发出俄

105、歇电子的样品表层厚度约为激发出俄歇电子的样品表层厚度约为0.5-0.5-2nm2nm，激发二次电子的层深为，激发二次电子的层深为5-10nm5-10nm范围。范围。n入射电子束进入浅层表面时，入射电子束进入浅层表面时，尚未向横向尚未向横向扩展开来扩展开来，因此，因此, ,俄歇电子和二次电子只能俄歇电子和二次电子只能在一个和入射电子束斑直径相当的圆住体在一个和入射电子束斑直径相当的圆住体内被激发出来。内被激发出来。n因为因为束斑直径就是一个成像检测单元束斑直径就是一个成像检测单元( (像像点点) )的大小，所以这两种电子的分辨率就的大小，所以这两种电子的分辨率就相当子束斑的直径。约为相当子束斑的

106、直径。约为5-10nm5-10nm。电子束的滴状作用体积示意图电子束的滴状作用体积示意图高分子材料分析测试方法课件n 当入射电子束进入样品较深部位时，当入射电子束进入样品较深部位时，横横向扩展的范围变大向扩展的范围变大，从这个范围中激发出，从这个范围中激发出来的背散射电子能量很高，它们可以从样来的背散射电子能量很高，它们可以从样品的较探部位处弹射出表面，品的较探部位处弹射出表面，横向扩展后横向扩展后的作用体积大小就是背散射电子的成像单的作用体积大小就是背散射电子的成像单元元，从而使它的分辨率大为降低。从而使它的分辨率大为降低。n入射电子束还可以在样品更深的部位激发入射电子束还可以在样品更深的部

107、位激发出特征出特征X X射线来。射线来。X X射线的作用体积变得更射线的作用体积变得更大，因此，若用大，因此，若用X X射线调制成像，它的分辨射线调制成像，它的分辨率比背散射电子更低。率比背散射电子更低。n 所谓扫描电子显微镜的分辨所谓扫描电子显微镜的分辨率，即二次电子像的分辨率。率，即二次电子像的分辨率。电子束的滴状作用体积示意图电子束的滴状作用体积示意图高分子材料分析测试方法课件不同能量的电子束在样品中的作用模拟图不同能量的电子束在样品中的作用模拟图高分子材料分析测试方法课件电子束在不同样品中的作用模拟图电子束在不同样品中的作用模拟图高分子材料分析测试方法课件n 但是，当电子束射入但是，当

108、电子束射入重元素样品重元素样品中时，中时，作用体积不呈滴状，而是半作用体积不呈滴状，而是半球状球状。电子束进入表面后立即向横向扩展，因此在。电子束进入表面后立即向横向扩展，因此在分析重元素时，即分析重元素时，即使电子束的束斑很细小，也不能达到较高的分辨率使电子束的束斑很细小，也不能达到较高的分辨率。此时，二次电子。此时，二次电子的分辨率和背散射电子的分辨宰之间的差距明显变小。的分辨率和背散射电子的分辨宰之间的差距明显变小。n由此可见，在其它条件相同的情况下由此可见，在其它条件相同的情况下( (如信号噪音比、磁场条件及机如信号噪音比、磁场条件及机械振动等械振动等) )，电子束的束斑大小电子束的束

109、斑大小、检测信号的类型检测信号的类型以及以及检测部位的原检测部位的原子序数子序数是影响扫描电子显微镜分辨率的三大因素。是影响扫描电子显微镜分辨率的三大因素。高分子材料分析测试方法课件n目目前前用用W W灯灯丝的的SEMSEM，分分辨辨率率已已达达到到3 3nm-nm-6nm6nm, , 场发射源射源SEMSEM分辨率可达到分辨率可达到1 1nmnm 。n高高分分辨辨率率的的电子子束束直直径径要要小小，分分辨辨率率与与电子束直径近似相等。子束直径近似相等。高分子材料分析测试方法课件二、放大倍数高二、放大倍数高n当入射当入射电子束作光子束作光栅扫描描时，若，若电子束在子束在样品表面品表面扫描的幅度

110、描的幅度为A As s，相，相应地在地在荧光屏上阴极射光屏上阴极射线同步同步扫描的幅度是描的幅度是A Ac c。则： 放大倍数放大倍数= = A Ac c /A /As s 。n 由于由于显微微镜的的荧光屏尺寸是固定不光屏尺寸是固定不变，电子束在子束在样品上品上扫描一个任意面描一个任意面积的矩形的矩形时，在阴极射，在阴极射线管上看管上看到的到的扫描描图像大小都会和像大小都会和荧光屏尺寸相同。因此我光屏尺寸相同。因此我们只要只要减小减小镜筒中筒中电子束的子束的扫描幅度，就可以得到高的描幅度，就可以得到高的放大倍数放大倍数，反之，放大倍数就减小。，反之，放大倍数就减小。n 例如例如荧光屏的光屏的宽

111、度度A Ac c 100mm100mm时，电子束在子束在样品表品表面面扫描幅度描幅度A As s =0.005mm(5m)=0.005mm(5m)，放大倍数，放大倍数为2000020000倍。倍。高分子材料分析测试方法课件从几十放大到几十万倍，从几十放大到几十万倍，连续可可调。放大。放大倍率不是越大越好，要根据有效放大倍率和分倍率不是越大越好，要根据有效放大倍率和分析析样品的需要品的需要进行行选择。如果放大倍率。如果放大倍率为M，人眼分辨率人眼分辨率为0.2mm，仪器分辨率器分辨率为5nm，则有效放大率有效放大率M0.2 106nm 5nm=40000（倍）倍）。如果。如果选择高于高于4000

112、0倍的放大倍率，不会增倍的放大倍率，不会增加加图像像细节，只是虚放，一般无，只是虚放，一般无实际意意义。二、放大倍数高二、放大倍数高二、放大倍数高二、放大倍数高高分子材料分析测试方法课件景深景深D D大大 n景深是指透镜对高低不平的试样各部位能同时聚焦成像的一个能力范围，这个景深是指透镜对高低不平的试样各部位能同时聚焦成像的一个能力范围，这个范围用一段距离来表示范围用一段距离来表示。如图。如图n 为电子束孔径角。可见，电子束孔径角是控制扫描电子显微镜景深的主要因为电子束孔径角。可见，电子束孔径角是控制扫描电子显微镜景深的主要因素，它取决于末级透镜的光阑直径和工作距离。素，它取决于末级透镜的光阑

113、直径和工作距离。 角很小（约角很小（约10-3 rad10-3 rad），所），所以它的景深很大。它比一般光学显微镜景深大以它的景深很大。它比一般光学显微镜景深大100-500100-500倍，比透射电子显微镜倍，比透射电子显微镜的景深大的景深大1010倍。倍。 高分子材料分析测试方法课件多孔多孔多孔多孔SiCSiC陶瓷的二次电子像陶瓷的二次电子像陶瓷的二次电子像陶瓷的二次电子像高分子材料分析测试方法课件保真度好保真度好样品品通通常常不不需需要要作作任任何何处理理即即可可以以直直接接进行行观察察，所所以以不不会会由由于于制制样原原因因而而产生生假假象象。这对断断口口的的失失效效分分析析特特别重

114、要。重要。高分子材料分析测试方法课件样品制品制备简单 样品品可可以以是是自自然然面面、断断口口、块状状、粉粉体体、反反光光及及透透光光光光片片，对不不导电的的样品品只只需需蒸蒸镀一一层20nm的的导电膜。膜。另另外外，现在在许多多SEM具具有有图像像处理理和和图像像分分析析功功能能。有有的的SEM加加入入附附件件后后，能能进行行加加热、冷冷却却、拉拉伸及弯曲等伸及弯曲等动态过程的程的观察。察。高分子材料分析测试方法课件扫描电子显微镜在高分子材料分析中的应用1.观察高分子材料的形态和结构2.观察高分子材料的结晶形态3.观察高分子材料的共混相容性4.观察高分子/纳米复合材料的结构5.观察高分子的生

115、物降解性。高分子材料分析测试方法课件形态和形貌表征透射电子显微镜TEM用聚焦电子束作照明源，使用于对电子束透明的薄膜试样，以透过试样的透射电子束或衍射电子束所形成的图像来分析试样内部的显微组织结构。高分子材料分析测试方法课件为什么采用电子束做为光源?：由显微镜的分辨率与光源的波长决定了透射电子显微镜的放大倍率远大于普通光学显微镜；一般来说，光学显微镜的最大放大倍率在2000倍左右，而透射电子显微镜的放大倍率可达百万倍。电磁透镜的分辨本领比光学玻璃透镜提高一千倍左右，可以达到2的水平，使观察物质纳米级微观结构成为可能。高分子材料分析测试方法课件高分子材料分析测试方法课件分析型透射电子显微镜分析型

116、透射电子显微镜高分子材料分析测试方法课件透射电子显微镜结构原理电子光学系统真空系统操作控制系统高分子材料分析测试方法课件电子光学系统照明系统成像系统观察记录系统高分子材料分析测试方法课件照明系统作用是提供光源（控制其稳定度、照明强度和照明孔径角）；选择照明方式（明场或暗场成像）。阴极控制极阳极电子束聚光镜试样高分子材料分析测试方法课件（1 1）阴极阴极电子源：1.钨灯丝热发射束流密度10A/cm2束斑大小4nm2. 场发射源束流密度105A/cm2束斑大小I高分子材料分析测试方法课件269Gibbs自由能自由能:卡巴咪嗪卡巴咪嗪晶态I和III的Gibbs自由能曲线（一阶近似）可能发生晶型转变不

117、可能发生晶型转变高分子材料分析测试方法课件由于熔融峰的形状受到纯度的影响, 根据 VanHoff 方程, 可以根据熔融峰计算样品的纯度. 纯度计算纯度计算高分子材料分析测试方法课件271合金相变合金相变(高温高温DSC)高温DSC仪器可用于检测非晶态金属的玻璃化转变以及后续的冷结晶、熔融等一系列过程。高分子材料分析测试方法课件金属氧化行为研究金属氧化行为研究软件控制的自动气体切换，开拓了新的应用领域。例如可以研究金属在特定温度、气氛下的氧化行为。高分子材料分析测试方法课件铁的相变与熔融铁的相变与熔融771.5的吸热峰为居里点转变，918.6与1404.1为两种晶格结构（bcc体心-fcc面心）

118、之间的转变。由于DSC404C测量系统高度的真空密闭结构，保证了样品能够在纯净的惰性气氛下进行测量，避免了高温下的氧化.高分子材料分析测试方法课件DSC404C的比热精度:2.5%to1400,5%to1600Al2O3高温比热测量高温比热测量高分子材料分析测试方法课件热重分析法热重分析法 TGA高分子材料分析测试方法课件热重分析法热重分析法 TGA TGAl质量变化 l热稳定性l分解温度l组分分析l脱水l腐蚀/氧化l还原l反应动力学应用：在程序温度（升降恒温及其组合）过程中,观察样品的质量随温度或时间的变化过程。高分子材料分析测试方法课件FurnacesampleBalanceTG基本原理基

119、本原理在程序温度（升降恒温及其组合）过程中，由天平连续测量样品重量的变化并将数据传递到计算机中对时间温度进行作图，即得到热重曲线。高分子材料分析测试方法课件TG典型曲线典型曲线-一水合草酸钙的分解一水合草酸钙的分解CaC2O4*H2O-CaC2O4+H2OCaC2O4-CaCO3+COCaCO3-CaO+CO2TG起始点：热稳定性的表征DTG峰温：质量变化速率最大的温度点高分子材料分析测试方法课件DTG DTG 的意义的意义TG曲线上看，有点像一个单一曲线上看，有点像一个单一步骤的过程步骤的过程DTG曲线则表明存在两个相邻曲线则表明存在两个相邻失重阶段失重阶段高分子材料分析测试方法课件DSC

120、200 F3NetzschTG结构图结构图TG 209 F1 Irisl顶部装样系统，优化气路设计，提供完美的联用方案。l优异的天平性能，完善的外围设备。l真空密闭系统，全自动气流、真空切换。l独特的c-DTA功能。高分子材料分析测试方法课件TG 典型应用典型应用高分子材料分析测试方法课件TG典型应用典型应用TGl热稳定性l分解过程l组分分析l挥发物测定l脱水脱氢l腐蚀氧化l还原反应l添加剂与填料影响l反应动力学高分子材料分析测试方法课件PE/PP的的热降解降解-c-DTA在失重过程开始前，从c-DTA曲线上可以清楚地观测到PE与PP的熔融峰。TG/%TGDTGexoc-DTA/KDTG/%/

121、minc-DTATemperature/C高分子材料分析测试方法课件PTFE的熔融与热降解的熔融与热降解TG209F3TarsusSamplemass:9.67mgCrucible:AluminaAtmosphere:N2/air20ml/minHeatingrate:20K/min高分子材料分析测试方法课件玻纤增强玻纤增强PA66TG209F3TarsusSamplemass:9.85mgCrucible:AluminaAtmosphere:N2/Air20ml/minHeatingrate:20K/minResidue=GlassFiberContent高分子材料分析测试方法课件三元乙丙橡

122、胶（三元乙丙橡胶（EPDM）的组分分析）的组分分析100200300400500600700800900Temperature/C2030405060708090100TG/%-20-15-10-50DTG/(%/min)Sample: EPDM-13 .80%-36 .85%-6 .68%-29 .91%ResidualMass:12 .76%(986.9C)479.7C723.3C905.2C409.0CPlasticizersPolymerBackboneFillerCarbonblackNitrogen Air高分子材料分析测试方法课件EPDM的组分分析的组分分析10020030040

123、0500Temperature/C405060708090100110120TG/%MeasurementinN2Sample: EPDMMeasurementinVacuum-27 .89%-22 .30%-34 .24%-16 .09%Plasticizercontentcanbeeasierdeterminedundervacuumconditions(boilingpointsuppression高分子材料分析测试方法课件复杂气流控制下的热重分析复杂气流控制下的热重分析通过改变测试气氛（真空氮气空气），有助于深入剖析材料成分。高分子材料分析测试方法课件289白云石分解白云石分解气氛的影

124、响气氛的影响白云石分解为氧化镁和氧化钙的过程分为两个步骤。第一步为碳酸镁分解，第二步为碳酸钙分解。在氮气气氛下两步分辨得不明显。但是在二氧化碳气氛下两步分解明显分开。其原因在于，二氧化碳的存在延迟了分解反应，而且对第二步反应的影响尤其显著。高分子材料分析测试方法课件同步热分析同步热分析 STA高分子材料分析测试方法课件同步热分析同步热分析天平系统天平系统原理：STADSC/DTA+TG应用：STADSC/DTA+TGDSC和TG的完全对应，有利于综合分析优异的扩展能力极其广泛的应用领域DSC传感器传感器Balance炉体高分子材料分析测试方法课件同步热分析的意义同步热分析的意义相比单独的TG与

125、/或DSC测试，具有如下显著优点：l通过一次测量，即可获取质量变化与热效应两种信息，不仅方便而节省时间，同时由于只需要更少的样品，对于样品很昂贵或难以制取的场合非常有利。l消除称重量、样品均匀性、升温速率一致性、气氛压力与流量差异等因素影响，TG与DTA/DSC曲线对应性更佳。l根据某一热效应是否对应质量变化，有助于判别该热效应所对应的物化过程（如区分熔融峰、结晶峰、相变峰与分解峰、氧化峰等）。l实时跟踪样品质量随温度时间的变化，在计算热焓时可以样品的当前实际质量（而非测量前原始质量）为依据，有利于相变热、反应热等的准确计算。高分子材料分析测试方法课件NETZSCHAnalyzing&Test

126、ing293同步热分析的意义同步热分析的意义STA将TG信号和DSC相结合，可以区分热效应的来源，更深入地分析样品反应高分子材料分析测试方法课件同步热分析的意义同步热分析的意义在计算热焓时可以选择是否基于实时质量进行计算。高分子材料分析测试方法课件STA 应用实例应用实例高分子材料分析测试方法课件高分子材料高分子材料高分子材料分析测试方法课件STA应用：聚合物相变与分解应用：聚合物相变与分解STA449/DSC204Sample:Tarmass:15mgcrucible:PtAtm.:inertflowrate:75ml/minheatingrate:10K/minSTA449,lowtemp

127、.furnace,TypeEsensorSTA449,lowtemp.furnace,TypeEsensor DSC204DSC204高分子材料分析测试方法课件PET的同步热分析的同步热分析冷结晶热裂解熔融玻璃化/松弛高分子材料分析测试方法课件聚甲醛的熔融与热降解聚甲醛的熔融与热降解聚甲醛在169前后发生熔融，在380前后发生热降解。高分子材料分析测试方法课件PP在不同升温速率下的热降解在不同升温速率下的热降解STA449F3高速升温炉：最高升温速度可达1000/min高分子材料分析测试方法课件医药、食品与有机物医药、食品与有机物高分子材料分析测试方法课件-D-葡萄糖熔融与分解葡萄糖熔融与分解

128、DSC曲线所示，在143观测到-D-葡萄糖开始熔融，在156出现熔融峰。而TG曲线和DTG曲线说明在175以上至少有两步分解。另外，DSC检测显示了在206、290和340的温度区域有一个吸热，两个吸热-放热反应。高分子材料分析测试方法课件-D-葡萄糖分解产物鉴别葡萄糖分解产物鉴别-D-葡萄糖的分解产物水、二氧化碳和碎片C4H4O。225-305之间的TG的第一步失重的末尾出现了氧气消耗。在330以上的终点反应，葡萄糖转化为饴糖，消耗了氧气并有明显的二氧化碳生成高分子材料分析测试方法课件-D-葡萄糖分解过程分析葡萄糖分解过程分析第一阶段失重：主要产生水，其失重量与升温速率无关。第二阶段失重：分

129、解，失重量与升温速率有很大的关系，表明该分解段包含竞争路径。高分子材料分析测试方法课件分解动力学评价分解动力学评价使用包含竞争路径在内的三步反应模型，可以对全部 TGA 测量结果给出非常好的拟合效果。 高分子材料分析测试方法课件等温反应预测等温反应预测210 下等温反应的预测（反应物产物浓度反应时间）由于竞争反应的存在，将导致不同反应温度下产物C与D的比例会发生变化。（参见后图280等温反应预测结果）高分子材料分析测试方法课件等温反应预测等温反应预测280下等温反应的预测（反应物产物浓度反应时间）在210下进行反应，大部分B转化为产物D。相反，在280下，大部分B都转化为产物C。这一现象是由于

130、两个分支路径的活化能相差较大而引起的。高分子材料分析测试方法课件陶瓷与玻璃陶瓷与玻璃高分子材料分析测试方法课件STA应用：粘土原矿应用：粘土原矿样品的主成分为高岭土。341为有机物的烧失，524为高岭土的脱羟基过程，976为莫来石结构的形成。高分子材料分析测试方法课件高岭土原料鉴别高岭土原料鉴别样品1为纯高岭土，可见到典型的热效应：在500附近的脱羟基反应（TG失重台阶，DSC吸热峰）以及在985附近的DSC放热峰。相比之下可见样品2含有一定数量的伊利石（体现在260附近的TG失重台阶）以及有机物（体现在426附近的DSC放热峰）。高分子材料分析测试方法课件沸石沸石800 以前有几次失重 (脱

131、水, NH3-官能团的释放)，DSC 曲线不仅可以测出相应的分解热焓，而且可以测出材料的相变热焓。高分子材料分析测试方法课件玻璃转变温度玻璃转变温度图中展示了玻璃化转变的热膨胀曲线和DSC曲线。DSC曲线能够更深入地描述玻璃化转变（起始点、中点、结束点、比热变化）。热膨胀方法能测量到软化点。高分子材料分析测试方法课件玻璃粉末的热质联用分析玻璃粉末的热质联用分析STA449+Aolossample:borateglasspowdermass:67.89mgcrucible:Ptatmosphere:synth.airflowrate:70ml/minheatingrate:10K/min玻璃化转

132、变玻璃化转变高分子材料分析测试方法课件STA449+Aolossample:glasspowdermass:67.89mgcrucible:Ptatmosphere:synth.airflowrate:70ml/minheatingrate:10K/min含水量测定含水量测定玻璃粉末的热质联用分析玻璃粉末的热质联用分析高分子材料分析测试方法课件STA449+Aolossample:glasspowdermass:67.89mgcrucible:Ptatmosphere:synth.airflowrate:70ml/minheatingrate:10K/minCOCO2 2峰的出现代表了峰的出现

133、代表了有机物烧失、碳酸盐有机物烧失、碳酸盐杂质分解杂质分解玻璃粉末的热质联用分析玻璃粉末的热质联用分析高分子材料分析测试方法课件微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃的玻璃化转变（602前后）与析晶（约7501100）高分子材料分析测试方法课件粘土在不同湿度下的水份吸附粘土在不同湿度下的水份吸附湿度控制附件湿度控制附件高分子材料分析测试方法课件刹车片高速升温刹车片高速升温高分子材料分析测试方法课件氧化锰的转变氧化锰的转变Sample:MnO2Samplemass:2886mgCrucible:Pt+lidSampleholder:DSC-cpHeatingrate:10K/minAtmosphere:Air

134、at50ml/min200400600800100012001400Temperature/C-4-20246DSC/(mW/mg)86889092949698100102TG/%MnO2Mn2O3619.1C958.2C1200.7C179.70J/g71.45J/g432.10J/g-9.20%-3.07%-0.23%1147.8C-71.83J/g exoMn3O4Mn3O4Mn2O3Mn3O4高分子材料分析测试方法课件STA应用：建材应用：建材有机添加剂烧失水分玻璃化转变结晶熔融高分子材料分析测试方法课件金属材料金属材料高分子材料分析测试方法课件STA应用：金属相变（应用：金属相变（O

135、TS附件）附件）800900100011001200130014001500Temperature/C12345DSC/(mW/mg)949596979899100101102TG/%1527.7C1475.8C1323.2C1195.2C82J/g1425.0C288J/g!1488.2C15.10%1561.0C100.00% exoSample:-TiAlSamplemass:56.13mgCrucible:Pt+liner+lidSampleholder:DSC-cpHeatingrate:20K/minAtmosphere:Argonat50ml/min特制OTS附件，消除吹扫气中残

136、余氧气，保证炉体气氛纯净，金属样品不会被残余氧气氧化高分子材料分析测试方法课件原料粉末首先形成尖晶石结构的混合铁氧体，在DSC曲线上表现为734处的放热反应，反应焓为-20.4J/g。温度升至1032和1323时，由于不同组分相的熔融，热流明显向吸热方向偏移。铁磁材料的磁材料的DSC曲曲线高分子材料分析测试方法课件牙合金牙合金使用STA449CJupiter 可以很方便地研究牙合金的氧化行为。在1064C可以检测到金的熔融，这一热效应表现在DSC-信号上为一尖锐的吸热峰。高分子材料分析测试方法课件水蒸气炉水蒸气炉高分子材料分析测试方法课件Sample:StainlessSteelSamplem

137、ass:1045mgCrucible:AluminaPlateHeatingrate:40K/minAtmosphere:Air/HumiditySensor:TGtypeS水蒸气炉应用：抗腐蚀不锈钢水蒸气炉应用：抗腐蚀不锈钢050100150200250300Time/min98.0098.5099.0099.50100.00100.50101.00101.50102.00TG/%100200300400500600700800900Temperature/CCorrosion Resistant Stainless Steel in 50 % Air / 50 % Water-Vapor-

138、0.010%0.120%样品在表面形成氧化层后，不再进一步氧化。高分子材料分析测试方法课件Sample:StainlessSteelSamplemass:500mgCrucible:AluminaPlateHeatingrate:10/0K/minAtmosphere:WatervaporSensor:TGtypeS2daysisothermalat900C样品在恒温下发生持续氧化水蒸气炉应用：普通不锈钢水蒸气炉应用：普通不锈钢高分子材料分析测试方法课件102010401060108011002.02.53.03.54.04.5Time/hrs98.099.0100.0101.0102.010

139、3.0104.0TG/%Temperature/C1.720%Sample:SteelSamplemass:1271mgCrucible:AluminaPlateHeatingrate:40K/minAtmosphere:Air/HumiditySensor:TGtypeS样品在恒温下发生较强烈的持续氧化水蒸气炉应用：普通钢材水蒸气炉应用：普通钢材高分子材料分析测试方法课件建材、保温材料建材、保温材料高分子材料分析测试方法课件建筑材料建筑材料(Ca(OH)2)氢氧化钙是生产建筑材料的一种基础物质，图中显示了该样品的分解过程以及杂质的影响。高分子材料分析测试方法课件建筑材料建筑材料(Ca(OH)

140、2)对应于3次失重步骤，检测到了相应的3个吸热效应，从第3次失重的温度范围可看出样品含有少量的碳酸盐杂质。高分子材料分析测试方法课件建筑材料（水泥）建筑材料（水泥）水泥在用作建筑材料之前要在1300到1500C之间培烧，在这个热处理过程中会有杂质(如有机物)和二氧化碳释放出来。高分子材料分析测试方法课件建筑材料（水泥）建筑材料（水泥）在680C之前的吸热和发热峰很可能是杂质(如有机物)造成的。而碳酸盐的分解是一个多步骤反应，这表示样品中并不只含有碳酸钙一种碳酸盐。高分子材料分析测试方法课件含能材料高分子材料分析测试方法课件煤炭燃烧煤炭燃烧 煤炭燃烧热值计算。由于反应在高温下进行，只有使用高温

141、DSCSTA 系统才能精确测量。 高分子材料分析测试方法课件水煤气化水煤气化 水煤气反应：C + H2O + Energy - CO + H2 Sample: Carbon powdermass: 42.48 mgcrucible: platinum Atm.: Ar+20% H2Oflow rate: 150 ml/minheating rate: 10 K/min高分子材料分析测试方法课件HMA火药火药高分子材料分析测试方法课件炸药：斯蒂芬酸钡炸药：斯蒂芬酸钡在某些情况下，炸药爆炸时会产生极强的反冲，表现为急速增重（图中可大20000）。这就要求天平有足够大的测量范围，而且对天平的制造质量是一个考验。DSCTG高分子材料分析测试方法课件流变性研究高分子材料分析测试方法课件对于高分子材料流动性的表征，主要有毛细管粘度计，落球黏度计，平板粘度计，转矩粘度计，熔融指数仪等。PS：对于公司毛细管粘度计可用于的评价内容，在进行验证和对条件进行摸索后，在以后的报告中给出高分子材料分析测试方法课件