Metody badania polimerów i tworzyw polimerowych Fizykochemia i

Politechnika Rzeszowska
Wydział Chemiczny
Katedra Technologii i Materiałoznawstwa Chemicznego
Metody badania polimerów i tworzyw polimerowych
Fizykochemia i właściwości fizyczne polimerów
Rzeszów 2009
Identyfikacja polimerów metodą spektrometrii w podczerwieni (IR)
Spektroskopia w podczerwieni (IR) 1-3
Związki organiczne zależnie od swej struktury, absorbują promieniowanie elektromagnetyczne
o ściśle określonej długości fali. Obraz promieniowania przepuszczonego przez badaną próbkę
będącym zależnością natężenia promieniowania przepuszczonego od długości fali nazywamy
widmem absorpcyjnym substancji. Spektroskopia w podczerwieni (spektroskopia IR) obejmuje
zakres promieniowania od 0,7 do 50 µm (14300 - 200 cm-1), tj. zakres zmian oscylacyjnych
i rotacyjnych cząsteczek. Atomy lub grupy atomów w cząsteczce ulegają różnorakim drganiom.
Rozróżnia się drgania szkieletowe, w których bierze udział cała cząsteczka, oraz drgania
zlokalizowane.
Drgania
wzdłuż
osi
wiązania
nazwano
drganiami
walencyjnymi
lub
rozciągającymi, natomiast drgania powodujące zmianę kątów między wiązaniami drganiami
deformującymi. Każde z tych drgań może spowodować absorpcję w podczerwieni tylko wtedy gdy
odpowiada mu zmiana momentu dipolowego. Pasma najważniejszych drgań podstawowych
cząsteczek organicznych leżą w zakresie liczb falowych od 4000 do 400 cm-1 i są zestawione
w tablicach korelacyjnych. Interpretacja widma w podczerwieni sprowadza się do ustalenia
ugrupowań atomów odpowiadających poszczególnym charakterystycznym pasmom absorpcyjnym
badanego związku.
Wyznaczanie stopnia krystaliczności poliamidu metodą spektroskopii IR 4, 5
Na widmach IR poliamidów występują charakterystyczne dla amidów drugorzędowych
charakterystyczne silne pasma odpowiadające drganiom wiązań w grupie N-H i C=O:
ν = 3330-3050 cm-1 pasmo drgań rozciągających wiązania N-H
ν = 1680-1630 cm-1 pasmo drgań rozciągających wiązania C=O (I pasmo amidowe)
ν = 1560-1510 cm-1 pasmo drgań deformacyjnych wiązania N-H (II pasmo amidowe).
Cechą charakterystyczną poliamidów jest występowanie w formie amorficznej (bezpostaciowej) i
krystalicznej. Ilościowy stosunek fazy krystalicznej do fazy bezpostaciowej nosi nazwę stopnia
krystaliczności. Na widmach IR poliamidów w zakresie liczb falowych 1200-930 cm-1 występują
pasma związane z drganiami grupy CONH w płaszczyźnie w fazie krystalicznej, co pozwala na
podstawie widm IR określić stopień krystaliczności poliamidu.
Na rys. 1 przedstawiono widmo IR (w zakresie liczb falowych 1200-750 cm-1) folii poliamidu 6
wylanej z roztworu kwasu mrówkowego. Pasma przy ν = 1029 i 928 cm-1 związane są z udziałem
fazy krystalicznej α i γ. Pasmo przy ν =960 cm-1 związane jest z udziałem fazy krystalicznej α.
Pasmo przy ν = 976 cm-1 związane jest z udziałem fazy krystalicznej γ. Pasmo przy ν = 1124 cm-1
2 (drgania rozciągające C-C) jako pasmo bezpostaciowe występuje we wszystkich poliamidach i
może być wykorzystane jako pasmo odniesienia przy wyznaczaniu stopnia krystaliczności
poliamidów.
Rys.1 Widmo IR poliamidu 6 - folia wylana z kwasu mrówkowego
Ponieważ analizowane folie poliamidowe mają różne grubości należy widma IR przeskalować tak,
aby wartość absorbancji pasma przy liczbie falowej 1124 cm-1 była równa A0=0,5.
Na rys. 2 przedstawiono przeskalowane widmo IR (w zakresie liczb falowych 1200-750 cm-1) folii
poliamidu 6 wylanej z roztworu kwasu mrówkowego.
Rys. 2 Przeskalowane widmo IR poliamidu 6 - folia wylana z kwasu mrówkowego
3 Do obliczenia stopnia krystaliczności poliamidu z przeskalowanego widma IR (rys.2) odczytuje się
następujące wartości absorbancji:
Aα - pasmo fazy α i γ przy ν = 929 cm-1
Aγ - pasmo fazy γ przy ν = 977 cm-1
Stopień krystaliczności (xk) oblicza się z równania:
xk = 58,82 * K + 32,06
gdzie: K = Aα + 2/3 * Aγ
Udział faz α i γ oblicza się z równań:
xα = 10,76 * ln(Aα) + 57,37
xγ = xk - xα
WYKONANIE ĆWICZENIA
W ramach zajęć zostaną przedstawione podstawy spektroskopii IR i interpretacji widm IR,
oraz wykonane oznaczenie stopnia krystaliczności poliamidu 6 (z wcześniej przygotowanej folii).
Część I (ćwiczenia tablicowe):
Teoretyczne podstawy spektrometrii IR
Podstawy interpretacji widm IR
Identyfikacja polimerów na podstawie widm IR
Część II (laboratorium):
Metody przygotowanie próbek
Oznaczenie stopnia krystaliczności poliamidu 6 metodą spektrometrii w podczerwieni
Sprawozdanie z przeprowadzonego ćwiczenia (oznaczenia stopnia krystaliczności poliamidu 6)
powinno zawierać:
- nazwisko wykonawcy, datę i tytuł przeprowadzonego ćwiczenia
- krótki opis zastosowanej metody, rodzaj aparatu
- opracowanie i omówienie wyników
Literatura
1. Praca zbiorowa, „Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji związków
organicznych”, WNT, Warszawa 1995.
2. R.M. Silverstein, F.X. Webster, D.J. Kiemle, „Spektroskopowe metody identyfikacji związków
organicznych”, PWN, Warszawa 2007.
3. J. Woliński, J. Terpiński, „Organiczna analiza Jakościowa”, PWN, Warszawa 1973.
4. Praca zbiorowa, „Poliamidy”, WNT, Warszawa 1964.
5. Praca zbiorowa, „Analiza polimerów syntetycznych”, WNT, Warszawa 1971. 4