Обработка и представление результатов.

• Описать эксперимент.

• Приложить распечатку спектра.

• Интерпретировать спектры исследуемых образцов мономера и полимера и объяснить наблюдаемые различия спектров.

• Описать спектры с отнесением полос поглощения.

Работа 2.

Количественное спектроскопическое определение свободных гидроксильных групп в полиэфирных смолах методом внешних стандартов.

Цель работы

1. Использование ИК-спектроскопии для количественного анализа функциональных групп в полимерах методом внешних стандартов.

2. Построение калибровочных графиков для количественного анализа.

3. Количественный анализ функциональных групп неизвестного образца.

Сущность метода заключается в измерении оптической плотности полосы поглощения OH групп в области валентных колебаний (3500 см^-1) и определении их количества по калибровочному графику. Метод пригоден для анализа образцов, содержащих от 0,1 до 3% ОН групп.

Из закона Бугера-Ламберта-Бера следует, что логарифм отношения интенсивности падающего на вещество монохроматического излучения I₀ к интенсивности прошедшего через вещество излучения I, пропорционален коэффициенту экстинкции ε, толщине слоя вещества l и концентрации этого вещества С:

,

Где: D - оптическая плотность.

Если концентрация вещества выражена в моль/л, то ее обозначают С, а коэффициент экстинкции называют мольным коэффициентом экстинкции и обозначают ε.

Для полимеров пользуются концентрацией в г/л обозначаемой с и коэффициент экстинкции обозначают как E.

В ИК-спектроскопии обычно регистрируют зависимость пропускания T=I•100%/I₀ от волнового числа падающего света. Между оптической плотностью D и пропусканием существует соотношение:

D=lg 100/T.

Для количественного анализа полимеров с помощью ИК-спектроскопии проводят определение коэффициента экстинкции для аналитических полос поглощения и из сопоставления их значений со значениями коэффициентов экстинкции стандартных образцов с известным содержанием определяемых групп или связей вычисляют содержание последних в исследуемом полимере. Кроме этого, для улучшения точности измерения строят калибровочные графики, представляющие собой зависимость содержания определяемых групп в полимере от оптической плотности в максимуме поглощения аналитической полосы, либо от интегральной интенсивности полосы поглощения.

Образцы и реактивы

• Образец ненасыщенного полиэфира с известным содержанием гидроксильных групп;

• Образец ненасыщенного полиэфира с неизвестным содержанием гидроксильных групп;

• Калибровочные пленки полистирола;

• Хлороформ перегнанный;

• Вата медицинская вискозная.

Оборудование

• ИК Фурье – спектрометр Nicolet 380;

• Кювета разборная с вкладышами, 1 шт.;

• Набор прокладок к кювете;

• Мерные колбы;

• Аналитические весы;

• Пипетки, шприцы, шпатели, лабораторная посуда.

Методика выполнения работы

• Прибор не требует никаких операций по включению, он находится в постоянно включенном состоянии.

• Включают управляющий компьютер и запускают программу OMNIC.

• Устанавливают режим съемки, предусматривающий съемку спектра сравнения перед серией образцов (не перед каждым спектром образца).

• Регистрируют спектр атмосферы пустого кюветного отделения и запоминают его как спектр сравнения, который следует вычитать из спектра образца при каждом скане.

• Проверяют работоспособность прибора по пленке полистирола, для чего вставляют в держатель кюветы в кюветном отделении прибора пленку полистирола толщиной 25 мкм и записывают спектр. Полученный спектр отождествляют со спектром эталона по характерным полосам поглощения в интервале 3100-2800 см^-1 и 2000-700 см^-1.

Калибровка толщины кюветы для количественного анализа

Определение толщины кюветы основано на том, что в интерферограмме чистой кюветы с плоско-параллельными окнами наблюдаются регулярные максимумы и минимумы, обусловленные интерференцией.

1. Собирают разборную кювету с вкладышем 0.1 мм в соответствии с инструкцией к разборной кювете.

2. Регистрируют спектр сравнения с пустым кюветным отделением.

3. Закрепляю пустую кювету в держателе кюветного отделения.

4. Регистрируют спектр пробы.

5. Выводят спектр на экран в формате пропускание - волновое число.

6. Рассчитывают толщину кюветы по уравнению:

Где: t - расстояние между окнами (мм); ν₁ и ν₂ – волновые числа в см^-1; n – число максимумов между ними (нумерация начинается с 0).

Построение калибровочного графика

1. Готовят калибровочные растворы ненасыщенного полиэфира с известным содержанием гидоксильных групп (до 3% по весу), определенным независимым методом. Для этого навеску 2.5 г полиэфира взвешенную с точностью 0,2 мг помещают в колбу на 50 мл. К навеске прибавляют 25 г (18 мл) хлороформа.

2. Из полученного раствора готовят серию из 5 двукратных разведений в хлороформе. Получают 6 калибровочных растворов содержащих соответственно 10; 5; 2,5; 1,25; 0,625; 0,312% по весу ненасыщенного полиэфира.

3. Калиброванную кювету с вкладышем 0.1мм заполняют хлороформом при помощи двух шприцев в соответствии с инструкцией к кювете и в соответствии с методикой описанной выше .

4. Помещают кювету с растворителем в кюветное отделение спектрометра. Регистрируют спектр кюветы с растворителем в интервале волновых чисел 3000-4000 см^-1и запоминают его как спектр сравнения, который следует вычитать из спектра образца при каждом скане.

5. Извлекают кювету и заполняют ее калибровочным раствором полимера, начиная с самого разбавленного, при помощи двух шприцев в соответствии с инструкцией к разборной кювете.

6. Помещают кювету с раствором полимера в кюветное отделение спектрометра и регистрируют спектр в интервале волновых чисел 3000-4000 см^-1 с вычитанием спектра сравнения.

7. Выводят спектр в рабочее окно программы, корректируют базовую линию, запоминают спектр в память компьютера и распечатывают в координатах пропускание – волновое число.

8. Проводят базовую линию между частотами 3600-3400 см^-1. Измеряют оптическую плотность в максимуме полосы 3500 см^-1, Записывают результат в таблицу.

9. Извлекают кювету, промывают ее хлороформом, и заполняют следующим калибровочным раствором большей концентрации.

10. Повторяют шаги с 5 по 9 со всеми калибровочными растворами поочередно начиная с наименее концентрированного.

11. Промывают кювету хлороформом как описано выше.

12. Рассчитывают содержание гидроксильных групп в каждом образце и строят калибровочный график в координатах % OH – D ₃₅₀₀ (весовое содержание гидроксильных групп – оптическая плотность сигнала при 3500 см^-1).

% OH

Рисунок 6. Калибровочный график определения ОН групп в

полиэфирных смолах

Проведение анализа

1. Образец 0,5 г. ненасыщенного полиэфира с неизвестным содержанием гидроксильных групп, взвешенный с точностью до 0,0002 г помещают в колбу емкостью 25 мл.

2. К навеске полимера прибавляют 4,5 г. ( 3 мл) хлороформа. Полученный раствор заливают в кювету толщиной 0,1 см откалиброванную предварительно в соответствии с процедурой описанной выше.

3. Помещают кювету с раствором полимера в кюветное отделение спектрометра и регистрируют спектр в интервале волновых чисел 3000-4000 см^-1 с вычитанием спектра сравнения.

4. Выводят спектр в рабочее окно программы, корректируют базовую линию, запоминают спектр в память компьютера и распечатывают в координатах пропускание – волновое число.

5. Проводят базовую линию между частотами 3600-3400 см^-1. Измеряют оптическую плотность в максимуме полосы 3500 см^-1, Записывают результат в журнал.

6. Определение повторяют, начиная с шага 1 по шаг 15. За результат принимают среднее арифметическое из двух параллельных определений, расхождение между которыми не должно превышать 10%

7. Содержание гидроксильных групп определяют по калибровочному графику.

8. Относительная ошибка измерения – 2,5%.