рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Определение элементного состава вещества полимера или олигомера методами количественного органического элементного микроанализа

Определение элементного состава вещества полимера или олигомера методами количественного органического элементного микроанализа - раздел Химия, Определение Элементного Состава В...

Определение элементного состава вещества (полимера или олигомера) методами количественного органического элементного микроанализа

Элементный анализ подразделяют на: · классический ручной · автоматический

Основы спектрального анализа

Спектральный анализ основан на свойстве разных атомов и функциональных групп (ФГ) вещества избирательно поглощать энергию квантов отдельных участков… ИК– инфракрасная область электромагнитного излучения включает волны длиной l… ИК–область длится на:

Краткая характеристика метода ИК – спектроскопии

В ближней (при частоте n=13157-4000см-1 или длине волны ) и средней (;n= 4000-200см-1) областях ИК–излучения проявляются внутримолекулярные… · длины химических связей, соединяющих атомы. Такие колебания называются… · валентные углы между связями. Этот вид колебаний носит название деформационных колебаний (смотри рисунок 10,…

Приготовление (препарирование) образцов для снятия ИК-спектра

- в твердом (пленки, порошки, волокна); - в жидком (из раствора); - в вязко-текучем (в расплаве);

Нерастворимые и неплавкие полимеры можно исследовать в виде порошка, растертого с иммерсионной средой.

Иммерсионной средой служат: - вазелиновое или фторуглеродное (перфторкеросин) масла; - оптически прозрачные галогениды щелочных металлов (KBr; KCl; NaCl).

Метод пиролиза с анализом газообразных продуктов сейчас широко используется для идентификации полимеров

 

Линейные полимеры при пиролизе разлагаются до осколков макромолекул или до мономера. По ИК-спектрам этих продуктов можно судить о структуре исходных полимеров. Некоторые фирмы выпускают пиролитические ячейки ”лодочки” к стандартным ИК- приборам.

Масса полимера в лодочке ~ 10-20мг. Температура пиролиза ~ 300-7000С. Газообразные продукты собирают в кюветном отделении пиролитической ячейки, снимают и анализируют их ИК - спектр.

Принцип работы и блок – схема ИК – спектрофотометра

Для снятия ИК – спектров используют одно- и двухлучевые спектрометры. Шире распространены двухлучевые. Они снимают спектр поглощения в виде кривой зависимости пропускания от частоты излучения или зависимости оптической плотности от частоты излучения.

Чаще применяют спектральные приборы с фотоэлектрической регистрацией спектра. Такие приборы называются спектрофотометры (рисунок 11).

 

Рисунок 11 - Блок-схема двухлучевого спектрофотометра:

1- источник излучения; 1-а - поток лучей, проходящий через кювету сравнения; 1-б поток лучей, проходящий через исследуемый образец; 2 – кювета сравнения; 3 – фотометрическая система (диафрагма, клин); 4 – модулятор; 5 – монохроматор с призмой или дифракционной решеткой; 6 - термо- или фотоприемник; 7 – усилитель; 8 – выпрямитель;

9, 10 – моторы, приводящие фотометрическую систему 3 в движение до тех пор, пока интенсивность потока сравнения и рабочего потока через образец не станут равными; 11 - самописец со шкалой, отградуированной в % пропускания (Т).

 

Наиболее распространены в России ИК-спектрофотометры производства Германии (UR-20, Specord) и отечественные приборы ИКС-22, ИКС-14.

Интерпретация (расшифровка) ИК – спектров

· на качественном уровне оценить природу полимера, выявить наличие определенных функциональных групп; · количественно определить состав полимера, долю в нем кристаллических… При качественном анализе полученные ИК-спектры исследуемого материала сравнивают с ИК-спектрами модельных соединений,…

Методология количественного анализа полимеров по ИК-спектрам

Количественный расчет по ИК-спектрам возможен в двух вариантах: a) расчет абсолютного содержания каких-либо групп, звеньев, степени… b) расчет содержания групп, звеньев, степени кристалличности, доли сомономеров и др. показателей по отношению…

А) В первом случае важно правильно выбратьаналитическую (характеристическую) полосу поглощения и подготовить нужную толщину слоя исследуемого образца.

Например, если требуется доказать наличие и установить содержание карбоксильных групп в исследуемом веществе, следует помнить, что характеристической полосой для поликислот, полиэфиров, поликетонов, полиальдегидов и др. полимеров является полоса поглощения валентных колебаний группы атомов (карбонильной группы). Эти валентные колебания проявляются при частоте ИК-излученияn»1720см-1.

Если необходимо оценить степень разветвленности полимера, например полиэтилена, то такую оценку ведут по аналитической полосе деформационных колебаний групп – СН3, которая проявляется в районе частоты ~1378см-1.

Для установления наличия и расчета количества ненасыщенных групп в полимере служит характеристическая полоса поглощения валентных колебаний группы –С=С- при частоте ИК-излучения n»1680¸1620см-1.

Лучше, если аналитическая полоса поглощения расположена в ИК-спектре изолированно от других полос.

Для определения интенсивности аналитической полосы и последующего количественного расчета проводят базисную (базовую) линию в месте появления данной полосы.

Базовая линия – это прямая, которая сливается на краях аналитической полосы с фоном поглощения. Варианты проведения базовой линии приведены на рисунках 13 (а-г).

 

 


Рисунок 13 – Варианты проведения базовой линии:

а) базовая линия совпадает с фоном поглощения; б) базовая линия совпадает с фоном поглощения группы полос справа; в,г) базовые линии – касательные к кривой поглощения в минимумах полос поглощения.

 

Измерение абсолютной интенсивности поглощения аналитической полосы выполняют следующим образом::

1. Проводят перпендикуляр от базовой линии до оси абсцисс, т.е. до линии нулевого поглощения через вершину пика поглощения. На рисунке 13-а это отрезок АС.За величину интенсивности падающего излучения J0принимают величину отрезка АС в % или в долях от единицы.

2. За величину интенсивности излучения, прошедшего через исследуемый образец J,принимают величину отрезка ВСна рисунке 13-а.

3. Рассчитывают коэффициент пропускания

или оптическую плотность

4. По значению величины оптической плотности Dможно рассчитать концентрацию соответствующих групп атомов, которые дают исследованную аналитическую полосу поглощения в полученном спектре. Для расчета используют эмпирические формулы, установленные учеными для каждого отдельного вида атомных группировок.

Например, содержание карбонильных групп С(с=о) в исходном и окисленном полиэтилене рассчитывают по эмпирической формуле:

, где

D1720–оптическая плотность исследуемого образца в максимуме аналитической полосы при частоте 1720см-1;

d - толщина поглощающего слоя образца при снятии ИК-спектра;

К–константа, равная в данном случае 0.0433.

 

Формулы, необходимые для количественного обсчета, необходимо отыскивать в монографиях, диссертациях, статьях идругой специальной научной литературе, посвященной исследованиям того полимера или олигомера, идентификацию которого необходимо осуществить.

 

Наименьшая погрешность в методе количественной оценкипо интенсивности одной аналитической полосы достигается тогда, когда соотношение интенсивностей у исследованной полосы лежит в пределах 20¸70%.

Добиться оптимального соотношения интенсивностей можно варьированием концентрации исследуемого вещества в аналитической пробе или изменением толщины исследуемого образца.

 

b)Второй вариант анализа ИК-спектров основан на измерении относительной интенсивности двух аналитическихполос поглощения.Этот вариант применяют для снижения погрешности анализа.

 

Одна из 2-х полос в этом случае – аналитическая, т.е. характеристическая.

Вторая полоса – полоса сравнения («внутренний стандарт»). В качестве «стандарта» используют такую полосу спектра, которая принадлежит компоненту или группе атомов с неизменной концентрацией в полимере. При расчете относительных интенсивностей исключается из расчёта толщина поглощающего слоя исследуемого образца.

В методе двух полос для идентификации неизвестного вещества последовательно выполняют следующие операции:

А)1) снимают ИК-спектр неизвестного вещества

2) проводят базовые линии к обеим выбранным полосам

3) рассчитывают оптическую плотность D аналитической полосы

4) рассчитываютоптическую плотность D полосы сравнения («внутреннего стандарта»)

5) находят отношение для исследуемого материала

 

Параллельно с анализом ИК-спектранеизвестного вещества

Б)1) готовят эталонные образцы предполагаемого полимера с разной концентрацией в нем определяемых групп (звеньев; с разной долей сомономеров и др.)

2) Снимают ИК-спектрыэталонных образцов, проводят базовые линии к аналитической полосе и полосе сравнения; определяют для них оптические плотности; находят отношение оптических плотностей двух полос

3) Строят калибровочный график зависимости в эталонных образцах от концентрации определяемых групп (звеньев, доли сомономеров и др.)

 

 
 

 

 


Рисунок 14 – Калибровочный график

4) Значения для исследованного неизвестного вещества наносят на калибровочный график и определяют реальную концентрацию анализируемых групп или звеньев в полимере.

Для некоторых системвозможен расчет концентрации групп (звеньев, доли сомономеров) без применения калибровочных графиков, если найдены эмпирическим путем математические формулы для расчета.

Например, концентрацию метилольных групп - СН2ОН в карбамидоформальдегидных олигомерах в относительных процентах (% отн.) можно рассчитать по формуле:

Возможности и достоинства ИК-спектроскопии:

1) позволяет качественно определить строение вещества;

2) дает возможность количественно определять содержание функциональных групп, концевых групп в полимере;

3) позволяет определять долю звеньев разных мономеров в сополимерах;

4) позволяет вести расчёт степени ненасыщенности полимеров;

5) дает возможность количественно определять степень разветвленности полимеров;

6) позволяет найти количество примесей в полимерах;

7) определяет наличие, тип и концентрацию пластификаторов в полимерах;

8) позволяет рассчитать степень конверсии при полимераналогичных превращениях (ПАП) и при утилизации полимеров.

 

В сочетании с другими методами (например, с ядерным магнитным резонансом ЯМР) можно изучить стереохимические характеристики (характер присоединения звеньев, тип конфигурации и др. показатели)

 

 

3.Определение физико-химических характеристик полимеров методом термического анализа (ТА)

 

Термический анализ (ТА) основан на исследовании процессов, протекающих в веществе при нагревании или охлаждении, которые сопровождаются изменением теплосодержания вещества.

 

В термический анализ входит группа методов:

1) термография – метод, основанный на постоянномизмерении температуры вещества и контроле изменения этой температуры;

2) термогравиметрия – метод, заключающийся в непрерывном измерении массы вещества в различных условиях;

3) калориметрия – метод, основанный на измерении количества выделившегося тепла в результате протекания разнообразных процессов;

4) дилатометрия – метод контроля за изменением объёма вещества и др.

 

В термографии образец непрерывно греют в электропечи с постоянной скоростью нагрева (например, 10 0С/мин) и снимают термограмму, т.е. зависимость температуры от времениТ=f (t).

Если в исследуемом веществе в условиях нагрева протекают какие-то превращения (изменения), то на термограмме появляется отклонение кривой от прямолинейности.

 

В настоящее время термография как самостоятельный метод не применяется, а используется в сочетании с другими. Сейчас шире распространён другой видоизменённый метод термографии – дифференциальный термический анализ (ДТА).

 

 

В ДТА измеряется разность температур исследуемого образца и инертного эталона (рисунок 15) во времени при нагревании с постоянной скоростью.

 

 
 

 

 


Рисунок 15 – Схема прибора ДТА:

1 – исследуемое вещество в ячейке; 2 – эталон (инертное вещество); 3 – комбинированная термопара; 4 - термопара регулятора нагрева; 5 – регулятор нагрева печи; 6 – ТЭНЫ; 7 – соединительные провода; 8 – регистратор разницы температур; 9 – теплоизоляция.

 

Эталон – вещество, которое не претерпевает никаких превращений в исследуемом диапазоне температур от 0 до 1500 0С. В качестве эталона чаще всего используют алюминий Аl и платину Pt.

Скорость нагрева полимеров можно варьировать от 0,50С/мин до 200С/мин. Термограмма записывается в видеD Т=f (t).

Схематически кривая дифференциального термического анализа ДТА полимера имеет вид (рисунок 16)

 

Пока в образце не происходит никаких изменений на кривой ДТА – горизонтальная линия (D Т=0 ). Эту линию называют базовой.

Если в образце протекают экзотермические процессы (DН<0 )с выделением тепла, такие как кристаллизация, окисление, то над базовой линией появляются пики (рисунок 16)

 

 

 

Рисунок 16 – Общий вид кривой ДТА полимера (олигомера)

 

Если в исследуемом образце протекают эндотермические (DН>0 )процессы, сопровождающиеся поглощением тепла, такие как плавление, удаление свободной и связанной воды, деструкция, то появляются пики ниже базовой линии.

Для процесса расстекловывания полимеров, т.е. перехода из стеклообразного физического состояния в высокоэластическое состояние, характерен S – образный перегиб.

Методом ДТА регистрируются как физические, так и химические превращения, происходящие в полимерах.

 

Физическими процессами считаются расстекловывание аморфных полимеров и другие физические релаксационные переходы из одного физического состояния в другое, а также «холодная» кристаллизация, в частности ориентационная вытяжка, плавление, в ходе которых протекают фазовые превращения полимера.

 

Типичные химические процессы, которые могут происходить в полимерах при нагревании –этоокисление, отверждение, вулканизация, деструкция:

 

В ходе нагревания после удаления воды в аморфных полимерах протекает расстекловывание, которое на кривой ДТА проявляется в виде перегиба. В результате расстекловывания увеличивается теплоемкость полимера, и следовательно, повышается поглощение тепла и появляется перегиб вниз относительно базовой линии..

За температуру стеклования ТСТ обычно принимают температуру Т начала отклонения кривой ДТА вниз от базовой линии (рисунок 16).

Чаще всего метод ДТА используют для изучения процесса плавления кристаллических полимеров и определения их температуры плавления Тпл.

По причине полидисперсности и полиморфизма полимеров эндотермический пик плавления, как правило, размыт. Чем больше неоднородность полимера, тем шире пик.

За температуру плавления кристаллического полимераТилпринимают температуру в максимуме эндотермического пика (смотри рисунок 16).

 

Если на кривой ДТА два или больше эндотермических пиков плавления, значит, в полимере присутствуют кристаллиты разной степени совершенства, а также имеются разные модификации кристаллов (полиморфизм).

По площади пиков плавления можно рассчитать теплоту плавления полимера.

Когда известна теплота плавления исследуемого полимера и теплота плавления идеального полностью закристаллизованного полимера DН*, то можно определить степень кристалличности исследуемого полимера a:

 

Значение теплоты плавления идеального закристаллизованного полимера DН* находят в специальной научно-технической литературе. Можно в качестве величины D Н* полимера принимать теплоту плавления модельного кристаллического длинноцепного низкомолекулярного соединения. Например, при расчете степени кристалличности полиэтилена за величину D Н* принимают теплоту плавления (271,3 Дж/г) кристаллического дотриаконтана формулы С32Н66 .

 

В современных приборах – дериватографах одновременно снимаются четыре кривые (рисунок 17):

1. кривая нагрева в виде зависимости температуры от времени Т=f (t) ;

2. кривая ДТАкак функцияD Т=f (t)или D Т=f (Т);

3. интегральные термогравиметрические кривыеТГв виде зависимости потери массы полимера при нагревании с постоянной скоростью от времени;

4. дифференциальные термогравиметрические кривыеДТГ,которые получаются дифференцированием ТГ – кривых.

 

Термогравиметрические кривые в интегральной и дифференциальной формахТГ и ДТГ используют для оценки термостабильности полимеров, в частности, для определения температуры начала разложения Тначдестр, температуры разложения 5% массы полимераТ5%, температуры конца термодеструкцииТконцадестр.

Кроме того по ТГ и ДТГ–кривым можно рассчитать кинетические параметры процессов разложения, например, энергию активации процесса термодеструкцииЕа и порядок реакцииn .

Типичные дериватограммы боксита и полиэтилена имеют вид (смотри рисунки 17 и 18).

В ходе идентификации полимеров метод ДТА используют для точного установлениятемператур стеклованияТси плавленияТил и более уверенного распознавания неизвестного полимера по найденным температурам.

– Конец работы –

Используемые теги: определение, элементного, состава, вещества, полимера, олигомера, методами, количественного, органического, элементного, микроанализа0.118

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Определение элементного состава вещества полимера или олигомера методами количественного органического элементного микроанализа

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Химический состав органических веществ
Наибольшее значение имеют десять элементов азот, водород, углерод, кислород, фосфор, сера, натрий, калий, кальций, магний - из которых построены… Вода - источник кислорода и водорода , она является основной средой где… Благодаря воде возможно осуществление осмотических реакций в живых клетках. Вода - основное средство передвижения…

Предмет органической химии. Органическая химия как основа создания новых материалов. Связь органической химии с биологией и медициной
Предмет органической химии Органическая химия как основа создания новых материалов Связь органической химии с биологией и... Классификация реакций по характеру изменения химической связи и по... Химическая реакция превращение одних веществ в другие процесс связанный с разрывом одних и образованием других...

Этапы развития органической химии. Объект и предмет органической химии как науки. Значение органической химии
По результатам реакции делятся на следующие типы... реакция присоединения Характерна для непредельных органических соединений... СН СН Br СН связь вниз Br СН связь вниз Br...

Дисциплина Органическая химия Курс 2 Семестр 3,4 КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1 Основы строения органических соединений
Высшего профессионального образования... Башкирский государственный медицинский университет... Министерства здравоохранения Российской Федерации...

Перспективные композиты XXI века на основе органических и неорганических полимеров и новые металлические сплавы, приоритетные технологии, структура, свойства
Целью настоящей работы является изучение биологической активности талийорганических соединений (ТОС), обладающих АО активностью, и определение их… Клеточную суспензию бактерий Y. pestis EV НИИЭГ обрабатывали ТОС… Таблица 1 Антифаговая и антиоксидантная активности ТОС № Формула соединения Выживаемость Т4 (%) Антиоксидантная…

БИОХИМИЯ- биологическая химия- это наука, которая изучает биохимический состав и превращения биомолекул, входящих в состав живых организмов
БИОМОЛЕКУЛЫ обязательные компоненты живых организмов создающие их характерные свойства способность к обмену веществ и энергии... ОБЪЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ БИОХИМИИ живые организмы на разных этапах эволюционного... МЕДИЦИНСКАЯ БИОХИМИЯ биохимия человека раздел биохимии который изучает закономерности обмена веществ и их...

Анализ составов преступлений, связанных с незаконным оборотом наркотических средств и психотропных веществ.
Все многообразие видов наркомании существует издавна, и наш век высоких технологий не внес ничего принципиально нового в этой области. Учитывая современную обстановку, видно, что опасность преступлений против… Под. ред. З.В. Коробкина М. Мысль, 1991 178 с. Физиологические свойства наркотиков, вовлеченных в сложный химический…

Органические вяжущие вещества (Битум)
Природные битумы получились в результате естественного процесса окислительной полимеризации нефти. Природные битумы встречаются в местах нефтяных… Нефтяные (искусственные) битумы, получаемые переработкой нефтяного сырья, в… К дегтевым материалам относят различные виды дегтя и пеки. Наиболее широкое применение органические вяжущие вещества…

Родовидовые определения. Правила определения понятий
Родовидовым назовем определение через род и видовое отличие. Родовидовое определение имеет следующую структ уру: А= dfВ и С, где А — определяемое… Например, для понятия стула — «предмет мебели», для понятия преступления —… Правила определения 1. Правило соразмерности. Прежде, чем описать, в чем заключается это правило, продолжим нашу…

Оптические методы определения концентрации растворенных и нерастворенных веществ
Основными целями являются... Наблюдение за источником антропогенного воздействия... Наблюдение за состоянием природной среды под влиянием факторов антропогенного воздействия и оценка...

0.03
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам