聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的拉曼光譜特性

溫杰文

摘 要：隨著材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，合成纖維的產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了天然纖維，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，涵蓋了衣食住行各個(gè)方面。對(duì)聚對(duì)苯二甲酸乙二酯進(jìn)行了簡單的闡述，并且概括了其用途。結(jié)合拉曼光譜的特點(diǎn)和應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行簡單的特性分析。

關(guān)鍵詞：聚對(duì)苯二甲酸乙二酯；拉曼光譜；光纖法；傅立葉變換法

中圖分類號(hào)：O657.37；TQ342+.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.068

1 聚對(duì)苯二甲酸乙二酯概況

1.1 “聚對(duì)苯二甲酸乙二酯”定義

聚對(duì)苯二甲酸乙二酯，化學(xué)式為COC6H4COOCH2CH2O，屬結(jié)晶型飽和聚酯，為乳白色或淺黃色高度結(jié)晶的聚合物，表面平滑有光澤，是生活中常見的一種樹脂，可以分為APET、RPET和PETG。聚對(duì)苯二甲酸乙二酯在較廣的溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，長期使用溫度可達(dá)120 ℃，電絕緣性優(yōu)良，甚至在高溫高頻下，其電性能仍較好，但耐電暈性較差，抗蠕變性、耐疲勞性、耐摩擦性、尺寸穩(wěn)定性都很好。

1.2 聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的用途

1.2.1 薄膜片材

主要涉及紡織品、精密儀器、電器元件等高檔的包裝材料；錄音/錄像帶、電腦軟盤、電影膠片、感光膠片、金屬鍍膜等的基礎(chǔ)材料；電器所用絕緣材料、電容器膜、柔性印刷電路板及薄膜開關(guān)等電子領(lǐng)域和機(jī)械領(lǐng)域。

1.2.2 包裝瓶

初期應(yīng)用最常見的包裝瓶是碳酸類飲料的包裝瓶，隨著技術(shù)的完善，現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展到啤酒、食用油、調(diào)味品、藥品、化妝品等方面的包裝瓶應(yīng)用。

1.2.3 電子電器

這一方面常見的有一些電器的外殼，例如集成電路的外殼、電容器的外殼、變壓器的外殼等；電子器件的配件制造，例如調(diào)諧器、開關(guān)、自動(dòng)熔斷器、繼電器等。

1.2.4 汽車配件

常見的應(yīng)用配件有配電盤外罩、各類閥門、排氣系統(tǒng)、儀表盤罩殼、電動(dòng)機(jī)罩殼等，根據(jù)其良好的涂裝性和光澤度，還可用來制造汽車的一些外設(shè)部件。

1.2.5 機(jī)械設(shè)備

機(jī)械方面包括齒輪、凸輪、皮帶輪、電動(dòng)機(jī)框架等。實(shí)際生活中常見的有鐘表零件、微波烘箱烤盤、戶外廣告牌等。

2 拉曼光譜概況

2.1 “拉曼光譜”定義

拉曼光譜（Raman spectra），是一種散射光譜。拉曼光譜分析法是基于印度科學(xué)家C.V.拉曼（Raman）所發(fā)現(xiàn)的拉曼散射效應(yīng)，對(duì)與入射光頻率不同的散射光譜進(jìn)行分析，以得到分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)方面的信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究的一種分析方法。

2.2 拉曼光譜的特點(diǎn)

2.2.1 穩(wěn)定性好

拉曼散射譜線波數(shù)受入射光波數(shù)的影響，但是對(duì)同一物品來說，同一拉曼譜線的位移不受入射光波長的影響，它只受該物品的振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的影響。

2.2.2 對(duì)稱分布

在以波數(shù)為變量的拉曼光譜圖中，斯托克斯線與反斯托克斯線以對(duì)稱形式分布，但是由于這2種方式分別得到或失去一個(gè)振動(dòng)量子的能量，所以2條線都在瑞利散射線的兩側(cè)。

2.2.3 強(qiáng)度大

通常情況下，Boltzmann的分布導(dǎo)致振動(dòng)基態(tài)上的粒子數(shù)遠(yuǎn)大于振動(dòng)激發(fā)態(tài)上的粒子數(shù)，所以斯托克斯線的強(qiáng)度要比反斯托克斯線的強(qiáng)度大。

2.3 拉曼光譜的相關(guān)技術(shù)方法

2.3.1 光纖法

近年來，光纖的發(fā)展使得應(yīng)用拉曼光譜儀來實(shí)現(xiàn)工業(yè)在線分析和現(xiàn)場(chǎng)遙測(cè)分析成為可能。近年來，國外已經(jīng)將1 550 nm光纖激光器和EDFA光纖放大器應(yīng)用到拉曼散射型分布的光纖溫度傳感器系統(tǒng)中，并取得了很好的效果。因此，分布式光纖拉曼光子溫度傳感器已成為光纖傳感和檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向。

2.3.2 傅立葉變換法

傅立葉變換拉曼光譜是20世紀(jì)興起的新技術(shù)，通過近紅外激發(fā)傅立葉變換拉曼光譜儀對(duì)信號(hào)進(jìn)行收集，將收集的信號(hào)多次累加，實(shí)現(xiàn)信噪比的提高，并且用近紅外激光對(duì)樣品進(jìn)行照射，減弱熒光背景。

2.3.3 共焦顯微法

共焦顯微拉曼光譜技術(shù)是將拉曼光譜分析與顯微分析進(jìn)行融合的技術(shù)。相比于其他傳統(tǒng)技術(shù)，共焦顯微拉曼光譜技術(shù)更加方便直接獲得大量有價(jià)值的信息，配合高倍光學(xué)顯微鏡微觀、多相態(tài)、穩(wěn)定、分辨率高等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)逐點(diǎn)掃描，從而獲得更高分辨率的三維立體圖像，目前多應(yīng)用于腫瘤檢測(cè)、文物考古、公安法學(xué)等領(lǐng)域。

2.3.4 共振法

激光共振拉曼光譜通過產(chǎn)生激光頻率且和待測(cè)分子電子吸收峰重合的方式，使得分子的特征拉曼譜帶強(qiáng)度能夠達(dá)到正常拉曼譜帶的104～106倍，并且能夠觀察正常拉曼效應(yīng)中很難出現(xiàn)的、強(qiáng)度可與基頻相比擬的泛音以及組合振動(dòng)光譜。共振拉曼光譜的靈敏度高，同時(shí)結(jié)合表面增強(qiáng)技術(shù)，使得靈敏度能夠達(dá)到單分子檢測(cè)水平。

2.3.5 表面增強(qiáng)法

在1974年發(fā)現(xiàn)吸附在粗糙化的Ag電極表面的吡啶分子具有明顯的拉曼散射現(xiàn)象，加之活性載體的表面選擇吸附分子能夠?qū)晒獍l(fā)射起到抑制作用，使得激光拉曼光譜分析的信噪比大大提高。這種表面增強(qiáng)的方式被稱為“表面增強(qiáng)拉曼散射”。該技術(shù)是全新的表面測(cè)試技術(shù)，可以通過分子水平層面研究材料分子的結(jié)構(gòu)信息。

2.4 拉曼光譜的應(yīng)用

根據(jù)拉曼光譜的分析結(jié)果可以了解物質(zhì)的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)情況，從而鑒別該物質(zhì)并分析它的性質(zhì)，包括毒品檢測(cè)、犯罪刑偵、古玩鑒定、農(nóng)藥殘留、腫瘤檢測(cè)等。

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)儀器選用英國inVia型顯微共聚焦拉曼光譜儀，光電探測(cè)器件采用CCD，顯微鏡為美國NanoScopeⅢa型原子顯微鏡，型號(hào)為Multi Mode。

3.2 樣品采集

將聚對(duì)苯二甲酸乙二酯放入4個(gè)燒杯中，分別加入氫氧化鈉、硫酸、硫酸銅粉末、水，然后放進(jìn)超聲波水浴洗滌器中并將溫度設(shè)置為50 ℃，時(shí)間60 min，隨后倒掉溶液并清洗干凈，取其干燥后的樣本。

3.3 實(shí)驗(yàn)方法

將取得的4份樣品分別固定在載玻片上，用NanoScopeⅢa型原子顯微鏡觀察，通過inVia型顯微共聚焦拉曼光譜儀進(jìn)行分析。圖1為聚對(duì)苯二甲酸乙二酯拉曼光譜。

3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

未經(jīng)處理的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯在不同范圍內(nèi)有著不同的拉曼峰，在頻率增加時(shí)其熒光背景也增加。經(jīng)過氫氧化鈉處理的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯表面粗糙度增加，導(dǎo)致其拉曼峰強(qiáng)度要高，熒光背景減弱。因?yàn)槔宓膹?qiáng)度受表面粗糙度的影響，材料越粗糙，拉曼峰越強(qiáng)。經(jīng)過硫酸處理的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯表面粗糙度減小，拉曼峰強(qiáng)度大幅度降低，降低程度最高達(dá)到92%，個(gè)別部分拉曼峰完全消失，熒光背景減弱。硫酸銅處理過的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯拉曼普強(qiáng)度增加，因?yàn)榱蛩徙~對(duì)拉曼散射有增強(qiáng)作用。

3.5 實(shí)驗(yàn)分析

未經(jīng)處理的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯纖維表面高低不平，較為粗糙，其RMS為48.688；經(jīng)過堿處理后，纖維表面出現(xiàn)剝層，更加粗糙，RMS為172.05；經(jīng)過酸處理后表面更加平整，RMS為18.567；經(jīng)鹽處理后粗糙度增加。

該實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠?yàn)榫蹖?duì)苯二甲酸乙二酯應(yīng)用技術(shù)的改善提供參照意見，有望成為高聚物物性的表征方法，為高分子纖維的研究提供分子結(jié)構(gòu)水平上的信息。

4 結(jié)束語

通過對(duì)聚對(duì)苯二甲酸乙二酯和拉曼光譜的描述和分析，試驗(yàn)性地探討了聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的拉曼光譜特性，旨在為科研人員提供參考數(shù)據(jù)和意見，拓寬聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的應(yīng)用領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

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[2]同娜，朱長軍，宋立勛，等.聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的拉曼光譜特性及微觀形貌研究[J].山西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015（04）：663-669.

〔編輯：劉曉芳〕