Phân tích quang phổ là phương pháp phân tích những hiệu ứng sinh ra từ sự tương tác của bức xạ và vật chất (mẫu). Kết quả của sự tương tác thu được ở dạng tính hiệu hay là đại lượng đo, từ đó định tính hay định lượng mẫu đo. Có nhiều loại quang phổ tuỳ thuộc vào bước sóng tương ứng trên các bức xạ điện tử. Các phương pháp phân tích quang phổ áp dụng trên polymer có thể cung cấp nhiều thông tin như: thành phần hóa học, cấu trúc mạnh (cấu trúc hình học, phân bố phân tử, mạch nhánh…) một số tính chất vật lý như độ linh động của mạch phân tử, độ kết tinh, độ hòa tan, cấu dạng, hay chuyển động của mạch.
5.1.2. Phổ hồng ngoại IR
Dưới bức xạ hồng ngoại vật liệu sẽ hấp thụ một tần số thích hợp. Năng lượng này sẽ chuyển thành dao động, một phần ánh sáng sẽ phản xạ hoặc năng lượng có thể truyền qua phân tử lân cận, chuyển thành nhiệt lượng. Tần số hấp thụ tương ứng với tần số dao động chuẩn (đặc trưng cho các nhóm nguyên tử có trong phân tử), và đó là nguyên tắc của IR.
Lưu ý, không phải bất kỳ một phân tử nào cũng hấp thu hông ngoại để cho hiệu ứng phổ dao động. Chỉ có những phân tử khi dao động có gây ra sự thay đổi moment lưỡng cực điện mới có thể hấp thu bức xạ hồng ngoại, chuyển thành trạng thái kích thích dao động. Cường độ hấp thu của phân tử tỷ lệ với bình phương độ thay đổi moment lưỡng cực.
Phổ hồng ngoại cho phép định tính mẫu, dựa vào mũi hấp thu trong từng vùng để xác định nhóm định chức và cấu trúc của mẫu. Hay so sánh phổ của mẫu và phổ của chuẩn.
– Thí dụ phân tích phổ hồng ngoại IR
Vùng hấp thu 2900 cm-1 ÷ 3200 cm-1 : COOH và NH2
1551cm-1 và 1663 cm-1 là hai mũi hấp thu của C=C liên hợp với nối đôi trong nhóm amide:
CO (COOH) và C – NH
1713 cm-1 là mũi hấp thu của liên kết C=O trong nhóm imide
1388 cm-1 là mũi hấp thu của liên kết C – N trong nhóm imide
1500 cm-1 là mũi hấp thu của nhân thơm
5.1.3. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR:
Nguyên tắc
NMR được xây dựng trên nguyên tắc spin hạt nhân (trong nguyên tử, hạt nhân tự quay quanh trục có moment động lượng riêng là spin hạt nhân) dưới tác dụng của từ trường ngoài thì có thể chia thành hai mức năng lượng.
NMR hoạt hóa spin hạt nhân khi nguyên tố có số proton hoặc neutron lẻ. như thế 1H cho ta tín hiệu cộng hưởng từ hạt nhân, đây là proton được sử dụng nhiều nhất. Các hạt nhân của 13C,2H, 19F cũng cho tín hiệu NMR tuy nhiên các phân tử này ít tồn tại trong polymer nên ít được sử dụng. Quang phổ NMR có thể được thực hiện trên nguyên tắc tìm điều kiện cộng hưởng (hoặc trong một từ trường ngoài cố định hoặc tại một tần số cố định).
Trong một phân tử, một hạt nhân được bao bọc bởi các điện tử và các hạt nhân có từ tính khác ở lân cận. Do đó tác dụng thực của từ trường ngoài vào hạt nhân nghiên cứu không hoàn toàn giống với từng hạt nhân đôc lập. Khi đó có hai yếu tổ ảnh hưởng đến tác dụng của từ trường ngoài lên hạt nhân nghiên cứu: sự che chắn của đám mây điện tử xung quanh hạt nhân và ảnh hưởng của các hạt nhân bên cạnh có trong phân tử
Các ứng dụng cụ thể của NMR.
– NRM là một phương pháp phân tích quang phổ nhận biết được cấu trúc hóa học của polymer, cấu hình polymer (do vị trí các proton trong mạch có khác nhau), một số tính chất vật lý, phân tích định lượng.
– Nhìn chung NMR cho ta nhiều thông tin và chính xác hơn IR. Tuy nhiên, NMR có hai điểm bất thuận lợi so với IR là thời gian đo dài và lượng mẫu cần lớn (để có đủ hạt nhân có đủ từ tính cho tín hiệu NMR mạnh).