技术分享 | 制样方法对黑色PC/ABS合金红外谱图的影响

红外光谱法作为聚合物材料分析常用的方法，广泛应用于聚合物鉴别、成分分析、材料认证等领域。扫描出高质量的图谱是红外光谱分析的关键所在，制样方法是影响到图谱质量的重要因素；在红外光谱分析的具体操作中，对于固体样品，常用的制样方法有压片法、薄膜法和热压法。

薄膜法则需找到能溶解固体样品的溶剂；热压法由于制样的过程需要将样品加热升温，这样就会导致一些样品结晶度发生变化，而红外光谱对不同结晶程度、不同晶型都有响应。当样品的颜色较深时，热压后容易造成谱图扫描时透过率低而影响谱图效果。可见，不同制样方法扫描出来的谱图可能是有差异的。

在日常检测黑色PC/ABS合金颗粒时，由于其颜色较深，常常导致测试时透过率不够高或制作出来的样片不够透明而出现红外光散射现象，使光谱的基线出现倾斜，给谱图解析造成一定难度，因此这类样品常被列为制样难度较大的样品。本文通过对黑色塑料颗粒样品PC/ABS以压片法、薄膜法、热压法制样，扫描红外谱图，比较不同制样方法对其红外谱图的影响。

1. 制样方法

1.1 压片法

将粒料样品在低温下注塑成样条，取刀片轻轻刮下粉末，待粉末量足够时，将粉末抖落到玛瑙研钵内，与适量已经干燥研细的KBr粉末混合均匀。取混合粉体置于模具内，施加压力约为8.16 t;将制得的样片放入红外光谱仪中，采用透射模式进行扫描。

1.2 薄膜法

将黑色PC/ABS合金颗粒溶解在邻二氯苯、四氢呋喃溶剂中配成质量分数10%的溶液，用移液枪取少量溶液滴在KBr窗片上，待溶剂完全挥发生成一层只有样品的均匀薄膜后，将带有样品薄膜的KBr窗片放入红外光谱仪中，采用透射模式进行扫描。

1.3 热压法

将颗粒样品置于一定温度(大多在样品熔融温度附近)的模具中，施加压力使之压成薄片。将制得的样片放入红外光谱仪中，采用透射模式进行扫描。

2. 结果与讨论

2.1 压片法扫描谱图

(1)当样品粉末的直径小于2 μm、混合比例分别为1比100与1比50时，所得红外谱图见图1。

曲线1：样品：KBr(1:100)；

曲线2：样品：KBr(1:50)

图1 样品粉末的直径<2 μm时压片法制样得到的红外谱图

由图1可以看出：对于PC/ABS合金，样品粉末与KBr混合比例不同时得到的谱图不同。当PC/ABS粉末样品与KBr以1比100混合后，扫描得出的图谱基线不平、出峰不明显、峰形较差，如波数1605 cm-¹处(两谱图中标有a、b处可进行对比),在谱图中很难进行峰位的归属。当PC/ABS粉末样品与KBr以1比50混合后，扫描得出的图谱基线较平、出峰明显，较容易进行峰位的归属。

(2)当样品粉末的直径>2 μm、混合比例为1比50时，红外谱图见图2中(3)所示。

曲线2：样品粉末的直径<2 μm；

曲线3：样品粉末的直径>2 μm

图2 样品：KBr(1:50)时压片法制样得到的红外谱图

从图2可以看出：谱图(3)除了吸收峰的曲线不光滑外，吸收峰在3452 cm-¹处(图2中c处)发生明显畸变。畸变产生的主要原因是由于固体粉末的直径过大，当红外光照射在粉末样品微粒的表面上时，在粒子表面产生了强度差别很大的次波源，这些次波相干迭加的结果使光除了按几何光学规律传播外，在其它方向也有光波存在，即粉末样品微粒产生的散射光，此时的光散射又可看作红外光在粒子表面的反射与折射。而样品的折射率又明显地随着样品在不同波长处的吸光度的变化而改变.在样品的强吸收峰区，吸光度突然变大，从而引起峰的畸变。即所谓的Kilisteson效应。

2.2 薄膜法扫描谱图

分别用邻二氯苯和四氢呋喃为溶剂，采用薄膜法扫描所得谱图见图3。

曲线2：压片法；

曲线4：薄膜法(溶剂为邻二氯苯)；

曲线5：薄膜法(溶剂为四氢呋喃)

图3 PC-ABS合金样品谱图

由图3可见：用溶剂法得出的谱图(4)、(5)基线较平、出峰明显、峰形尖锐。而对于压片法得到的谱图(2)，虽然也有类似的特点，但是有时出峰不是很明显，如图3中的d处(3303 cm-¹)。相比较而言，如果已知相应的溶剂，对于黑色PC/ABS合金颗粒的红外测试制样而言，薄膜法是首选的制样方法。

2.3 热压法谱图

热压法谱图见图4。

从图4可见：由于样品是黑色颗粒，经过压片制样后，谱图(7)与KBr压片法、薄膜法得到的谱图(2)、(5)相比，其透过率较低，使得在2900,1250 cm-¹附近出现了截止峰，对于谱峰归属、谱图分析等都带来了一定的不便。红外光谱是一种透射光谱，透过率对谱图质量的影响是相当重要的，透过率越高，所得谱图越容易进行峰位的归属。所以，当样品是黑色塑料粒料时，尽量不要选择此方法。

曲线2：溶剂法；

曲线5：压片法；

曲线7：热压法

图4 PC/ABS合金样品谱图

3 结论

红外光谱法不受样品状态的限制，但是对于同一种样品而言，不同制样方法有可能得出不同质量的谱图。本工作使用3种方法(压片法、薄膜法、热压法)将PC/ABS样品处理后进行图谱扫描，经过验证可以得出，对于黑色PC/ABS颗粒样品：

1)压片法：若想得到一个基线较稳、出峰明显、峰形尖锐的谱图，不仅需要选择合适的样品与KBr的比例、为避免Kilisteson效应还要将样品粉末颗粒研磨到粒径2 μm以下。

2)薄膜法：可以选择10%的浓度，如果已知相应的溶剂，对于黑色PC-ABS合金颗粒的红外测试制样而言，薄膜法是首选的制样方法。

3)热压法：对于塑料类在高温下易溶解的样品常选用此法。但是当样品是黑色等颜色较深的物料时，慎重选择此方法。

4)建议对黑色、类似PC/ABS合金的物料进行红外光谱制样时，优选方法的顺序为薄膜法、压片法、热压法。