聚合物性能表征与测试知识点总结 (一)

聚合物性能表征及测试知识点总结

第二章：红外光谱

一、填空题

1.分子内部的运动方式有三种，即：、

和，相应于这三种不同的运动形式，分子具有能级、

能级和能级。

电子相对于原子核的运动，原子在平衡位置的振动，分子本身绕其中心

的转动，电子，振动、转动

2.在中红外光区中，一般把4000-1350cm-1区域叫做，而把

1350-650区域叫做。

特征谱带区，指纹区

3.在朗伯―比尔定律I/Io=10-abc中，Io是入射光的强度，I是透射

光的强度，a是吸光系数，b是光通过透明物的距离，即吸收池的厚度，c

是被测物的浓度，则透射比T二,百分透过率T%=,吸

光度A及透射比T的关系为o

l/loI/loX100%__-logT_

4.红外光谱是由于分子振动能级的跃迁而产生，当用红外光照射分子

时，要使分子产生红外吸收，则要满足两个条件：

(1),

(2)o

(1)辐射光子具有的能量及发生振动跃迁所需的跃迁能量相等

(2)辐射及物质之间有耦合作用。

红外辐射及物质相互作用产生红外吸收光谱，必须有分子偶极矩的变化。

只有发生偶极矩变化的分子振动，才能引起可观测到的红外吸收光谱带,

称这种分子振动为（），反之则称为（）。

红外活性的、红外非活性的。

1.红外光谱、凝胶渗透色谱、差示扫描量热法、扫描电镜的英文字母缩

写分别是（）、（）、（）、（）。

IR、GPC.DSC.SEM

1.1.产生红外吸收的条件是激发能及分子的振动能级差相匹配，同时有

偶极矩的变化。...）

2.2.所有的分子振动都会产生红外吸收光谱。...）

3.分子的振-转光谱是连续光谱。（）X

2.电磁波谱可分为三个部分，即长波部分、中间部分和短波部分，其中

中间部分包括（）、（）和（），统称为光学光谱。

3.紫外线、可见光、红外线。

伸缩振动：键长变化而键角不变的振动，可分为对称伸缩振动和反对称

伸缩振动。

某一化合物分子式为C8H80,其红外光谱图如下。试写出其结构式。

已知一些基团的红外特征吸收峰数据：化合物类型基团波

数强度备注芳燃苯3040〜

3030m高分辨呈多重峰（一般为3〜4个峰），特征峰.苯环骨架振

动1600-1430可变高度特征峰.苯环中C-H振动900〜690s特征峰，确定取

代基位置.酮a,B不饱和酮1695—1680s芳香酮1695〜1680s1220-1280m

链状烷煌-CH31350〜1490m

14.解：①U=(2+2*8-8)/2=5(可能含有苯环)②特征区第一强峰

为1685cm-1,为埃基峰，需仔细研究是何种拨基化合物。先否定，在

3000cm-l以上无宽峰可否定痰酸；分子式中不含氮、氯可否定酰胺、

酰氯；在〜2800cm-1处无醛氢峰，可否定醛。否定后，肯定该化合物

为酮根据不饱和度大于4,可能为芳酮。③苯环的特征吸收有：芳

氢伸缩振动3000om-l左右有吸收峰；苯环骨架振动1600cmT、1580

cm-1及1450cmT有吸收峰，加上不饱和度大于4,可以确定有苯环存

在。根据760cmT、690cmT两强峰，结合分子式可确定苯为单取代。

15.④在1430cnrl.1360cm-1有甲基的峰。可以初步断定该化合

物可能为苯乙酮。

16.简述影响红外吸收谱带的主要因素。

17.答：红外吸收光谱峰位影响因素是多方面的。一个特定的基团或化学

键只有在和周围环境完全没有力学或电学偶合的情况下，它的键力常

数k值才固定不变。一切能引起k值改变的因素都会影响峰位变化。归

纳起来有：诱导效应、共辄效应、键应力的影响、氢键的影响、偶合效

应、物态变化的影响等。

18.红外测试样品需尽可能把游离水驱除干净。含游离水样品的红外谱图

中在

19.哪两个波数范围会出现吸收峰？

答:把样品放入烘箱中干燥至少2小时，并抽真空；含游离水样

品的红

外谱图在3000-3800cm-11590-1690cm-1存在吸收峰。

红外光谱定性分析的基本依据是什么？简要叙述红外定性分析的过程。

20.答：定性分析的基本依据是红外吸收带的波长位置和吸收谱带的强

度。定性分析的过程：（1）试样纯化；（2）了解试样的来源及性质和

其他实验资料；（3）制样，记录红外吸收光谱；（4）谱图解析；如下例：

（5）和标准谱图对照。

何谓“指纹区”？它有什么特点和用途？

21.答：是由于C-C、C-0、C-X单键的伸缩振动以及分子骨架中多数基

团的弯曲振动而产生的吸收光谱，非常复杂，如同人的指纹一样，没

有两人完全一样。只要在化学结构上存在微小的差异（如同系物、同分

异构体和空间异构体），在指纹区的吸收都有明显的不同，所以，“指

纹区”对化合物的鉴别很有用。

22.一种化合物含有两个基团及各含一个基团的两种化合物的混合物，其

红外谱图有大的差别吗？为什么？

23.答：若该化合物中的两个基团是孤立的，通常两种测试样品的红外谱

图没有大

24.的差别，因此测试红外光谱时应尽可能把样品的各组份完全分离后测

试。

如何区分红外谱图中的醇及酚羟基的吸收峰？

答：它们的吸收峰的峰位不同。酚羟基在3610cmT和1200cmT存在吸收峰,

醇

羟基则分别在3620-3640和1050T150cm-1范围内存在吸收；而且含酚羟

基的物

质存在苯环的特征吸收峰。

25.分别指出谱图中标记的各吸收峰所对应的基团?

答：325.-含氢键的0-H,伸缩振动.282.-可能是醛的C-H,169.-对应

00

26.但存在共挽，3120和1200—分别是芳香族C-H和酚C-0吸收带,

1600&1500

27.对应芳香核，780和720对应取代基定位峰。

含苯环的红外谱图中，吸收峰可能出现在哪4个波数范围？

28.答：3000-3lOOcni-1；1660-2000cm-l；1450-1600cm-1；650-900cm-1

影响红外光谱吸收峰位置的主要因素有哪些？

答：成键轨道类型，诱导效应，共朝效应，键张力，氢键，振动的耦合，

不同

物态等。

解释红外光谱图的一般程序是什么？

答：运用红外光谱解谱的四要素，分析吸收峰对应的基团；若是单纯物质

可对

照SADLTER标准图谱；还可查该物质相应发表文献的红外光谱信息。

为什么红外光谱吸收峰强度相等时对应的基团含量可差别很大？

答：不同的基团的极性差别较大，能级跃迁时光子效率不同，因此即使红

外光谱的吸收峰强度相等，对应基团的含量可差别很大。

第四章：紫外光谱

1.饱和碳氢化合物分子中只有键，只在产生吸收,

在200-1000nm范围内不产生吸收峰，故此类化合物在紫外吸收光谱中常

用来做。

。键，远紫外区，溶剂

2.在有机化合物中，常常因取代基的变更或溶剂的改变，使其吸收带的

最大吸收波长发生移动，向长波方向移动称为,向短波方向

移动称为o

红移,—蓝移_

3.紫外吸收光谱分析可用来进行在紫外区范围有吸收峰的物质的

及分析。

检定、—结构

4.在紫外光谱中，随溶剂极性增加，R带____移，K带_______移

蓝______红

蓝移：当有机化合物的结构发生变化时，其吸收带的最大吸收峰波长或

位置（1最大）向短波方向移动，这种现象称为蓝移（或紫移，或“向蓝

二简答

1.何谓助色团及生色团？试举例说明.

解：能够使化合物分子的吸收峰波长向长波长方向移动的杂原子基团称为

助色团，例如CH4的吸收峰波长位于远紫外区，小于150nm但是当分子中

引入-0H后，甲爵的正己烷溶液吸收波长位移至177n叫-0H起到助色团的

作用.

当在饱和碳氢化合物中引入含有P键的不饱和基团时，会使这些化合物的

最大吸收波长位移至紫外及可见光区，这种不饱和基团成为生色团.例如,

CH2cH2的最大吸收波长位于171nm处，而乙烷则位于远紫外区.电子跃迁

有哪几种类型？哪些类型的跃迁能在紫外及可见区吸收光谱中反映出

来？

答：电子跃迁主要有四种跃迁所需能量△E大小顺序为：n-n*＜Ji-

ji*＜n-＞。*＜。-＞。*:其中ri-兀*＜冗f兀两类跃迁能在紫外

及可见区吸收光谱中反映出来。

何谓生色基团及助色基团？试举例说明。

答：生色团：最有用的紫外一可见光谱是由五f冗火和n-＞n火跃迁产生

的。这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。这类含有兀键的不

饱和基团称为生色团。简单的生色团由双键或叁键体系组成，如乙烯基、

埃基、亚硝基、偶氮基一N=N一、乙快基、廉基一C三N等。

助色团：有一些含有n电子的基团（如一OH、一OR、一NH2、一NHR、—X

等），它们本身没有生色功能（不能吸收入＞200nm的光），但当它们及生色

团相连时，就会发生n—兀共辄作用，增强生色团的生色能力（吸收波长

向长波

29.举例说明紫外吸收光谱在分析上有哪些应用。

答：（1）定性分析：emax:化合物特性参数，可作为定性依据；有机化

合物紫外吸收光谱：反映结构中生色团和助色团的特性，不完全反映分

子特性；计算吸收峰波长，确定共扼体系等；甲苯及乙苯：谱图基本相同;

结构确定的辅助工具；

（2）定量分析：依据：朗伯-比耳定律：吸光度：A二ebc。有机化合

物结构的辅助解析。

30.（3）可获得的结构信息.如：（1）200-400nm无吸收峰。饱和化合物,

单烯。（2）270-350nm有吸收峰（£=10-100）醛酮nf兀*跃迁产

生的R带。（3）250-300nm有中等强度的吸收峰（e=200-2000）,

芳环的特征吸收（具有精细解构的B带）。（4）200-250nm有强吸收

峰（£3104）,表明含有一个共飘体系（K）带。共加二烯：K带（〜230

nm）；%b,a不饱和醛酮：K带〜230nm,R带~310-330nm,260nm,300

nm,330nm有强吸收峰，3,4,5个双键的共辄体系

紫外光谱常用来鉴别哪几类有机物？

答：普通紫外光谱用来鉴别具有共规双键、电荷迁移跃迁和配位场跃迁的

物质。

但紫外光谱常作为辅助的鉴别手段。

异丙叉丙酮有两种异构体：CH3-C(CH3)=CH-C()-CH3及

CH2=C(CH3)-CH2-C0-CH3o它们的紫外吸收光谱为：(a)最大吸收波长在

235nm处，(max=12000；(b)220nm以后没有强吸收。如何根据这两个光

谱来判别上述异构体？试说明理由。

解：(a)是CH3-C(CH3)=CH-CO-CH3。(a)含共粗双键，导致吸收峰红

移，其吸收强度也显著增加。而(b)中无共轨双键，在220nm后无吸收。

2.有机化合物的紫外吸收光谱中有哪几种类型的吸收带？它们产生

的原因是什么？有什么特点？

解：首先有机化合物吸收光谱中，如果存在饱和基团，则有s-s*跃迁吸

收带，这是由于饱和基团存在基态和激发态的s电子，这类跃迁的吸收

带位于远紫外区.如果还存在杂原子基团，则有n-s*跃迁，这是由于

电子由非键的n轨道向反键s轨道跃迁的结果，这类跃迁位于远紫外到近

紫外区，而且跃迁峰强度比较低.如果存在不饱和C=C双键，则有p

p*,n-p*跃迁，这类跃迁位于近紫外区，而且强度较高.如果分子中存

在两个以上的双键共规体系，则会有强的K吸收带存在，吸收峰位置位于

近紫外到可见光区.

对于芳香族化合物，一般在185nm,204nm左右有两个强吸收带，分别成为

El,E2吸收带，如果存在生色团取代基及苯环共规，则E2吸收带及生色

团的K带合并，并且发生红移，而且会在230-270nm处出现较弱的精细吸

收带（B带）.这些都是芳香族化合物的特征吸收带.

在有机化合物的鉴定及结构推测上，紫外吸收光谱所提供的信息具有什

么特点？

解：紫外吸收光谱提供的信息基本上是关于分子中生色团和助色团的信息,

而不能提供整个分子的信息，即紫外光谱可以提供一些官能团的重要信

息，所以只凭紫外光谱数据尚不能完全确定物质的分子结构，还必须及

其它方法配合起来.

举例说明紫外吸收光谱在分析上有哪些应用.

解：（1）紫外光谱可以用于有机化合物的定性分析，通过测定物质的最

大吸收波长和吸光系数，或者将未知化合物的紫外吸收光谱及标准谱图

对照，可以确定化合物的存在.

（2）可以用来推断有机化合物的结构，例如确定1,2-二苯乙烯的顺反异

（3）进行化合物纯度的检查，例如可利用甲醇溶液吸收光谱中在256nm

处是否存在苯的B吸收带来确定是否含有微量杂质苯.

（4）进行有机化合物、配合物或部分无机化合物的定量测定，这是紫外

吸收光谱的最重要的用途之一。其原理为利用物质的吸光度及浓度之间的

线性关系来进行定量测定。

下列两对异构体，能否用紫外光谱加以区别？

CH=CH-CO-CH3CH=CH—CO-CH3

解；可以，（1）中第一个化合物含有三个共辗双键，最大吸收波长比第

二种化合物要长，强度也较高.同理（2）中第二个化合物含有三个共聊

双键.

试估计下列化合物中哪一种化合物的Imax最大，哪一种化合物的Imax最

小，为什么？.

解:（b）>（a）>（（c）

（b）中有两个共柄双键，存在K吸收带，（a）中有两个双键，而（c）中只

有一个双键.

简述有机、无机化合物电子光谱的主要类型。

答：有机、无机化合物电子光谱的主要类型有：

（1）含P、S和n电子的吸收谱带：有机化合物在紫外和可见光区域内电

子跃迁的方式一般为s-s*、n-s*、n-p*和p-p*这4种类型；某些无机盐

阴离子由于可以发生n-p*跃迁而有紫外光谱吸收峰。

（2）含d和f电子的吸收谱带：过渡金属离子吸收光能后可以产生d-d

跃迁，而痫系和轲系元素离子却能产生f-f跃迁并得到相应的吸收光谱。

（3）电荷转移吸收谱带：在光能激发下，某一化合物（配合物）中的电

荷发生重新分布，导致电荷可从化合物（配合物）的一部分转移至另一部

分而产生的吸收光谱。

电子光谱是（）。

线状光谱B.带状光谱C.连续光谱

简述分子能级跃迁的类型，比较紫外可见光谱及红外光谱的特点。

答：分子能级跃迁的类型主要有分子电子能级的跃迁、振动能级的跃迁和

转动能级的跃迁。紫外可见光谱是基于分子外层电子能级的跃迁而产生的

吸收光谱，由于电子能级间隔比较大，在产生电子能级跃迁的同时，伴

随着振动和转动能级的跃迁，因此它是带状光谱，吸收谱带（峰）宽缓。

而红外光谱是基于分子振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱。一般的中红

外光谱是振-转光谱，是带状光谱，而纯的转动光谱处于远红外区，是线

状光谱。

红外谱图在1600-1700cm-1有吸收峰，则可能含有几种什么基团？

答：可能含有碳碳双键，或碳氧双键，或碳氮双键，或水等。

10.你如何用学过的光谱来分析确定乙焕是否已经聚合成为聚乙焕?

答：可采用红外光谱测试，观察是否有共胡双键生成；可采用紫外光谱测

定，

以确定是否有共规双键生成，以及一些共挽双键长度的信息。

9.若只含碳氢两种元素的一种不饱和有机物有三个双键，如何用一种光

谱来确定其双键可能的排列类型？

答：三个双键共轨、两个共轨和三个双键孤立三种状况，其紫外光谱吸收

蜂分

别在177nm,210-230nm,260nm,由于三类物质紫外吸收峰存在很大差别，

容易确

定其实际的双键排列类型。

为什么紫外光谱定量分析的准确度比红外光谱高很多？

答：因为紫外光谱的能级差比红外光谱大很多，好仪器外界因素对测试的

干扰

相对很小。

第五章核磁共振

何谓化学位移?它有什么重要性?在1H—NMR中影响化学位移的因素有哪

些？

答：由于氢核在不同化合物中所处的环境不同，所受到的屏蔽作用也不

同，由于屏蔽作用所引起的共振时磁场强度的移动现象称为化学位移.由

于化学位移的大小及氢核所处的化学环境密切相关，因此有可能根据化

学位移的大小来考虑氢核所处的化学环境，亦即有机物的分子结构特征.

由于化学位移是由核外电子云密度决定的，因此影响电子云密度的各种

因素都会影响化学位移，如及质子相邻近的元素或基团的电负性，各项

异性效应，溶剂效应，氢键等。

下列化合物0H的氢核，何者处于较低场？为什么？

（I）（ID

答：（I）中-0H质子处于较低场，因为-HC=O具有诱导效应。而（H）中甲基

具有推电子效应.

6.解释在下列化合物中，Ha、Hb的（值为何不同？

Ha:6=7.72

Hb:5=7.4C

Hb

答：Ha同时受到茉环，皴基的去屏蔽效应,而Hb则只受到茉环的去屏蔽

效应，因而Ha位于较低场.

7.何谓自旋偶合、自旋裂分？它有什么重要性?

答：有机化合物分子中由于相邻质子之间的相互作用而引起核磁共振谱

峰的裂分，称为自旋一轨道偶合，简称自旋偶合，由自旋偶合所引远的

谱线增多的现象称为自旋一自旋裂分，简称自旋裂分.偶合表示质子间

的相互作用，裂分则表示由此而引起的谱线增多的现象.由于偶合裂分

现象的存在，可以从核磁共振谱图上获得更多的信息，对有机物结构解

析非常有利.

8.在CH3-CH2-C00H的氢核磁共振谱图中可观察到其中有四重峰及三重峰

各一组。（1）说明这些峰的产生原因；（2）哪一组峰处于较低场?为什么/

答：（1）由于（（，（1位质子之间的自旋偶合现象，根据（n+1）规律，CH3

一质子核磁共振峰被亚甲基质子裂分为三重峰，同样，亚甲基质子被邻

近的甲基质子裂分为四重峰。

（2）由于（-位质子受到叛基的诱导作用比（-质子强，所以亚甲基质子峰

在低场出峰（四重峰）。

9.简要讨论13C-NMR在有机化合物结构分析中的作用。

答：碳原子构成有机化合物的骨架，而13c谱提供的是分子骨架最直接的

信息，因而对有机化合物结构鉴定很有价值。

及氢谱一样，可根据13c的化学位移（C确定官能团的存在。而且，（C比（H

大很多，出现在较宽的范围内，它对核所处化学环境更为敏感，结构上

的微小变化可在碳谱上表现出来。同时碳谱图中峰的重叠比氢谱小得多，

几乎每个碳原子都能给出一条谱线，故对判断化合物的结构非常有利。

同时,由于不同种类碳原子的弛豫时间相差较大，因而可以借以了解更

多结构信息及分子运动情况。

10.影响化学位移的因素有哪些?

答：诱导效应、共枕效应、立体效应、磁各向异性效应和溶剂效应。

二、选择题

2.在0—H体系中，质子受氧核自旋一自旋偶合产生多少个峰？

()

A2B1C4D3

3.下列化合物的1HNMR谱，各组峰全是单峰的是

()

ACH3-00C-CH2CH3

B(CH3)2CH-0-CH(CH3)2

CCH3-00C-CH2-C00-CH3

DCH3CH2-00C-CH2CH2-C00-CH2CH3

4.一种纯净的硝基甲苯的NMR图谱中出现了3组峰,其中一个是单峰，

一组是二重峰，一组是三重峰。该化合物是下列结构中的

6.化合物CH3coeH2C00CH2cH3的1HNMR谱的特点是()

A4个单峰B3个单峰，1个三重峰

C2个单峰D2个单峰，1个三重峰和1个四重峰

10.在下面四个结构式中

(1)

哪个画有圈的质子有最大的屏蔽常数？

()

11.下图四种分子中，带圈质子受的屏蔽作用最大的是（）

®⑨©（d）

B.B.C.B.B.D.A.B.B.C.B.D

三、填空题

1.NMR法中影响质子化学位移值的因素有：,,

、，,O

3.化合物C6H120,其红外光谱在1720cm-l附近有1个强吸收峰，1HNMR

谱图上,有两组单峰（a=0.9,（b=2.1,峰面积之比a:b=3:1,a为

基团，b为_________基团，其结构式是o

答案：

1.诱导效应；共枕效应（或以上两条合并成“电子效应”也可以）；磁各

向异性效应；氢键的生成；溶剂效应。

3.叔丁基中的三个日基CH3一；CH3c=0中用基；

结构式是：

4.甲醛；乙快；甲醛；乙快。

(1)C2II60为CH3-0-CH3

HClu

(2)C3H6c12为H—c—c—c—H

MClH

(3)C3H60为CH3-C0-CH3

四、正误判断

1.核磁共振波谱法及红外吸收光谱法一样，都是基于吸收电磁辐射的分

析法。()

5.核磁共振波谱仪的磁场越强，其分辨率越高。

()

7.在核磁共振波谱中，偶合质子的谱线裂分数目取决于邻近氢核的个

数。()

8.化合物CH3cH20cH(CH3)2的1HNMR中,各质子信号的面积比为：9:2:1。

()

9.核磁共振波谱中山现的多重峰是由于邻近核的核自旋相互作用。

()

10.化合物C12CH—CH2cl的核磁共振波谱中，H的精细结构为三重峰。

()

12.碳谱的相对化学位移范围较宽(0—200),所以碳谱的灵敏度高于

氢谱。()

只有一组1H-NMR谱图信号和特定分子式的下列化合物，可能的结构适什

么?

(1)C2H60(2)C3H6C12(3)C3H6O

(1)C2H60为CH3-0-CH3

HC1}

(2)C3H6c12为H—C一c—H

Hci}

(3)C3H60为CH3-C0-CH3

第7章X射线法

X射线学有几个分支？每个分支的研究对象是什么？

答：X射线学分为三大分支：X射线透射学、X射线衍射学、X射线光

谱学。

X射线透射学的研究对象有人体，工件等，用它的强透射性为人体诊

断伤病、用于探测工件内部的缺陷等。

1.X射线衍射学是根据衍射花样，在波长已知的情况下测定晶体结构，

研究及结构和结构变化的相关的各种问题。

2.X射线光谱学是根据衍射花样，在分光晶体结构已知的情况下，测定

各种物质发出的X射线的波长和强度，从而研究物质的原子结构和成

分。

产生X射线需具备什么条件?

答：实验证实:在高真空中，凡高速运动的电子碰到任何障碍物时，均能

产生X射线，对于其他带电的基本粒子也有类似现象发生。

电子式X射线管中产生X射线的条件可归纳为：1,以某种方式得到一

定量的自由电子；2,在高真空中，在高压电场的作用下迫使这些电子作

定向高速运动；3,在电子运动路径上设障碍物以急剧改变电子的运动速

度。

1.X射线的本质是什么？是谁首先发现了X射线，谁揭示了X射线的本

质？

答：X射线的本质是一种横电磁波？伦琴首先发现了X射线，劳厄揭示了

X射

线的本质？

试述X射线衍射单物相定性基本原理及其分析步骤？

答：X射线物相分析的基本原理是每一种结晶物质都有自己独特的晶体结

构，

即特定点阵类型、晶胞大小、原子的数目和原子在晶胞中的排列等。因此,

从

布拉格公式和强度公式知道，当X射线通过晶体时，每一种结晶物质都

有自己

独特的衍射花样，衍射花样的特征可以用各个反射晶面的晶面间距值d

和反射

线的强度I来表征。其中晶面网间距值d及晶胞的形状和大小有关，相对

强度1

则及质点的种类及其在晶胞中的位置有关。通过及物相衍射分析标准数据

比较

鉴定物相。

单相物质定性分析的基本步骤是：

(1)计算或查找出衍射图谱上每根峰的d值及I值；

(2)利用I值最大的三根强线的对应d值查找索引，找出基本符合的物

相名

称及卡片号；

(3)将实测的d、I值及卡片上的数据一一对照，若基本符合，就可定为

该物

相。

叙述如何用X射线进行物相分析及注意事项

1.答：所谓X射线物相分析即通过X射线衍射分析来确定材料的物相

构成。

2.根据待测相的衍射数据得出三强线的晶面间距值dl,d2和d3(并

估计误差)

3.根据最强线的面间距dl在数字索引中找到所属组，再在d2,d3找

到其中一行。

4.比较此行中的三条线，看其相对强度是否及被测物质三强线基本

一致。如d和T\I1

5.基本一致，则可初步断定之。

6.根据索引中查找的卡片号，从卡片盒中找到所需要卡片。

将卡片全部d和1\11及未知物质的d和1\11对比，如果完全吻合，则卡

片上物质即为所测物质。

若多相，则采用逐一排除法，即标出一种物相后就从衍射谱中除去它的

衍射线条，剩下的进行归一化后再进行物相确定，直至所有衍射线条全

部标定为止。

1.注意事项：

2.利用计算机是行之有效的方法。

3.试样衍射花样的误差和卡片的误差

4.晶面间距d比相对强度重要。

多相混合物的衍射线条有可能重叠，应配合其他方法加以区分。

第八章

测量重均分子量可以选择以下哪种方法：D

A.粘度法B.端基滴定法

C.渗透压法D.光散射法

测量数均分子量，不可以选择以下哪种方法：B。

A.气相渗透法B.光散射法

C.渗透压法D.端基滴定法

高聚物链段开始运动的温度对应的是该高聚物的玻璃化温度。

凝胶色谱法（GPC）分离不同分子量的样品时，最先流出的是分子量

大的部分，是依据体积排除机理进行分离的。

已知某高分子的分子量的多分散系数为1,那么其、、、的大小关系为

第12章

1.差示扫描量热法：指在程序控制温度条件下，测量物质（样品）及参

比物之间的功率差随温度或时间变化的函数关系的技术。

2.简述差热分析中放热峰和吸热峰产生的原因。

答：差热分析中产生放热峰和吸热峰的大致原因如下表

现象放络现象«热K型

靖品转变OO化学吸附O

熔融O析出O

物气化O化版水O

理学

升华O分解OO

的的

吸附氯化度降低

原O原O

因脱附O因氧化（气体中）O

吸收O还原《气体中）O

氧化还惊反应OO

B、无论测试条件如何，同一样品的差热分析曲线都应是相同的。（）

X

C、要测定聚合物的熔点，可以选择（

红外光谱B.扫描电镜C、差热分析D、X射线衍射

简述热差分析的原理

2.原理：差热分析是在程序控制温度下，测量试样及参比物质之间的温

度差AT及温度T（或时间t）关系的一种分析技术，所记录的曲线是

以AT为纵坐标，以T（或t）为横坐标的曲线，称为差热曲线或DTA曲

线，反映了在程序升温过程中，AT及T或t的函数关系：AT二f(T)

或f(t)DTA检测的是AT及温度的关系试样吸热AT<0

3.AT=Ts-Tr试样放热AT>0

2热分析用的参比物有何性能要求

4.要求：一是在测试温度范围内无热反应；二是所选用的参比物及试样的

比热及热传导率相同或相近。

3阐述DSC技术原理

原理：差示扫描量热法DSC是在程序控制温度下，测量输给试样和参比物

的功率差及温度关系的一种技术。在这种方法下，试样在加热过程中发生

热效应，产生热量的变化，而通过输入电能及时加以补偿，而使试样和

参比物的温度又恢复平衡。所以，只要记录所补偿的电功率大小，就可以

知道试样热效应(吸收或放出)热量的多少。

4简述热重分析的特点和原理

热重法是在程控温度下，测量物质的质量及温度或时间关系的一种热分

析法。由热重法所记录的曲线称为热重曲线或TG曲线，它以质量m(或质

量参数)为纵坐标，以温度T或时间t为横坐标，反映了在均匀升温或降

温过程中物质质量及温度或时间的函数关系：田=f(T)或f(t)

简述热分析技术在材料研究中的应用

应用：材料的热稳定性的研究，材料的热膨胀、收缩、拉伸、剪切、扭曲

的研究；含能材料的热反应性的研究等；

假如从实验得到如下一些高聚物的热一机械曲线，如图，试问它们各主

要适合作什么材料（如塑料、橡胶、纤维等）？为什么？

2060100140180丁

(a)(b)

图高聚物的温度-形变曲线

解：A.塑料，由于其室温为玻璃态，Tg远高于室温。

B.橡胶，由于室温为高弹态，而且高弹区很宽。

C、纤维，由于是结晶高分子，熔点在210℃左右。（当然大多数用作纤维

的高分子也可作为塑料）

D、塑料，但经过增塑后可用作橡胶或人造皮革，例如PVC。这是由于室温

下为玻璃态，但Tg比室温高不多，可通过加入增塑剂降低Tg使之进入高

弹态。

1819章显微分析

叙述X射线照射到物质上发生的相互作用

答：X射线及物质的相互作用，是一个比较复杂的物理过程，可以

概括地用图来表示。

31.子束入射固体样品表面会激发哪些信号？它们有哪些特点和用途？

答：主要有六种：

1）背散射电子:能量高；来自样品表面几百nm深度范围；其产额随原子序

数增

大而增多.用作形貌分析、成分分析以及结构分析。

2）二次电子:能量较低；来自表层5—10nm深度范围；对样品表面化状态十

分敏

感。

不能进行成分分析.主要用于分析样品表面形貌。

3）吸收电子:其衬度恰好和SE或BE信号调制图像衬度相反;及背散射电子

的衬度

互补。

吸收电子能产生原子序数衬度，即可用来进行定性的微区成分分析.

4）透射电子：透射电子信号由微区的厚度、成分和晶体结构决定.可遂行

微区成

分分析。

5）特征X射线：用特征值进行成分分析，来自样品较深的区域

6）俄歇电子:各元素的俄歇电子能量值很低；来自样品表面1—2nm范围。

它

适合做表面分析。

什么是分辨率，影响透射电子显微镜分辨率的因素是哪些？

答：分辨率：两个物点通过透镜成像，在像平面上形成两个爱里斑，

如果两个物点相距较远时，两个Airy斑也各自分开，当两物点逐渐

靠近时，两个Airy斑也相互靠近，直至发生部分重叠。根据Load

Reyleigh建议分辨两个Airy斑的判据：当两个Airy斑的中心间距等

于Airy斑半径时，此时两个Airy斑叠加，在强度曲线上，两个最强峰

之间的峰谷强度差为19%,人的肉眼仍能分辨出是两物点的像。两个

Airy斑再相互靠近，人的肉眼就不能分辨出是两物点的像。通常两

Airy斑中心间距等于Airy斑半径时，物平面相应的两物点间距成凸镜

能分辨的最小间距即分辨率。

影响透射电镜分辨率的因素主要有：衍射效应和电镜的像差（球差、像

散、色差）等。

有效放大倍数和放大倍数在意义上有何区别？

答：有效放大倍数是把显微镜最大分辨率放大到人眼的分辨本领

（0.2mm）,让人眼能分辨的放大倍数。

放大倍数是指显微镜本身具有的放大功能，及其具体结构有关。放大

倍数超出有效放大倍数的部分对提高分辨率没有贡献，仅仅是让人观察

得更舒服而已，所以放大倍数意义不大。

显微镜的有效放大倍数、分辨率才是判断显微镜性能的主要参数。

比较光学显微镜和电子显微镜成像的异同点。电子束的折射和光的折

射有何异同点？

(1)

光学显微镜电子显微镜

照明光源可见光电子波

照明光源波动性粒子性和波动性

的性质

光波通过玻璃透镜而电子束在轴对称的非均匀电场

成像原理

发生折射，从而会聚成或磁场的作用卜，而发生折射，

像。从而产生电子束的会聚及发散，

以达到成像的目的！

透镜的一般最高在1000〜远远高于光学显微镜的放大倍

放大倍数1500之间数，其分辨本领高全纳米量级。

分辨率的分辨本领主要取决于照衍射效应和像差对分辨率都有影

影响因素明源的波长。响。

透镜的像球面像差、色像差、球差、像散、色差

差像域弯曲

透镜焦距固定不变可变

透镜的功仅局限于形貌观察集形貌观察、晶体结构、成分

能分析及一体。

透镜的主焦距很短的物镜、照明系统、成像系统、

要组成部分焦距很长的目镜。观察及记录系统、

光波可通过玻璃透镜而发生折射，从而会聚成像；而电子波不同，它只能

在外在条件才能发生折射，即轴对称的非均匀电场和磁场可以让电子束

折射，从而产生电子束的会聚及发散，以达到成像的目的。电子折射及广

折射不同，因为电子走的轨迹是空间曲线，而光折射是直线传播。

32.从原理及应用方面分析电子衍射及X衍射在材料结构分析中的异、同

点。

答:

衍射分析

X衍射电子衍射

方法

电子（波）束（入，lOTnm数量

信号源（入

X衍射（入，lOTnm数量级）

级）

射束）

技术基础

X衍射被样品中各原子核外电电子束被样品中各原子核外电子

（入射束

子弹性散射的相长干涉弹性散射的相长干涉

及样品的

作用）

辐射深度几Unr几十Um（数量级）<1um（数量级）

衍射角

00-180000-30

（20）

衍射方位

不拉格方程不拉格方程

的描述

结构因子

衍射矢量方程，厄瓦尔德图解

概念及消相同

等

光规律

晶体取向

测定准确<1000^30

度

辐射对样

品作用体约0.1-0.5mm3Qlum（数量级）

积

样品固体（一般为晶态）薄膜（一般为晶态）

微区晶体结构分析及物相鉴定（如

塑性形变的射线分析：挛晶及第二相在晶内析出过程分析（如析

滑移面指数的测定（单晶定出物及晶体取向关系、惯习面指数

向）、形变及再结晶织构测定、等），晶体缺陷分析

应力分析等；

表面（1-5个原子层）结构分析［原

相变过程及产物的X射线研究

子二维排列周期（单元网格）、层

（如马氏体相变、合金时效

间原子相对位置及层间距等］,表

等）：相变过程中产物（相）

面吸附现象分析（吸附原子排列周

结构的变化及最终产物、工艺

期、吸附原子相对基本原子位置、

参数对相变的影响、新生相及

吸附是否导致表面重建等），表面

母相的取向关系等；

缺陷（不完善结构）分析（空位、

应用固溶体的X衍射分析：固溶极

台阶表面等）

限测定、点阵有序化（超点阵）

表面结构分析，表面缺陷分析（样

参数测定、短程有序分析等；

品的无序程度、台阶特征等），表

高分子材料的X衍射分析：高

面原子逐层生长过程分析（是否形

聚物鉴定、晶态及非晶态及晶

成结晶、表面重构等）

型的确定、结晶度测定、微晶

尺寸测定等典型应用：RHEED监控人造超晶格

高分子材料的X衍射分析：高材料的生长（分子束外延、原子层

聚物鉴定、晶态及非晶态及晶外延或分子层外延生长等）

型的确定、结晶度测定、微晶典型应用：RHEED监控人造超晶格

尺寸测定等材料的生长（分子束外延、原子层

外延或分子层外延生长等）

电子衍射及X射线衍射有那些区别？可否认为有了电子衍射分析手段，X

射线衍射方法就可有可无了？

答：电子衍射及X射线衍射一样，遵从衍射产生的必要条件和系统消光规

律，但电子是物质波，因而电子衍射及X射线衍射相比，又有自身的特

点：

(1)电子波波长很短，一般只有千分之几nm,而衍射用X射线波长约在十

分之几到百分之几nm,按布拉格方程2dsin0二人可知，电子衍射的2。角

很小，即入射电子和衍射电子束都近乎平行于衍射晶面；

(2)由于物质对电子的散射作用很强，因而电子束穿透物质的能力大

大减弱，故电子只适于材料表层或薄膜样品的结构分析；

(3)透射电子显微镜上配置选区电子衍射装置，使得薄膜样品的结构分析

及形貌有机结合起来，这是X射线衍射无法比拟的特点。

但是，X射线衍射方法并非可有可无，这是因为：X射线的透射能力比较强,

辐射厚度也比较深，约为儿um到几十um,并且它的衍射角比较大，这些

特点都使X射线衍射适宜于固态晶体的深层度分析。

及X射线相比(尤其透射电镜中的)电子衍射的特点

X相同点：满足衍射不同点：波长入长，试样

射的必要和充分条是大块粉末

线件，可借助倒易点L要精确满足布拉格条

衍阵和厄瓦德图解件

射2.衍射角可以很大

3•衍射强度弱，暴光时

间长

电相同点：满足衍射不同点:波长X短，试样

子的必要和充分条是薄片

衍件，可借助倒易点1.倒易点变成倒易杆

射阵和厄瓦德图解2.不要精确满足布拉格

条件

3.衍射角很小

4.衍射强度强，暴光时

间短

别从原理、衍射特点及应用方面比较X射线衍射和透射电镜中的电子衍射

在材料结构分析中的异同点。

答：原理：X射线照射晶体，电子受迫振动产生相干散射；同一原子内各

电

子散射波相互干涉形成原子散射波；晶体内原子呈周期排列，因而各原子

散射

波间也存在固定的位相关系而产生干涉作用，在某些方向上发生相长干

涉，即

形成衍射。

特点：I）电子波的波长比X射线短得多

2）电子衍射产生斑点大致分布在一个二维倒易截面内

3）电子衍射中略偏离布拉格条件的电子束也能发生衍射

4）电子衍射束的强度较大，拍摄衍射花样时间短。

应用：硬X射线适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析，软X射线可用

于非金属的分析。透射电镜主要用于形貌分析和电子衍射分析（确定微区

的晶

体结构或晶体学性质）

透射电镜主要由几大系统构成？各系统之间关系如何？

答：四大系统：电子光学系统,真空系统，供电控制系统,附加仪器系统。

其中电子光学系统是其核心。其他系统为辅助系统。

6.透射电镜中有哪些主要光阑？分别安装在什么位置？其作用如何？

答：主要有三种光阑：

①聚光镜光阑。在双聚光镜系统中，该光阑装在第二聚光镜下方。作用：限

制

照明孔径角。

②物镜光阑。安装在物镜后焦面。作用：提高像衬度；减小孔径角，从而

减小

像差；进行暗场成像。

③选区光阑：放在物镜的像平面位置。作用：对样品进行微区衍射分

析。

电子束和固体样品作用时会产生哪些信号？它们各具有什么特点？

答：具有高能量的入射电子束及固体样品表面的原子核以及核外电子发生

作用，产生下图所示的物理信号:

入射电子

背散射电/•二次电f

特征X射线俄歇电r

样品吸收电子

透射电r

1：背散射电子

背散射电子是指被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子，其

中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。弹性背散射电子是指被样品

中原子核反弹回来的散射角大于90°的那些入射电子，其能量基本上没

有变化。非弹性背散射电子是入射电子和核外电子撞击后产生非弹性散射

而造成的，不仅能量变化，方向也发生变化。

背散射电子的产生范围在1000A到1mm深，由于背散射电子的产额随原

子序数的增加而增加，所以，利用背散射电子作为成像信号不仅能分析

形貌特征，也可用来显示原子序数衬度，定性地进行成分分析。

2:二次电子

二次电子是指被入射电子轰击出来的核外电子。二次电子来自表面50-500

A的区域，能量为0-50eVo它对试样表面状态非常敏感，能有效地显示

试样表面的微观形貌。由于它发自试样表面层，入射电子还没有较多次散

射，因此产生二次电子的面积及入射电子的照射面积没多大区别。所以二

次电子的分辨率较高，一般可达到50-100A。扫描电子显微镜的分辨率通

常就是二次电子分辨率。二次电子产额随原子序数的变化不明显，它主要

决定于表面形貌。

3.吸收电子

入射电子进入样品后，经多次非弹性散射，能量损失殆尽（假定样品有足

够厚度，没有透射电子产生），最后被样品吸收，此即为吸收电子。入射

电子束射入一含有多元素的样品时，由于二次电子产额不受原子序数影

响，则产生背散射电子较多的部位其吸收电子的数量就较少。因此，吸收

电流像可以反映原子序数衬度，同样也可以用来进行定性的微区成分分

析。

4.透射电子

如果样品厚度小于入射电子的有效穿透深度，那么就会有相当数量的人

射电子能够穿过薄样品而成为透射电子。样品下方检测到的透射电子信号

中，除了有能量及入射电子相当的弹性散射电子外，还有各种不同能量

损失的非弹性散射电子。其中有些待征能量损失DE的非弹性散射电子和

分析区域的成分有关，因此，可以用特征能量损失电子配合电子能量分

析器来进行微区成分分析。

5.特性X射线

特征X射线是原子的内层电子受到激发以后，在能级跃迁过程中直接释放

的具有特征能量和波长的一种电磁波辐射。发射的X射线波长具有特征值,

波长和原子序数之间服从莫塞莱定律。因此，原子序数和特征能量之间是

有对应关系的，利用这一对应关系可以进行成分分析。如果用X射线探测

器测到了样品微区中存在某一特征波长，就可以判定该微区中存在的相

应元素。

5.6.俄歇电子

6.如果原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量DE不以X射线的形

式释放，而是用该能量将核外另一电子打出，脱离原子变为二次电子,

这种二次电子叫做俄歇电子。因为每一种原子都有自己特定的壳层能量,

所以它们的俄歇电子能量也各有特征值，一般在50-1500eV范围之内。

俄歇电子是由试样表面极有限的几个原于层中发出的，这说明俄歇电

子信号适用于表层化学成分分析工

7.二次电子像的衬度和背射电子像的衬度各有啥特点

二次：特别适用于显示形貌衬度。一般来说，凸出的尖棱、小粒子、

较陡斜面二次电子产额多，图像亮；平面上二次电子产额小，图像暗；凹

面图像暗。（二次电子像形貌衬度的分辨率比较高且不易形成阴影）

背散射电子：无法收集到背散射电子而成一片阴影，图像衬度大，会

掩盖许多细节。

8.二次电子像和背散射电子像在显示表面形貌衬度时有何相同及不同之

处？说明二次电子像衬度形成原理。

答：二次电子像：

1）凸出的尖棱，小粒子以及比较陡的斜面处SE产额较多，在荧光屏上这

部

分的亮度较大。

2）平面上的SE产额较小，亮度较低。

3）在深的凹槽底部尽管能产生较多二次电子，使其不易被控制到，因此

相

应衬度也较暗。

背散射电子像

1)用BE进行形貌分析时，其分辨率远比SE像低。

2)BE能量高，以直线轨迹逸出样品表面，对于背向检测器的样品表面,

因

检测器无法收集到BE而变成一片阴影，因此，其图象衬度很强，衬度太

大会失去细节的层次，不利于分析。因此，Bm形貌分析效果远不及SE,

故一般不用BE信号。

二次电子像衬度形成原理：

成像原理为：二次电子产额对微区表面的几何形状十分敏感。

如图所示，随入射束及试样表面法线夹角增大，二次电子产额增大。

图13・8二次电下成像原理图

因为电子束穿入样品激发二次电子的有效深度增加了，使表面5T0nm作

用

体积内逸出表面的二次电子数量增多。

扫描电子显微镜的分辨率和信号种类有关？试将各种信号的分辨率高低

作一比较。

答:

扫描电子显微镜的分辨率和信号种类是有关的,具体比较如下表:

信号二次电子背散射电吸收电子特征X射俄歇电子

子线

分辨率5-1050-200100-1000100-10005-10

二次电子和俄歇电子的分辨率最高,而特征X射线调制成显微图象的分辨

率最低.

电子束进入轻元素样品表面后会造成一个滴状作用体积.入射电子束

在被样品吸收或散射出样品表面之前将在这个体积内活动.

如图：

扫描电子显微镜的放大倍数是如何调节的？试和透射电子显微镜作一比

较。

答：扫描电子显微镜的放大倍数是通过扫描放大控制器调节的，光

栅扫描的情况下，扫描区域一般是正方形的，对高分辨率显像管，其最

小光点尺寸为o.1mm,当显像