拉曼显微镜的聚合物表征概述

拉曼显微镜已成为聚合物场中最重要的表征工具之一，因为可以从单一结果中提取的大量化学和结构信息。

所以，拉曼显微镜可以帮助从合成过程中缺陷调查，从原材料表征到真正的产品控制，覆盖聚合物制造的整个过程。

在本文中，概述了拉曼显微镜的这些独特能力，专注于聚合物领域的一些学术和工业应用。

原料表征

拉曼显微镜是一种光学方法，基于分子振动的极化变化提供光谱。拉曼光谱的每个带是其化学环境中特定分子振动的指纹。因此，每个分子将具有其特定的拉曼光谱。

图1所示。Horiba Scientific的聚合物产业拉曼解决方案。左：Labram Soleil^TM．右：macroram。

因此，基于类似化学键的两个分子，但具有不同的化学结构，将具有两种不同的拉曼光谱。通过编目频谱集合，拉曼光谱可以用作识别工具。

今天，大量的光谱已经编目并转换为强大的光谱库，可以在仪器计算机上安装，以便快速，自动，并通过软件精确识别。

图2显示了从拉曼光谱中识别未知聚合物是多么简单。例如，带有羰基的聚合物的带宽在1650到1750厘米之间^-1．

图2。不同聚合物的拉曼光谱。

这种光谱分辨需要高灵敏度和高分辨率的拉曼光谱仪。使用最先进的拉曼显微镜，如HORIBA LabRAM Soleil^TM易于表征精确类型的聚合物。

该系统确实是光谱分辨率，空间分辨率和灵敏度的完美组合，全部集成在一个简单的平台中。

聚合过程监控

拉曼显微镜仪器的特点（无损，无侵入性，在线测量）使其成为聚合监测的理想工具。

通过使用特定的工艺探针，结合集成的拉曼仪器MacroRAM，监测聚合变得简单，因为每个工艺化合物都有自己的指纹。图3显示了流程监视的一个示例。

当聚合过程中聚合物的贡献增加时，反应物(VC₂绿色和紫色的ACM)随时间减少。

图3。基于拉曼显微镜的聚合监测。试剂是绿色的（VC₂)和紫色(ACM)，蓝色合成的聚合物。

定向和结晶

聚合物通常在挤出时“定向”，这意味着分子轴沿挤出方向对准。通过将样品定向在仪器坐标支架中并分析拉曼光的偏振，可以推断有关聚合物取向的信息。

这会影响聚合物的机械和其他物理性质。例如，Richardlacroix＆Pellerin（MacromoleCules，2012,45,1946-1953）建立了共焦拉曼显微镜是一种能够在各个纤维水平上量化分子取向和结构的强大技术。

他们将这种方法用于单个静电纺丝纳米纤维，我们将其用于生产催化、药物传递、生物传感器和其他应用的纳米材料。亚博网站下载在这些纤维上，能够一个一个地表征它们是一个临界点。使用HORIBA LabRAM人力资源进化，可以很容易地获得。

聚合物可以以结晶形式存在，如无机材料和分子晶体。亚博网站下载通过样品的热和应力历史建立通常不大于50％的结晶度。

热和应力修改诱导非常小的光谱变化，视为带的光谱偏移。为了看到这种偏移，必须最高的光谱分辨率。

的Horiba Labram HR Evolution是热和应力研究的理想解决方案。因此，通过在光谱中遵循一些细节，一种能够监测聚合物的结晶形式。例如，在对苯二甲酸乙二醇酯中，> C = O带倾向于在结晶形式中显着锐化。

Adar和Noether，《自旋取向和拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的拉曼微探针光谱》，聚合物，1985 26 1935-1943，记录了方向和结晶度对聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维拉曼光谱的影响。

真正的产品控制

通常，为了改善所需产品的物理和化学性能，会将聚合物薄膜组合起来。多层膜就是为此开发的，每一层都有自己的物理和化学特性。

图4。多层膜的拉曼映射表征。每种颜色代表一种特定类型的聚合物。橙色:低密度聚乙烯。蓝色:蓝色低密度聚乙烯，青色:乙烯乙烯醇，绿色:乙烯-醋酸乙烯，黄色:聚酰胺。

在聚合物中，除了结晶形式和聚合物取向之外，不同层，顺序和层状缝合的厚度是重要的参数。Horiba Labram Soleil^TM拉曼显微镜是根据其微米尺寸的高空间分辨率和选择性来表征这些产品的理想工具。

图4示出了多层膜表征的示例。该样品是低密度聚乙烯（橙色），蓝色低密度聚乙烯（蓝色），乙烯醇（青色）和乙烯乙烯酯（绿色）的组合，与聚酰胺（黄色）夹层。

缺陷调查

缺陷来源的调查是聚合物工业的另一个关键要求。这些缺陷可以是多态性问题的结果，制造过程中的异常，或者简单地从薄膜上的物理或温度应力和/或菌株。

所有这些来源都可以根据缺陷的拉曼光谱确定。共焦拉曼显微镜能够对多层膜的表面，以及沿膜的深度轴进行高空间分辨率的表征。

的HORIBA LabRAM苏蕾^TM显微镜是一个完美的工具，其特征和研究缺陷的起源，其真正的共聚焦针孔及其高灵敏度。这种研究如图5所示，通过使用优秀Labspec 6软件的能力，呈现具有可见缺陷的多层胶片的3D拉曼映射。

图5。3d污染与异常值（白色）污染的多层影片的拉曼地图。黄色：聚丙烯，蓝色：聚乙烯，红色：聚乙烯低密度，绿色：聚乙烯 - 氯化物，白色：聚酰胺。

拉曼地图显示了不同的层（黄色：聚丙烯，蓝色：聚乙烯，红色：聚乙烯低密度，绿色：聚乙烯 - 氯化物），但也存在异常值（白色：聚酰胺）。很简单地理解，基于拉曼地图的红色层电平在制造过程中发生了异常。

参考和进一步阅读

• 聚对苯二甲酸乙二醇酯自旋取向和拉伸长丝的拉曼微探针光谱”，Adar & Noether，聚合物，1985,26,1935-1943。
• “聚乙二醇光谱法”聚（乙基对苯二甲酸乙二醇酸酯）单电纺纳米纤维的取向和结构“，Richard-Lacroix＆Pellerin，Macromolecules，2012,45,1946-1953。
• “超细含量纳米纤维聚合物链取向偏振拉曼偏振分析，具有可变低克里斯莱希。”，Papkov和Al。，Macromolecules，2018,51（21），8746-8751。
• “冷气体喷雾钛涂层到生物相容性聚合物上。”，Gardon M.和Al，材料字母，2013,106,97-99。亚博网站下载
• “通过共聚焦拉曼光谱直接检测与单个分子印迹聚合物颗粒结合的分析物。yabo214“生物传感器与生物电子技术，2009,25(3)，568-571。”

致谢

由ThibaultBrulé亚博网站下载，CélineSeypert和JoãoLucasrangel的材料制作，来自Horiba France SAS。

此信息已采购，从Horiba Scientific提供的材料审核和调整。亚博网站下载

有关此来源的更多信息，请访问HORIBA科学。