聚對苯二甲酸乙二酯的拉曼光譜特性

溫杰文

摘 要：隨著材料科學技術的發展，合成纖維的產量遠遠超過了天然纖維，應用領域也越來越廣泛，涵蓋了衣食住行各個方面。對聚對苯二甲酸乙二酯進行了簡單的闡述，并且概括了其用途。結合拉曼光譜的特點和應用技術進行實驗，根據實驗進行簡單的特性分析。

關鍵詞：聚對苯二甲酸乙二酯；拉曼光譜；光纖法；傅立葉變換法

中圖分類號：O657.37；TQ342+.21 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.068

1 聚對苯二甲酸乙二酯概況

1.1 “聚對苯二甲酸乙二酯”定義

聚對苯二甲酸乙二酯，化學式為COC6H4COOCH2CH2O，屬結晶型飽和聚酯，為乳白色或淺黃色高度結晶的聚合物，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。聚對苯二甲酸乙二酯在較廣的溫度范圍內具有優良的物理機械性能，長期使用溫度可達120 ℃，電絕緣性優良，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、尺寸穩定性都很好。

1.2 聚對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等電子領域和機械領域。

1.2.2 包裝瓶

初期應用最常見的包裝瓶是碳酸類飲料的包裝瓶，隨著技術的完善，現已經發展到啤酒、食用油、調味品、藥品、化妝品等方面的包裝瓶應用。

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，例如調諧器、開關、自動熔斷器、繼電器等。

1.2.4 汽車配件

常見的應用配件有配電盤外罩、各類閥門、排氣系統、儀表盤罩殼、電動機罩殼等，根據其良好的涂裝性和光澤度，還可用來制造汽車的一些外設部件。

1.2.5 機械設備

機械方面包括齒輪、凸輪、皮帶輪、電動機框架等。實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家C.V.拉曼（Raman）所發現的拉曼散射效應，對與入射光頻率不同的散射光譜進行分析，以得到分子振動、轉動方面的信息，并應用于分子結構研究的一種分析方法。

2.2 拉曼光譜的特點

2.2.1 穩定性好

拉曼散射譜線波數受入射光波數的影響，但是對同一物品來說，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、轉動能級的影響。

2.2.2 對稱分布

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

2.2.3 強度大

通常情況下，Boltzmann的分布導致振動基態上的粒子數遠大于振動激發態上的粒子數，所以斯托克斯線的強度要比反斯托克斯線的強度大。

2.3 拉曼光譜的相關技術方法

2.3.1 光纖法

近年來，光纖的發展使得應用拉曼光譜儀來實現工業在線分析和現場遙測分析成為可能。近年來，國外已經將1 550 nm光纖激光器和EDFA光纖放大器應用到拉曼散射型分布的光纖溫度傳感器系統中，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技術的發展方向。

2.3.2 傅立葉變換法

傅立葉變換拉曼光譜是20世紀興起的新技術，通過近紅外激發傅立葉變換拉曼光譜儀對信號進行收集，將收集的信號多次累加，實現信噪比的提高，并且用近紅外激光對樣品進行照射，減弱熒光背景。

2.3.3 共焦顯微法

共焦顯微拉曼光譜技術是將拉曼光譜分析與顯微分析進行融合的技術。相比于其他傳統技術，共焦顯微拉曼光譜技術更加方便直接獲得大量有價值的信息，配合高倍光學顯微鏡微觀、多相態、穩定、分辨率高等特點，能夠實現逐點掃描，從而獲得更高分辨率的三維立體圖像，目前多應用于腫瘤檢測、文物考古、公安法學等領域。

2.3.4 共振法

激光共振拉曼光譜通過產生激光頻率且和待測分子電子吸收峰重合的方式，使得分子的特征拉曼譜帶強度能夠達到正常拉曼譜帶的104～106倍，并且能夠觀察正常拉曼效應中很難出現的、強度可與基頻相比擬的泛音以及組合振動光譜。共振拉曼光譜的靈敏度高，同時結合表面增強技術，使得靈敏度能夠達到單分子檢測水平。

2.3.5 表面增強法

在1974年發現吸附在粗糙化的Ag電極表面的吡啶分子具有明顯的拉曼散射現象，加之活性載體的表面選擇吸附分子能夠對熒光發射起到抑制作用，使得激光拉曼光譜分析的信噪比大大提高。這種表面增強的方式被稱為“表面增強拉曼散射”。該技術是全新的表面測試技術，可以通過分子水平層面研究材料分子的結構信息。

2.4 拉曼光譜的應用

根據拉曼光譜的分析結果可以了解物質的振動轉動能級情況，從而鑒別該物質并分析它的性質，包括毒品檢測、犯罪刑偵、古玩鑒定、農藥殘留、腫瘤檢測等。

3 實驗部分

3.1 實驗儀器

實驗儀器選用英國inVia型顯微共聚焦拉曼光譜儀，光電探測器件采用CCD，顯微鏡為美國NanoScopeⅢa型原子顯微鏡，型號為Multi Mode。

3.2 樣品采集

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

3.3 實驗方法

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行分析。圖1為聚對苯二甲酸乙二酯拉曼光譜。

3.4 實驗結果

未經處理的聚對苯二甲酸乙二酯在不同范圍內有著不同的拉曼峰，在頻率增加時其熒光背景也增加。經過氫氧化鈉處理的聚對苯二甲酸乙二酯表面粗糙度增加，導致其拉曼峰強度要高，熒光背景減弱。因為拉曼峰的強度受表面粗糙度的影響，材料越粗糙，拉曼峰越強。經過硫酸處理的聚對苯二甲酸乙二酯表面粗糙度減小，拉曼峰強度大幅度降低，降低程度最高達到92%，個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苯二甲酸乙二酯拉曼普強度增加，因為硫酸銅對拉曼散射有增強作用。

3.5 實驗分析

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

該實驗結果能夠為聚對苯二甲酸乙二酯應用技術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構水平上的信息。

4 結束語

通過對聚對苯二甲酸乙二酯和拉曼光譜的描述和分析，試驗性地探討了聚對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據和意見，拓寬聚對苯二甲酸乙二酯的應用領域。

參考文獻

[1]同娜，朱長軍，宋立勛，等.聚對苯二甲酸乙二酯的拉曼光譜特性[J].光譜學與光譜分析，2016（01）：114-118.

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

〔編輯：劉曉芳〕