聚对苯二甲酸乙二酯的拉曼光谱特性

温杰文

摘 要：随着材料科学技术的发展，合成纤维的产量远远超过了天然纤维，应用领域也越来越广泛，涵盖了衣食住行各个方面。对聚对苯二甲酸乙二酯进行了简单的阐述，并且概括了其用途。结合拉曼光谱的特点和应用技术进行实验，根据实验进行简单的特性分析。

关键词：聚对苯二甲酸乙二酯；拉曼光谱；光纤法；傅立叶变换法

中图分类号：O657.37；TQ342+.21 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.068

1 聚对苯二甲酸乙二酯概况

1.1 “聚对苯二甲酸乙二酯”定义

聚对苯二甲酸乙二酯，化学式为COC6H4COOCH2CH2O，属结晶型饱和聚酯，为乳白色或浅黄色高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽，是生活中常见的一种树脂，可以分为APET、RPET和PETG。聚对苯二甲酸乙二酯在较广的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120 ℃，电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好，但耐电晕性较差，抗蠕变性、耐疲劳性、耐摩擦性、尺寸稳定性都很好。

1.2 聚对苯二甲酸乙二酯的用途

1.2.1 薄膜片材

主要涉及纺织品、精密仪器、电器元件等高档的包装材料；录音/录像带、电脑软盘、电影胶片、感光胶片、金属镀膜等的基础材料；电器所用绝缘材料、电容器膜、柔性印刷电路板及薄膜开关等电子领域和机械领域。

1.2.2 包装瓶

初期应用最常见的包装瓶是碳酸类饮料的包装瓶，随着技术的完善，现已经发展到啤酒、食用油、调味品、药品、化妆品等方面的包装瓶应用。

1.2.3 电子电器

这一方面常见的有一些电器的外壳，例如集成电路的外壳、电容器的外壳、变压器的外壳等；电子器件的配件制造，例如调谐器、开关、自动熔断器、继电器等。

1.2.4 汽车配件

常见的应用配件有配电盘外罩、各类阀门、排气系统、仪表盘罩壳、电动机罩殼等，根据其良好的涂装性和光泽度，还可用来制造汽车的一些外设部件。

1.2.5 机械设备

机械方面包括齿轮、凸轮、皮带轮、电动机框架等。实际生活中常见的有钟表零件、微波烘箱烤盘、户外广告牌等。

2 拉曼光谱概况

2.1 “拉曼光谱”定义

拉曼光谱（Raman spectra），是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼（Raman）所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析，以得到分子振动、转动方面的信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。

2.2 拉曼光谱的特点

2.2.1 稳定性好

拉曼散射谱线波数受入射光波数的影响，但是对同一物品来说，同一拉曼谱线的位移不受入射光波长的影响，它只受该物品的振动、转动能级的影响。

2.2.2 对称分布

在以波数为变量的拉曼光谱图中，斯托克斯线与反斯托克斯线以对称形式分布，但是由于这2种方式分别得到或失去一个振动量子的能量，所以2条线都在瑞利散射线的两侧。

2.2.3 强度大

通常情况下，Boltzmann的分布导致振动基态上的粒子数远大于振动激发态上的粒子数，所以斯托克斯线的强度要比反斯托克斯线的强度大。

2.3 拉曼光谱的相关技术方法

2.3.1 光纤法

近年来，光纤的发展使得应用拉曼光谱仪来实现工业在线分析和现场遥测分析成为可能。近年来，国外已经将1 550 nm光纤激光器和EDFA光纤放大器应用到拉曼散射型分布的光纤温度传感器系统中，并取得了很好的效果。因此，分布式光纤拉曼光子温度传感器已成为光纤传感和检测技术的发展方向。

2.3.2 傅立叶变换法

傅立叶变换拉曼光谱是20世纪兴起的新技术，通过近红外激发傅立叶变换拉曼光谱仪对信号进行收集，将收集的信号多次累加，实现信噪比的提高，并且用近红外激光对样品进行照射，减弱荧光背景。

2.3.3 共焦显微法

共焦显微拉曼光谱技术是将拉曼光谱分析与显微分析进行融合的技术。相比于其他传统技术，共焦显微拉曼光谱技术更加方便直接获得大量有价值的信息，配合高倍光学显微镜微观、多相态、稳定、分辨率高等特点，能够实现逐点扫描，从而获得更高分辨率的三维立体图像，目前多应用于肿瘤检测、文物考古、公安法学等领域。

2.3.4 共振法

激光共振拉曼光谱通过产生激光频率且和待测分子电子吸收峰重合的方式，使得分子的特征拉曼谱带强度能够达到正常拉曼谱带的104～106倍，并且能够观察正常拉曼效应中很难出现的、强度可与基频相比拟的泛音以及组合振动光谱。共振拉曼光谱的灵敏度高，同时结合表面增强技术，使得灵敏度能够达到单分子检测水平。

2.3.5 表面增强法

在1974年发现吸附在粗糙化的Ag电极表面的吡啶分子具有明显的拉曼散射现象，加之活性载体的表面选择吸附分子能够对荧光发射起到抑制作用，使得激光拉曼光谱分析的信噪比大大提高。这种表面增强的方式被称为“表面增强拉曼散射”。该技术是全新的表面测试技术，可以通过分子水平层面研究材料分子的结构信息。

2.4 拉曼光谱的应用

根据拉曼光谱的分析结果可以了解物质的振动转动能级情况，从而鉴别该物质并分析它的性质，包括毒品检测、犯罪刑侦、古玩鉴定、农药残留、肿瘤检测等。

3 实验部分

3.1 实验仪器

实验仪器选用英国inVia型显微共聚焦拉曼光谱仪，光电探测器件采用CCD，显微镜为美国NanoScopeⅢa型原子显微镜，型号为Multi Mode。

3.2 样品采集

将聚对苯二甲酸乙二酯放入4个烧杯中，分别加入氢氧化钠、硫酸、硫酸铜粉末、水，然后放进超声波水浴洗涤器中并将温度设置为50 ℃，时间60 min，随后倒掉溶液并清洗干净，取其干燥后的样本。

3.3 实验方法

将取得的4份样品分别固定在载玻片上，用NanoScopeⅢa型原子显微镜观察，通过inVia型显微共聚焦拉曼光谱仪进行分析。图1为聚对苯二甲酸乙二酯拉曼光谱。

3.4 实验结果

未经处理的聚对苯二甲酸乙二酯在不同范围内有着不同的拉曼峰，在频率增加时其荧光背景也增加。经过氢氧化钠处理的聚对苯二甲酸乙二酯表面粗糙度增加，导致其拉曼峰强度要高，荧光背景减弱。因为拉曼峰的强度受表面粗糙度的影响，材料越粗糙，拉曼峰越强。经过硫酸处理的聚对苯二甲酸乙二酯表面粗糙度减小，拉曼峰强度大幅度降低，降低程度最高达到92%，个别部分拉曼峰完全消失，荧光背景减弱。硫酸铜处理过的聚对苯二甲酸乙二酯拉曼普强度增加，因为硫酸铜对拉曼散射有增强作用。

3.5 实验分析

未经处理的聚对苯二甲酸乙二酯纤维表面高低不平，较为粗糙，其RMS为48.688；经过碱处理后，纤维表面出现剥层，更加粗糙，RMS为172.05；经过酸处理后表面更加平整，RMS为18.567；经盐处理后粗糙度增加。

该实验结果能够为聚对苯二甲酸乙二酯应用技术的改善提供参照意见，有望成为高聚物物性的表征方法，为高分子纤维的研究提供分子结构水平上的信息。

4 结束语

通过对聚对苯二甲酸乙二酯和拉曼光谱的描述和分析，试验性地探讨了聚对苯二甲酸乙二酯的拉曼光谱特性，旨在为科研人员提供参考数据和意见，拓宽聚对苯二甲酸乙二酯的应用领域。

参考文献

[1]同娜，朱长军，宋立勋，等.聚对苯二甲酸乙二酯的拉曼光谱特性[J].光谱学与光谱分析，2016（01）：114-118.

[2]同娜，朱长军，宋立勋，等.聚对苯二甲酸乙二酯的拉曼光谱特性及微观形貌研究[J].山西大学学报（自然科学版），2015（04）：663-669.

〔编辑：刘晓芳〕