第1章 绪论 1
1.1 聚合物近代仪器分析方法的研究对象 1
1.1.1 聚合物链结构的表征 1
1.1.2 高分子的聚集态结构 1
1.1.3 高分子材料的力学状态和热转变温度 2
1.1.4 聚合物的反应和变化过程 2
1.2 聚合物近代仪器分析方法所用仪器简介 2
1.3 聚合物研究和分析 2
1.3.1 问题的提出 2
1.3.2 高分子材料样品的准备 3
1.3.3 近代仪器分析工作对研究人员的要求 8
1.4 聚合物的表征 9
1.4.1 键接方式 9
1.4.2 空间立构 9
1.4.3 支化与交联 9
1.4.4 共聚物的序列结构 10
1.4.5 聚合物结晶 10
1.4.6 物理状态 11
第2章 光谱分析 12
2.1 概述 12
2.1.1 一般光谱分析方法 12
2.1.2 光谱分析仪的组成 13
2.1.3 吸收光谱图的表示方法 14
2.1.4 聚合物的光谱分析 15
2.2 紫外光谱 15
2.2.1 电子跃迁 15
2.2.2 谱图解析 18
2.2.3 紫外光谱的应用 19
2.3 荧光光谱 21
2.3.1 基本原理 21
2.3.2 荧光光谱仪与谱图 22
2.3.3 荧光光谱的应用 23
2.4 红外光谱 25
2.4.1 分子振动与红外吸收光谱的产生 25
2.4.2 傅里叶变换红外光谱仪 27
2.4.3 红外光谱与分子结构的关系 28
2.4.4 谱图解析方法 34
2.4.5 定量分析 41
2.4.6 红外光谱法在高分子材料研究中的应用 43
2.5 激光拉曼光谱简介 53
2.5.1 拉曼散射及拉曼位移 53
2.5.2 激光拉曼光谱与红外光谱的比较 55
2.5.3 激光拉曼光谱在聚合物研究中的应用 55
复习题 57
第3章 核磁共振与电子顺磁共振波谱法 59
3.1 核磁共振波谱 59
3.1.1 核磁共振的基本原理 59
3.1.2 核磁共振波谱仪 62
3.2 1H核磁共振波谱 63
3.2.1 化学位移及自旋-自旋分裂 63
3.2.2 谱图表示方法 65
3.2.3 化学位移、耦合常数与分子结构的关系 66
3.2.4 谱图解析举例 71
3.3 13C核磁共振波谱 73
3.3.1 13C-NMR与1H-NMR的比较 73
3.3.2 13C核磁共振中的质子去耦技术 74
3.3.3 碳谱核磁谱图信息 75
3.4 NMR在聚合物研究中的应用 75
3.4.1 聚合物的鉴别 76
3.4.2 共聚物组成的测定 76
3.4.3 聚合物立构规整性的测定 77
3.4.4 共聚物序列结构的研究 77
3.4.5 聚合物分子运动的研究 80
3.4.6 高分辨固体NMR在聚合物研究中的应用 81
3.5 NMR的经验计算关系式 82
3.5.1 1H化学位移的一些经验关系 82
3.5.2 13C化学位移的经验关系式 83
3.6 电子顺磁共振谱 87
3.6.1 电子顺磁共振谱的基本原理 87
3.6.2 电子顺磁共振谱仪 89
3.6.3 样品制备、自旋捕捉剂、自旋标记 90
3.6.4 ESR谱图解析 91
3.7 电子顺磁共振谱在聚合物研究中的应用 93
3.7.1 研究引发体系的初级自由基 93
3.7.2 研究聚合反应动力学 96
3.7.3 研究聚合物的链结构 96
复习题 97
第4章 气相色谱法与反气相色谱法 98
4.1 色谱分离原理及其分类 98
4.2 气相色谱仪简介 99
4.2.1 气相色谱仪典型流程图 99
4.2.2 气相色谱固定相 101
4.3 色谱谱图解析 102
4.3.1 色谱图表示方法 102
4.3.2 色谱过程方程 103
4.3.3 色谱流出曲线方程 105
4.3.4 分离度、柱效及其影响因素 105
4.4 定性与定量分析 107
4.4.1 归一化法 108
4.4.2 内标法 108
4.4.3 外标法 108
4.4.4 叠加法 108
4.5 反气相色谱法 109
4.5.1 原理 109
4.5.2 聚合物样品的制备 109
4.6 气相色谱法与反气相色谱法在高分子材料研究中的应用 110
4.6.1 聚合物的热转变温度 111
4.6.2 聚合物的结晶度与结晶动力学 112
4.6.3 低分子化合物在聚合物中的扩散系数与扩散活化能 112
4.6.4 探针分子与聚合物、聚合物与聚合物之间的相互作用参数 113
复习题 114
第5章 聚合物的热解分析 116
5.1 聚合物热解分析的特点 116
5.2 聚合物热裂解的一般模式 116
5.2.1 高分子的热裂解反应 116
5.2.2 几种典型的聚合物裂解方式 118
5.3 有机质谱 120
5.3.1 概述 120
5.3.2 有机质谱仪简介 121
5.3.3 有机质谱图的表示方法 123
5.4 有机质谱谱图解析 124
5.4.1 有机质谱中的离子 124
5.4.2 典型的碎裂过程机制 126
5.4.3 常见典型有机化合物的谱图 130
5.4.4 未知化合物谱图解析举例 135
5.5 裂解气相色谱分析 140
5.5.1 裂解气相色谱的特点 140
5.5.2 热裂解装置 140
5.5.3 裂解气相色谱谱图解析 141
5.5.4 裂解气相色谱的进展 142
5.6 PGC-MS联用技术 145
5.6.1 PGC-MS联用接口 145
5.6.2 GC-MS联用谱图表示方法 145
5.6.3 PGC-MS谱图解析的几个问题 148
5.7 热裂解分析在高分子材料研究中的应用 150
5.7.1 聚合物的定性鉴定 151
5.7.2 共混物和共聚物的区分 153
5.7.3 高分子材料的定量分析 153
5.7.4 高分子链结构的测定 154
5.7.5 聚合物反应过程的研究 156
5.7.6 聚合物合金材料在流动过程中分散相迁移状况的研究 158
复习题 160
第6章 热分析 161
6.1 热分析的定义与分类 161
6.2 示差扫描量热分析 162
6.2.1 示差扫描量热法的原理与装置 162
6.2.2 示差扫描量热法的实验技术 163
6.2.3 示差扫描量热法的数据处理 165
6.2.4 温度调制示差扫描量热法 166
6.3 热失重分析 166
6.3.1 热失重法的原理与装置 166
6.3.2 热失重法的实验技术 167
6.3.3 热失重法的数据处理 167
6.4 示差扫描量热法与热失重法在聚合物研究中的应用 168
6.4.1 热转变温度 169
6.4.2 初始结晶度 169
6.4.3 聚合物体系热力学参数的测定 170
6.4.4 结晶度及结晶动力学 170
6.4.5 聚合物的热稳定性 171
复习题 173
第7章 聚合物的热-力分析 174
7.1 概述 174
7.1.1 聚合物的物理状态 174
7.1.2 静态法与动态法 175
7.2 主要测试方法的原理与装置 175
7.2.1 热机械曲线法 175
7.2.2 扭摆法 176
7.2.3 扭辫法 177
7.2.4 动态粘弹谱 178
7.2.5 振簧法 178
7.3 热-力分析实验技术 179
7.3.1 几种热-力法的选择 179
7.3.2 升温速度及测试频率的影响 179
7.4 热-力分析在聚合物研究中的应用 179
7.4.1 聚合物的转变温度与结构性能 180
7.4.2 聚合物的模量与损耗 180
7.4.3 聚合物的多重转变 181
7.4.4 多嵌段聚合物组成对性能的影响 181
7.4.5 高分子材料的阻尼特性 181
复习题 182
第8章 相对分子质量及其分布的测定 183
8.1 概述 183
8.1.1 测定聚合物相对分子质量及其分布的意义 183
8.1.2 聚合物的统计平均相对分子质量 183
8.1.3 相对分子质量分布的表示方法 185
8.1.4 相对分子质量分布的一般测定方法 187
8.2 凝胶渗透色谱 187
8.2.1 凝胶渗透色谱仪 187
8.2.2 凝胶渗透色谱分离机理 189
8.3 凝胶渗透色谱的数据处理 191
8.3.1 凝胶渗透色谱谱图 191
8.3.2 相对分子质量校正曲线 192
8.3.3 相对分子质量分布的计算 193
8.3.4 峰展宽的校正 196
8.4 凝胶渗透色谱在高分子研究中的应用 197
8.4.1 凝胶渗透色谱在高分子材料生产及加工过程中的应用 197
8.4.2 共聚物的研究 198
8.4.3 支化聚合物的研究 199
8.4.4 高分子材料老化过程的研究 200
8.5 场流分离技术 202
8.6 相互作用色谱 203
8.7 基质辅助激光解吸／离子化飞行时间质谱 205
复习题 207
第9章 高分子材料的透射电子显微术 208
9.1 光学和电子光学基础 208
9.1.1 光学凸透镜的聚焦与放大作用 208
9.1.2 光学显微镜分辨本领的理论极限 210
9.1.3 电磁透镜的理论分辨本领 212
9.1.4 电磁透镜的景深和焦深 214
9.2 透射电镜的结构及其成像机制 216
9.2.1 透射电镜的构造和电子图像的形成 216
9.2.2 电子散射和散射衬度 216
9.2.3 阿贝成像原理 218
9.2.4 电子衍射和衍射衬度 219
9.2.5 选择衍射成像及衍衬像的特点 220
9.2.6 电子波的干涉与相位衬度 221
9.2.7 相位衬度成像的特点 222
9.3 透射电镜用聚合物试样的制备技术 225
9.3.1 投影 225
9.3.2 超薄切片 227
9.3.3 染色 227
9.3.4 蚀刻 228
9.3.5 冷冻脆断 229
9.3.6 复型 229
复习题 231
第10章 聚合物的扫描电子显微术 233
10.1 高能电子束与固体样品的相互作用 234
10.1.1 背散射电子 234
10.1.2 二次电子 235
10.1.3 吸收电子 235
10.1.4 透射电子 235
10.1.5 特征X射线 236
10.2 扫描电镜的结构 236
10.2.1 电子光学系统 236
10.2.2 扫描系统 238
10.2.3 信号检测系统 238
10.2.4 显示系统 239
10.2.5 试样室和试样座 239
10.3 扫描电镜的放大倍数和分辨本领 240
10.3.1 放大倍数 240
10.3.2 分辨本领 240
10.4 扫描电子显微像的衬度及其调节 242
10.4.1 表面形貌衬度 242
10.4.2 原子序数衬度 244
10.4.3 扫描电子显微像衬度的调节 245
复习题 245
第11章 电子衍射及其在聚合物结构研究中的应用 247
11.1 晶体学基础知识 247
11.1.1 晶系与Bravais点阵 247
11.1.2 晶面指数 249
11.2 Bragg衍射条件及其矢量表示法 250
11.3 倒易点阵和Ewald球作图法 251
11.3.1 倒易点阵 251
11.3.2 倒易点阵的性质 252
11.3.3 爱瓦尔德（Ewald）球作图法 253
11.4 电子衍射基本公式和相机常数 254
11.5 电子衍射和X衍射的比较 255
11.6 振幅周相图 257
11.6.1 两个散射元对电子束弹性散射的周相关系 257
11.6.2 单胞对电子的散射 257
11.6.3 晶柱对电子的散射及振幅周相图 258
11.6.4 等厚消光 260
11.6.5 等倾消光 260
11.6.6 倒易阵点的扩展 260
11.7 电子衍射的强度问题 262
11.7.1 运动学衍射理论 262
11.7.2 双束动力学衍射理论 263
11.8 倒易阵点的权重 263
11.9 晶带定律 266
11.10 电子显微镜中的电子衍射 267
11.10.1 有效相机常数 267
11.10.2 选区电子衍射 268
11.11 单晶衍射花样及其几何特征 270
11.12 用电子衍射研究聚合物结构的实例 271
11.12.1 聚乙烯单晶衍射花样提供的结构信息 271
11.12.2 固态聚合的聚酞菁锗氧烷的电子衍射花样提供的结构信息 271
11.12.3 气相沉积聚酞菁锗氧烷的电子衍射花样提供的结构信息 274
复习题 275
第12章 X射线衍射及其在聚合物结构研究中的应用 276
12.1 X射线的物理学基础 276
12.1.1 X射线的产生 276
12.1.2 X射线谱 277
12.1.3 X射线被物质的吸收 277
12.2 X射线衍射原理 279
12.2.1 X射线的散射 280
12.2.2 X射线衍射的Bragg条件 280
12.3 X射线衍射的强度 281
12.3.1 多晶材料的X射线衍射强度计算公式 281
12.3.2 结构因数F 282
12.3.3 原子散射因数f 283
12.3.4 多重性因数J 284
12.3.5 洛伦兹-偏振因数 284
12.3.6 吸收因数A 285
12.3.7 温度因数T 285
12.4 X射线衍射的实验方法与试样制备 285
12.4.1 衍射线的聚焦与聚集圆 286
12.4.2 衍射仪圆与聚集圆 287
12.4.3 衍射仪法的试样制备 287
12.5 X射线衍射在聚合物结构研究中的应用 288
12.5.1 定性物相分析 288
12.5.2 结晶度测试 289
12.5.3 聚合物结晶状况随加工条件变化的研究实例 290
复习题 291
第13章 高分子材料的近代研究方法 292
13.1 高分子材料近代研究方法的一般特点 292
13.1.1 有机谱图的综合解析 292
13.1.2 聚合物谱图的特点 295
13.1.3 高分子材料近代研究方法的一般特点 297
13.2 链结构的研究 297
13.2.1 空间立构的测定 297
13.2.2 支化与交联的测定 301
13.2.3 共聚物序列分布的研究 301
13.3 聚集态结构的研究 305
13.3.1 聚集态结构特点及一般研究方法 305
13.3.2 聚合物结晶度的研究 307
13.3.3 相容性和相分离度的测定 308
13.3.4 用FT-IR研究聚合物的取向 309
13.4 高分子材料反应过程的研究 312
13.4.1 聚合反应过程 313
13.4.2 材料在使用中的变化 314
13.4.3 老化降解过程 314
附录A 各种仪器分析原理及谱图表示方法 320
附录B 各种仪器分析方法对样品的一般要求及在聚合物中的应用 322
附录C 英文缩写 324
参考文献 327