材料近代分析测试方法知识点总结

1、热重分析、差热分析、差示扫描量热法的基本原理。

答：①差热分析:是在程序控温条件下，测量试样与参比的基准物质之间的温度差与环境温度的函数关系。当试样发生任何物理或化学变化时，所释放或吸收的热量使试样温度高于或低于参比物的温度，从而相应地在差热曲线上可得到放热或吸热峰。

数学表达式为： T ＝Ts－Tr＝（T或t）其中： Ts ，Tr分别代表试样及参比物温度；T是程序温度；t是时间。

②热重法:是在程序控温下，测量物质的质量与温度或时间的关系的方法，通常是测量试样的质量变化与温度的关系。 许多物质在加热过程中常伴随质量的变化，这种变化过程有助于研究晶体性质的变化，如熔化、蒸发、升华和吸附等物质的物理现象；也有助于研究物质的脱水、解离、氧化、还原等化学现象。热重分析通常可分为两类：动态(升温)和静态(恒温)。 ③示差扫描量热法:补偿回路总电流I保持不变，样品池下的加热灯丝电流为IS，参比池下的加热灯丝电流为 IR，并有 I＝IS+IR而试样与参比物下面的补偿加热丝电阻RS和RR相等，补偿功率的大小只与补偿回路的电流有关。样品无热效应，?T＝0， IS＝IR；样品吸热时， IS>IR； 样品放热时，IS

P?正比于补偿回路总电流I。记录' P?随T或时间变化得到DSC曲线。

2、为什么DSC比DTA更方便用于定量的热分析？

答：DTA:试样在产生热效应时，升温速率是非线性的，从而使校正系数K值变化，难以进行定量；由于DSC对试样产生的热效应能及时得到应有的补偿，使得试样与参比物之间无温差、无热交换，试样升温速度始终跟随炉温线性升温，保证了校正系数Ｋ值恒定。测量灵 敏度和精度大有提高。 本质上DSC与DTA的原理相同。但性能优于DTA，测定热量比DTA准确，而且分辨率和重现性也比DTA好

3、简述热分析法参比物的选择原则，升温速度对三种热分析方法的影响。

答：参比物的选择原则:①在所使用的温度范围内是热惰性的。②参比物与试样比热容及热传导率相同或相近。

DTA 升温速率常常影响差热峰的形状，位置和相邻峰的分辨率。 升温速率越大，峰形越尖，峰高也增加，峰顶温度也越高。 升温速率过小则差热峰变圆变低，有时甚至显示不出来。 由于升温速率增大，热惯性也越大，峰顶温度也越高。 DSC 没有明显的影响 TG 升温速率越大温度滞后越严重，开始分解温度Ti及终止分解温度Tf都越高。温度区间也越宽。

4、结合所学专业知识，简述热分析在材料研究中的作用。 答：①测定高聚合物的玻璃化转变温度Tg

②研究高聚合物在空气和惰性气体中的受热情况 ③结晶聚合物的结晶度测定 ④研究聚合物体系的相容性 ⑤高聚物单体含量对Tg 的影响

⑥通过熔点进行高分子材料的鉴别（DSC） ⑦反应动力学研究和热力学研究 1.简述红外光谱图解释的基本步骤？

答：1.鉴定已知化合物；观察官能团区；判断官能团，确定化合物的类型；观察指纹区；进一步确定基团的结合方式；对照标准图谱验证；2.未知物机构的测定基本步骤；充分收集运用于样品有关的资料和数据(样品的来源.外观.纯度.样品的元素分析结果，确定实验式和分子式；样品的物理性能；分子量。沸点.熔点.折光率等）确定未知物的不饱和度；根据元素分析结果得到未知的分子量与化学式计算未知物的不饱和度；谱图分析（确定分子所含基团和键的类型；推定分子结构；分子式；分子结构的验证）

2.简述NMR中的化学位移和偶合常数的基本概念，外磁场大小改变对两者的影响如何？如何区分化学位移形成的峰和自旋裂分峰？ 答；人们把分子内或分子间的同类核，因化学环境相异而引起的共振频率不同地现象称为化学迁移。自旋偶合产生共振峰的分裂后，两裂分峰之间的距离称为偶合常数用J表示。J的大小表明自旋核之间偶合程度的强弱。自旋偶合等间距裂分峰之间的距离称为偶合常数。 影响；外磁场越大，核外电子云密度越大，屏蔽效应越强，要发生共振吸收就势必增加外加磁场强度，共振信号将移向高场区；反之共振信号将移向低场区。与化学位移不同，偶合常数与外磁场无关，受化学环境影响也很小。 如何区分化学位移形成的峰和自旋裂分峰？ 两者共振频率不同；微波段和发射波段 3.简述热阴极场发射电子枪的特点？ 答；在真空中通电加热后使从阴极发射的电子获得较高的动能形成定向高速电子流，是扫描电镜获得高分辨率高质量图像较为理想的电子源。 4.选区电子衍射的原理及基本操作步骤？

答:1.选区电子衍射的原理:选区电子衍射借助设置在物镜像平面的选区光栏，可以对产生衍射的样品区域进行选择，并对选区范围的大小加以限制，从而实现形貌观察和电子衍射的微观对应,选区光栏用于挡住光栏孔以外的电子束，只允许光栏孔以内视场所对应的样品微区的成像电子束通过。使得在荧光屏上观察到的电子衍射花样，它仅来自于选区范围内晶体的贡献。实际上，选区形貌观察和电子衍射花样不能完全对应，也就是说选区衍射存在一定误

差，所选区域以外样品晶体对衍射花样也有贡献。

2.选区衍射操作步骤：①插入选区光阑，套住欲分析的物相，调整中间镜电流使选区光阑边缘清晰，此时选区光阑平面与中间镜物平面重合；②调整物镜电流，使选区内物像清晰，此时样品的一次像正好落在选区光阑平面上，即物镜像平面，中间镜物面，光阑面三面重合； ③抽出物镜光阑，减弱中间镜电流，使中间镜物平面移到物镜背焦面，荧光屏上可观察到放大的电子衍射花样；④用中间镜旋钮调节中间镜电流，使中心斑最小最圆，其余斑点明锐，此时中间镜物面与物镜背焦面相重合；⑤减弱第二聚光镜电流，使投影到样品上的入射束散焦（近似平行束），摄影（30s左右）。

5.倒易点阵的概念及性质？ 答：倒易点阵是由被称为倒易点或倒易点的点所构成的一种点阵，它也是描述晶体结构的一种几何方法，它和空间点阵具有倒易关系。倒易点阵中的一倒易点对应着空间中一族晶面相等的点格平面。设原空间点阵的一组基矢为a.b.c，若用下式定义另一组基矢 则由新的一组基矢a*.b*.c*所表示的点阵与原空间点阵有互为倒易的关系，称它是原空间点阵的倒易点阵。a*=b×c/V ,b*=c×a/V,c*=a×b/V

性质；1.倒易向量Hhkl的方向是正点阵（hkl）面网的法线方向； 2.倒易向量Hhkl的长度是正点阵面网间距dhkl的倒数Hhkl =1/ dhkl

1、比较红外与拉曼光谱分析的特点。举例说明什么样的分子的振动具有红外或拉曼活性？ 答：IR 优点 1) 应用很广泛 2）IR提供的信息量大且具有特征性，被誉为“分子指纹”，是结构分析的常用有力手段。 3）样品用量少，可回收，属非破坏性分析；分析速度快

4）与质谱、核磁共振等仪器比较，IR谱仪构造较简单，配套性附属仪器少，价格也较低，更易普及。

拉曼光谱法（相对红外光谱法）的优点

1)一些在红外光谱中为弱吸收或强度变化的谱带，在拉曼光谱中可能为强谱带，从而有利于这些基团的检出

2)环状化合物对称伸缩振动具有很强的拉曼谱线。

3)拉曼光谱低波数方向的测定范围宽，有利于提供重原子的振动信息；而低波数范围内红外光谱测定有困难。

4)与C-H和N-H谱带比较，O-H拉曼谱带较弱，因此拉曼光谱便于测定生物样品，成为水溶液的生物制品的理想检测工具；而水对红外光谱造成严重干扰。 5)固态样品可直接测定，无需制样；红外光谱则用KBr 压片。 红外光谱则不能用玻璃容器。 对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变化的振动跃迁，有红外活性。 非对称分子：有偶极矩，红外活性。 没有偶极矩变化、但是有极化度变化的振动跃迁，有拉曼活性。 无对称中心分子（如SO2），三种振动既是红外活性振动，又是拉曼活性振动。 ①红外活性

ⅰ永久偶极矩；极性基团； ⅱ瞬间偶极矩；非对称分子； ②拉曼活性振动 诱导偶极矩, E???

非极性基团，对称分子；

2、红外谱图解析的有哪三要素？红外图解析解析的方法有哪些？化合物结构测定基本步骤有哪些？

答：三要素：谱峰的位置、带的形状、谱带的强度。

红外图解析解析的方法:直接查对谱图法、否定法、肯定法、肯定法与否定法相结合 基本步骤：1）鉴定已知化合物：

观察官能区：判断官能团，确定化合物的类型。

观察指纹区：进一步确定基团的结合方式。 对照标准谱图验证。

2）未知物结构的测定基本步骤

充分收集与运用与样品有关的资料与数据 确定未知物的不饱和度

谱图解析:确定分子所含基团或键的类型； 推定分子结构：分子式；分子结构的验证。 3、何为有机基团的IR特征吸收峰？影响红外吸收峰发生移动的影响有哪些？ 通常把这种能代表某基团存在并有较高强度的吸收峰，称为该基团的特征吸收峰. 答：影响红外吸收峰发生移动的影响有哪些

1)内部因素 : 电子效应、诱导效应、中介效应、共轭效应、氢键效应、振动耦合、费米共振、空间效应。

2)外部因素: 物质状态及制样方法、溶剂效应。

4、红外光谱的吸收峰强度和峰的位置的影响因素有哪些？聚合物与一般有机化合物的红外吸收图谱解析有何异同？

答：红外光谱的吸收峰强度的影响因素 1）振动能级的跃迁几率 2）振动能级跃迁时，偶极矩的变化

吸收峰强度： 反对称伸缩振动 > 对称伸缩振动 > 变形振动 影响红外吸收峰的位置

1)内部因素 : 电子效应、诱导效应、中介效应、共轭效应、氢键效应、振动耦合、费米共振、空间效应。

2)外部因素: 物质状态及制样方法、溶剂效应。 高聚物谱图的特点：

1）高聚物是由重复单元组成的，各重复单元的简正振动频率相近，以致在光谱上只能看到一个吸收峰。

2）高聚物的选择定则严格，唯有少数才有红外或拉曼活性。

X射线通过物质时都产生哪些现象? x-射线的散射:相干散射和非相干散射

x-射线的衰减：光电效应(荧光X射线)和俄歇效应和反冲电子、光电子x-射线的吸收：热能和透过

有一种未知多晶材料，请用所学的材料近现代分析测试技术（X射线衍射技术，扫描电镜和透射电镜分析技术），提出材料组成,组织结构分析的可行方案；并简述采用X射线衍射技术对样品进行定性相分析的原理及步骤。

答：测材料组成：若不知道各种相的质量吸收系数，可以先把纯α相样品的某根衍射线强度（1α）O测量出来，再配置几种具有不同α相含量的样品，然后在实验条件完全相同的条件下分别测出α相含量已知的样品中同一根衍射线条的强度lα，以描绘标定曲线。在标定曲线中根据lα和（lα）O的比值很容易地可以确认a相的含量。

组织结构分析：扫描电镜的像衬度主要是利用样品表面微观特征（如形貌、原子序数或化学成分、晶体结构或位向等）的差异，在电子束作用下产生不同强度的物理信号；导致阴极射线管荧光屏上不同的区域不同的亮度差异，从而获得具有一定衬度的图像。 定性相分析 原理：在一定波长的X射线照射下，每种晶体物质都能给出自己特有的衍射花样（衍射线的位置和强度）。每一种物质和它的衍射花样都是一一对应的，不可能有两种物质给出完全相同的衍射花样。通常用d（晶面间距d表征衍射位置）和l（衍射线相对强度）的数据组代表衍射花样。也就是说，用d—l数据组作为定性相分析的基本判据。

步骤：用X射线衍射仪测得衍射花样；计算出晶面间距d和衍射线相对强度l；将由试样测得的d—l数据组与已知结构物质的标准d—l数据组进行对比，从而鉴定出试样中存在的物相。