探秘現代聚合物

現代聚合物的品類日益增多，其性能也越來越多地依靠化學分析技術進行研究。除了眾多常規費時費力的檢測方法（如氣相色譜法、液相色譜法）之外，新的UV/VIS(NIR) 光譜檢測分析技術也得到了日益廣泛的應用。

自19 世紀人類首次發現天然聚合物起，“聚合化工”這一全新的工業分支變逐步形成。近百年來，化學家們在選礦、冶煉、橡膠和棉花類產品的生產工業、性能改進和品種多樣化研究之余，還從事著聚合反應的研究。1909年，第一種聚合物產品——酚醛樹脂成功生產試驗，即人們常說的膠木得以問世。歷經20 多年時間的發展才形成當前規模的聚合物行業的生產能力，直至20 世紀50 年代才進入了聚合物產品的井噴時代。

成為獨特的聚合物材料

如今，人們已經無法想象沒有聚合物的世界是何景象，聚合物塑料材料的品種類型還在不斷的發展壯大。起初，塑料僅是簡單地作為橡膠或者生膠類材料的替代品，而今，聚合物已經發展成為一種獨立的材料體系。

不僅如此，聚合物的用途也從單一的基礎材料發展到了多功能包裝材料。如同像塑料本身的發展一樣，聚合物分析技術也在不斷改進提高。最初，對聚合物材料的檢測分析大多是一些簡單的機械性檢測，例如拉伸、壓縮或者彎曲試驗，直至今日，這些機械性能的檢測都是聚合物實驗室必備的檢驗。與此同時，越來越多的化學分析方法進入了聚合物分析檢測的市場。

其中就包括FTIR 傅立葉變換紅外分析技術，應用該技術能夠界定聚合物組成成分、比例，分析聚合物所使用的活性劑、添加劑，可在幾秒內區分不同的聚合物類型和等級。把FTIR 與熱學分析方法耦合的檢測技術能清楚揭示塑料材料受熱狀態的特性和受熱狀態時釋放出來的物質與其特性之間有何關聯。

常青的UV/VIS（NIR）技術

在現代化聚合物要求提高的同時，對聚合物檢測分析技術的要求也在提高。塑料產品研發和質量保證所需的程序復雜的氣相色譜和液相色譜分析技術及樣品制備也都列入實驗室檢測分析工作中了。然而，另一種古老的分析技術—— UV/VIS(NIR) 光譜分析技術也在聚合物的檢測分析中得到了應用。

利用UV/VIS(NIR) 光譜檢測分析法可以完成對聚合物不同性質的測定，例如特種塑料在特定波長范圍內的透射率。了解這一性能，即可在遠程操作控制時只允許特定的頻率穿透覆蓋物、被接收器所接收，而其他所有波長都被帶通濾波器所過濾。在這種情況下，UV/VIS/NIR 系統就能夠用于帶通濾波器濾波質量或者脈沖坡度的檢驗了。

島津公司開發了兩種有更加廣泛用途的UV/VIS 檢測分析系統新產品。這兩種新產品中都使用了自主研發的Lo-Ray-Ligh 濾波器，提供了全新水平的輔助光和散射光功能。利用這一技術，帶有復式單色器的UV 2700 型檢測儀即可對吸光度達8Abs（無量綱量，表示的是光的吸收程度）的被測樣本進行透射率檢測。

可旋轉樣本的專用支架

在液晶顯示器和太陽鏡中使用的聚合物材料品種越來越多。由于太陽會發射出一些人類肉眼不可見的光線，因此太陽鏡的聚合物只允許可見的光線透過。這樣就明顯地減少了透過太陽鏡的光線量。為了能夠更精確地測定這種透光效果，島津公司集中精力開發了新型的UV/VIS 系統專用的檢測樣本支架，可以旋轉著對被測聚合物樣本進行檢測。

在檢測分析中，將兩塊相同的聚合物樣本放置在檢測位置。先利用交叉偏振光進行檢測，然后利用平行偏振光進行檢測，檢測過程中兩個被測樣本相向旋轉。在平行偏振光檢測時，被測聚合物材料的典型吸光度在0.7Abs，當樣本旋轉90°時得到的吸光度最大，平行偏振光檢測曲線如圖3 所示。可檢測范圍在650~400 nm 之間，數據采集率保證在0.1 nm。在平行偏振光檢測中，典型的吸光度為5Abs（0.001% 的透光），有很好的光譜吸收范圍。

聚合物中蘊含的防護機制

新型UV/VIS 系統的另一個附件是UV 2600 檢測儀使用的ISR 2600 集成球。特種光伏技術對所使用的材料提出了很高的要求：在激勵的市場競爭中，效率和長壽命的意義和作用日益突出。為了保護好敏感的光伏半導體元器件就要使用不同的聚合物材料，其中像PET聚對苯二酸乙二醇酯和EVA 乙烯- 乙酸乙烯酯等都是最常用的保護光伏元器件的聚合物材料。不僅僅是風和氣候會損害光伏太陽能電池板， 太陽光和大氣的共同作用也可以影響儀表板聚合物的防護功能。因此，理解聚合物防護機制也就有著重要的決定性意義了。

為充分了解聚合物的防護機制，將相關聚合物放入不同環境的氣候模擬設備中在人工紫外光燈的照射下進行老化處理，然后對其透光性能或者反光性能進行檢測分析。隨著光照時間的延長，聚合物在可見光和紫外光光波范圍內的透光性下降（如圖4 所示），而光伏設備的性能和效率也會下降。這一檢測通常也應用UV/VIS 系統和集成球來完成，以便能采集到全部的透光性能數據（散射的和定向的）。在上述檢測分析中，UV 2600 的集成球提供有如下優點：利用它的第二個銦- 鎵- 砷探測器（InGaAs）使其能夠完成靈敏度高達1400 nm 的檢測，從而能夠在一次檢測中完成直至NIR 近紅外光譜范圍的透光度或反射性能檢測。

此外，該檢測技術還可以提供許多有用的輔助信息：可以簡單地利用控制軟件中的控制選項判定被測樣本檢測位置處在VIS 光譜范圍內的色標值，從而對涂層材料以及其透光性、反射性和顏色特性進行測定，能夠為質量保證、光伏材料的研發提供可以檢驗的檢測數據。

在許多UV/VIS 光譜檢測系統用戶都習慣了現在的應用時，這一檢測技術本身也在不斷發展和完善，不斷開辟新的應用領域。

聚合物光譜分析技術

聚合物越來越多的被當作有著明確定義的特殊性能的特殊材料來使用了。為了也能夠對具有特殊性質的聚合物進行檢測分析，檢測儀常常需要一些特殊的檢測輔助裝置。例如可以旋轉被測樣本、對聚合物（在不同射入光線情況下）不同的吸光性能進行檢測的樣本支架。利用集成球也能夠對老化處理后的聚合物性能進行檢測分析。