【摘要】 获得了 N 轨道能量态，并通过其形成能将其与胺的原子化学态相关联。

提出了一种利用 N1s 原子轨道的能量分布通过 X 射线光电子能谱来识别和量化聚合物中胺的方法。获得了 N 轨道能量态，并通过其形成能将其与胺的原子化学态相关联。吡咯和烯丙胺等离子体聚合物被用作该方法的测试聚合物，因为它们的结构中可能含有伯胺、仲胺和叔胺；然而，在测试聚合物中还发现了额外的不饱和胺和氧化胺，其与合成力有关[2,3]。用该方法获得的胺的参与百分比表明，仲胺在聚合物中的参与最多，其次是不饱和胺和叔胺。参与度最低的是伯胺或分析过程中发现的氧化胺。这种方法是新方法，不仅可以应用于聚合物，还可以应用于其他固态材料，具有足够的稳定性来抵抗 XPS 光谱仪的 X 射线束。

 

Fig. 1 a Energy distribution of the N1s orbital and fitted curves in PPy-PAl-I synthesized at 40 W. b Participation of amines as a function of the synthesis power[1]

Table 1 Energy of the chemical groups used in the work[1]

 

原子键能取决于许多因素,表 1 列出了这些化学态和化学键的形成能。；工作中使用了以下 eV 平均值：C–N (3.05)、H–N (3.7)、H–NH (3.9)、C=N (6.42)、CeqN (9.1)，N-O (2.1)。考虑到这些值，伯胺 (C–N–H2)、仲胺 (C2–N–H) 和叔胺 (C3–N) 的 FE 分别为 10.7、9.8 和 9.1 eV。注意 FE 如何随着结构中 H 原子数量的减少而减少。对聚合物的N1s能量分布拟合了5条高斯曲线，其中3条属于三种典型胺，2条属于其他胺。

 

为了举例说明拟合高斯能量曲线与胺化学态之间的关联，图1a显示了在40 W下合成的共聚物的N1s轨道的拟合曲线及其参与百分比，即拟合曲线的面积百分比。图3a中的曲线从左到右标记为胺的形成能。样品的元素含量如图 1a 内所示，其中包含 C1s、N1s 和 O1s 百分比。

 

轨道N1s能量分布符合半高宽=1.2 eV的高斯曲线，所得曲线与胺中N原子的化学态及其形成能依次相关。发现了五种化学态，并根据拟合曲线的最大结合能 (BE) 进行了组织：伯胺 (C–N–H2) BE=398.0 eV，不饱和胺 (C=N–H) BE=398.8 eV，仲胺（C2–N–H）BE=399.8 eV，叔胺和腈（C3–N+C=N）400.5 eV，氧化态（C=N–O）BE=401.3 eV。

 

该方法以聚吡咯、聚烯丙胺以及这两种单体形成的共聚物进行了测试，所有这些物质都是通过等离子体碘合成和掺杂的；聚合物中的 5 种化学状态被识别和量化，其百分比随合成力的变化而变化。最大百分比属于仲胺，最低百分比属于伯胺或氧化态，具体取决于聚合物。叔胺和不饱和胺的百分比按伯胺和仲胺的中间计算

 

1.Olayo, M.G., Alvarado, E.J., González-Torres, M. et al. Quantifying amines in polymers by XPS. Polym. Bull. 81, 2319–2328 (2024). https://doi.org/10.1007/s00289-023-04829-y

2.Manakhov A, Cechal J, Michlícek M, Shtansky DV (2017) Determination of NH2 concentration on 3-aminopropyl tri-ethoxy silane layers and cyclopropylamine plasma polymers by liquid-phase derivatization with 5-iodo 2-furaldehyde. Appl Surf Sci 414:390–397. https://doi.org/10.1016/j.apsusc. 2017.04.127

3.Ryssy J, Prioste-Amaral E, Assuncao DFN, Rogers N, Kirby GTS, Smith LE, Michelmore A (2016) Chemical and physical processes in the retention of functional groups in plasma polymers studied by plasma phase mass spectroscopy. Phys Chem Chem Phys 18:4496–4504. https://doi.org/10.1039/c5cp05850c

 

科学指南针以分析测试为核心，提供材料测试、环境检测、生物服务、模拟计算、科研绘图等多项科研产品，累计服务1800+个高校、科研院所及6000+家企业，获得了60万科研工作者的信赖。始终秉持“全心全意服务科研，助力全球科技创新”的使命，致力于为高校、院所、医院、研发型企业等科研工作者提供专业、快捷、全方位的服务。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。