Unit 10 research methods in polymer chemistry

Упражнение 1. Прочитайте текст вслух.

A variety of lab techniques are used to determine the properties of polymers. Techniques such as wide angle X-ray scattering, small angle X-ray scattering and small angle neutron scattering are used to determine the crystalline structure of polymers. Gel permeation chromatography is used to determine the number average molecular weight, weight average molecular weight, and polydispersity. FTIR, Raman and NMR can be used to determine composition.

Thermal properties such as the glass transition temperature and melting point can be determined by differential scanning calorimetry and dynamic mechanical analysis. Pyrolysis followed by analysis of the fragments is one more technique for determining the possible structure of the polymer.

An important tool of the polymer chemist is infrared spectroscopy, or “IR”. IR spectra are acquired on a special instrument, called an IR spectrometer. IR is used to gather information about compound’s structure, assess its purity, and sometimes to identify it.

The scanning electron microscopy SEM is especially useful for routine examination of plastics, elastomers and biopolymers.

There are many instruments that test the mechanical and viscoelastic properties of polymer materials. These instruments apply varied shear stress and shear rate to polymer samples to estimate their response to deformation and mechanical strength.

Упражнение 2. Подберите из текста английские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть.

лабораторный метод
рассеяние нейтронов
дифференциальная сканирующая калориметрия
коэффициент полидисперности
температура стеклования
точка плавления
оценка химической чистоты
ИК — спектры
инфракрасная спектроскопия
структура соединения

Упражнение 3. Подберите русские эквиваленты к следующим словосочетаниям и выучите их наизусть.

wide angle X-ray scattering
small angle X-ray scattering
gel permeation chromatography
number average
FTIR
NMR
calorimetry
infrared spectroscopy
scanning electron microscopy
routine examination
weight average

Упражнение 4. Передайте на английском языке основное содержание текста упражнения 1.

Упражнение 5. Передайте устно на английском языке основное содержание текста.

Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР), применяемый для исследования полимеров, основан на взаимодействии внешнего магнитного поля с ядрами атомов, имеющими магнитный момент.

Одни и те же ядра атомов в молекуле показывают различные сигналы ЯМР. Отличие такого сигнала ЯМР от сигнала стандартного вещества позволяет определить так называемый “химический сдвиг”, который обусловлен химическим строением изучаемого вещества.

В методиках ЯМР есть много возможностей определять химическое строение веществ, конформации молекул, эффекты взаимного влияния, внутримолекулярные превращения.

Явление ядерного магнитного резонанса можно применять не только в химии для исследования полимеров, но и в медицине для исследования органов человека.

Упражнение 6. Переведите с листа на русский язык следующий отрывок:

Thermogravimetric analysis, or TGA, is a type of testing that is performed on samples to determine changes in weight in relation to change in temperature. Such analysis relies on a high degree of precision in three measurements: weight, temperature, and temperature change. As many weight loss curves look similar, the weight loss curve may require transformation before results may be interpreted. A derivative weight loss curve can be used to tell the point at which weight loss is most apparent. Again, interpretation is limited without further modifications and deconvolution of the overlapping peaks may be required.

TGA is commonly employed in research and testing to determine characteristics of materials such as polymers, to determine degradation temperatures, absorbed moisture content of materials, the level of inorganic and organic components in materials, decomposition points of explosives, and solvent residues. It is also often used to estimate the corrosion kinetics in high temperature oxidation.

Упражнение 7. Переведите на слух по предложению следующий отрывок.

Wide angle X-ray scattering (WAXS) is an X-ray diffraction technique that is often used to determine the crystalline structure of polymers. According to this method the sample is scanned in a wide angle X-ray unit.

When X-rays are directed in solids they will scatter in predictable patterns based upon the internal structure of the solid. A crystalline solid consists of regularly spaced atoms (electrons) that can be described by imaginary planes. Every crystalline solid will have a unique pattern of X-ray scattering.

Small-angle X-ray scattering is carried out at very low angles (typically, 0.1 — 10°). This method is used for the determination of the microscale or nanoscale structure of particle systems in terms of such parameters as averaged particle sizes, shapes and distribution.

Упражнение 8. Переведите письменно на русский язык следующие определения:

1. Small-angle X-ray scattering is used to study the structure of ordered systems like lamellar structures, fractal-like materials and etc.

2. Dynamic mechanical analysis is a technique used to study and characterize polymer materials and it is also useful for observing their viscoelastic nature.

3. Infrared spectroscopy is widely used in both research and industry as a simple and reliable technique for measurement, quality control and dynamic measurement.

4. Differential scanning calorimetry is a thermoanalytical technique in which the difference in the amount of heat required to increase the temperature of a sample and reference are measured as a function of temperature.

5. The atmosphere inside the thermogravimetric analysis unit may be purged with an inert gas to prevent oxidation or other undesired reactions.

6. Oxidation stability of polymers is studied by heating them to a certain high temperature when they are oxidized much faster and then estimating their oxidation rate in normal conditions.

7. Liquid samples for IR-spectroscopy are placed between two plates of a high purity salt (commonly sodium chloride), that are transparent to the infrared light.

8. Differential thermal analysis curve provides data on the transformations that have occurred, such as glass transitions, crystallization, melting and sublimation.

9. Raman spectroscopy is a spectroscopic technique used in chemistry to study vibrational, rotational, and other low-frequency modes in a system.

10. Small angle neutron scattering is a laboratory technique similar to the light scattering that provides valuable information on chemical aggregation, colloids, proteins, viruses and macromolecules.

Упражнение 9. Переведите письменно на английский язык следующие предложения.

1. Методы исследования полимеров можно условно разделить на методы для изучения структуры, химических и физических свойств, прочностных и механических характеристик.

2. Деформационные и прочностные свойства полимеров можно определить, подвергая их механической деформации с определенной скоростью и при определенной температуре.

3. Термогравиметрический анализ основан на непрерывной регистрации изменения массы образца в зависимости от времени или температуры при нагревании.

4. Для определения распределения частиц по размеру в растворах полимеров используют метод динамического светорассеяния.

5. При изучении полимера с помощью электронного микроскопа используется очень тонкий образец материала, помещенный в вакуум.

6. С помощью малоуглового рентгеновского рассеяния можно получить ценную информацию о размере и форме полимерных макромолекул.

7. Термический анализ — метод исследования физико-химических процессов по регистрации тепловых эффектов, сопровождающих превращения веществ при заданном изменении температуры.

8. Широкоугловое рентгеновское рассеяние используется для определения морфологии кристаллических полимеров.

9. Вязкостные свойства полимеров изучают методом вискозиметрии по скорости истечения образца через капилляр заданного радиуса.

10. Элементный анализ используется для определения элементного состава полимера и основан на определении доли определенных элементов в образце (азота и серы).

Упражнение 10. Переведите на слух в быстром темпе следующие словосочетания

high temperature oxidation — коэффициент полидисперности — gel permeation chromatography — оценка химической чистоты — ИК-спектры — NMR — инфракрасная спектроскопия — small angle X-ray scattering — дифференциальная сканирующая калориметрия — рассеяние нейтронов — differential thermal analysis — температура стеклования — лабораторный метод — ядерный магнитный резонанс — weight average — точка плавления — магнитный момент — структура соединения — high degree of precision — химический сдвиг — wide angle X-ray scattering — thermogravimetric analysis — number average — calorimetry — infrared spectroscopy — scanning electron microscopy — FTIR — routine examination — тепловой эффект

Упражнение 11. Ответьте на вопросы по содержанию текстов данного урока.

1. What are the main methods to study the structure of polymers?

2. Which method will you use to study degradation of polymers?

3. What parameters of polymers are obtained by gel permeation chromatography?

4. Which structural property of solid matter forms the basis for X-ray scattering?

5. What properties of polymers does high temperature oxidation characterize?

Упражнение 12. Передайте основное содержание текстов урока на русском и английском языках.