化工儀器網(wǎng)
技術(shù)文章
Cary 630 FTIR分光光度計(jì)對(duì)共聚物進(jìn)行定量分析
閱讀：627 發(fā)布時(shí)間：2022-7-12引言：采用衰減全反射 (ATR) 取樣界面的 FTIR 光譜儀是聚合物材料分析中非常重要的測(cè)試工具。由于新的 Agilent Cary 630 FTIR 分光光度計(jì)具有*的性質(zhì)和性能，對(duì)聚合物的定量分析尤為快速而簡(jiǎn)便。在這篇應(yīng)用報(bào)告中，我們要對(duì)兩種重要共聚物材料中的主要成分進(jìn)行測(cè)量，即丁苯橡膠 (SBR) 中苯乙烯的含量，和聚乙烯醋酸乙烯酯 (PEVA) 中聚乙烯和醋酸乙烯酯的比例。測(cè)量所使用的是配置單反射鉆石 ATR 取樣附件的 Cary 630FTIR（圖 1）。
SBR 聚合物中聚苯乙烯的含量丁苯橡膠 (SBR) 是普通的合成橡膠材料，其主要用途是制造輪胎，占輪胎產(chǎn)量的近 70%。改變生產(chǎn)工藝中聚苯乙烯與丁二烯單體的比例，可以改變 SBR 橡膠的性質(zhì)。丁二烯與聚苯乙烯的一般比例是 3:1（聚苯乙烯占 25%）。提高聚苯乙烯的含量使材料變硬，彈性減小。大多數(shù)競(jìng)賽表演行業(yè)，如輪胎和特**應(yīng)用等，需要更均一的 SBR 產(chǎn)品，最終用戶和生產(chǎn)者都要求提供更好的質(zhì)量保障和控制。用配置 ATR 附件的 Cary 630 FTIR 測(cè)量聚合物樣品極為簡(jiǎn)單。聚合物材料放置在鉆石晶體上，將樣品壓力鈕向下旋轉(zhuǎn)，直到在樣品上加載足夠壓力，在 Cary 630 的實(shí)時(shí)分析MicroLab FTIR 軟件上看到如圖 2 所示的理想光譜效果為止。實(shí)時(shí)分析模式提供瞬間光譜升級(jí)，即便是初學(xué)者也可以很方便地獲取高度重現(xiàn)的結(jié)果。Cary 630 上設(shè)計(jì)了安全鎖，可以保護(hù)鉆石晶體不受過(guò)度壓力。
為了建立定量 FTIR 方法，我們用 Cary 630 FTIR 對(duì)四種商用 SBR 校正標(biāo)準(zhǔn)品（聚苯乙烯濃度分別為 0%、5%、23%和 45%）進(jìn)行了一式三份測(cè)量。光譜圖顯示在 699 cm-1、759 cm-1 的吸收譜帶，以及 1031 cm-1 處的弱條帶為聚苯乙烯(PS)的特征吸收譜帶。在911 cm-1，964 cm-1和 995 cm-1 處的譜帶歸屬于聚丁二烯中的不飽和鍵（乙烯基和反式 CH 彎曲振動(dòng)），隨著 PS 的含量的增加而減弱。而純聚丁二烯與其它聚合物相比，含有大量順式不飽和鍵，這來(lái)自于未交聯(lián)的成分，以液體形式存在。PS 吸收帶遵循比爾定律，隨濃度增大而增加，因此是比較理想的用于定量分析的吸收峰。以 PS 在 699 cm-1 處*強(qiáng)譜帶的峰高吸收值對(duì)濃度作圖呈良好線性，校正曲線的相關(guān)系數(shù) R2=0.999（圖 4）。將該曲線的線性回歸斜率和截距帶入 MicroLab FTIR 軟件的方法中，未知樣品中聚苯乙烯的百分比將自動(dòng)顯示。SBR 中PS 定量分析的檢測(cè)限為 0.09%，測(cè)試 P
PEVA 中聚乙烯與醋酸乙烯酯的比例聚乙烯醋酸乙烯酯 (PEVA) 是家居、運(yùn)動(dòng)設(shè)施、工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用中非常普通的日用產(chǎn)品。在醫(yī)療應(yīng)用中，可以將藥物與 PEVA 溶液混合，混合物干燥后制成生物惰性的緩釋塑料植入體和透皮貼劑。
由于聚乙烯 (PE) 與醋酸乙烯酯 (VA) 在 PEVA 中的比例可以影響最終產(chǎn)品的物理性質(zhì)，所以建立快速而簡(jiǎn)便地測(cè)試這些組分的方法，對(duì)生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)非常重要。與前面的例子一樣，配置單反射鉆石 ATR 的 Cary 630 FTIR 光譜儀非常適用于這一應(yīng)用測(cè)量。在這個(gè)例子中，我們用 Cary 630 FTIR 系統(tǒng)對(duì) 7 種市售PEVA 標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行了測(cè)試。所用的校正標(biāo)準(zhǔn)品如下：• 聚乙烯，低密度 (0% 醋酸乙烯酯)• 乙烯/醋酸乙烯酯共聚物#506 (9 wt% 醋酸乙烯酯)• 乙烯/醋酸乙烯酯共聚物#243 (14 wt% 醋酸乙烯酯)• 乙烯/醋酸乙烯酯共聚物#244 (18 wt% 醋酸乙烯酯)• 乙烯/醋酸乙烯酯共聚物#245 (25 wt% 醋酸乙烯酯)• 乙烯/醋酸乙烯酯共聚物#316 (28 wt% 醋酸乙烯酯)• 乙烯/醋酸乙烯酯共聚物#326 (40 wt% 醋酸乙烯酯)
校正樣品用 1 分鐘采集時(shí)間測(cè)量，分辨率為 4 cm-1。FTIR 光譜顯示在 1737 cm-1 處有來(lái)自醋酸聚乙烯酯 (VA) 的強(qiáng)醋酸酯羰基譜帶，在 1236 cm-1 為酯的 C-O 伸縮譜帶（圖 5）。用這些譜帶都可以對(duì)聚乙烯 (PE) 基體中的 VA 進(jìn)行定量分析。PE 的特征吸收譜帶處于 2921cm -1，2852 cm-1，1467 cm-1 和 720 cm-1。我們用 1236 cm-1 處 VA 吸收帶與1467 cm-1 處 PE 吸收帶的峰面積比值得到了校正曲線。這種 IR 吸收比值技術(shù)校正了可能影響測(cè)量的偶然變化，如聚合物在 ATR 鉆石晶體上的接觸壓力或接觸面積變化。由于可靠的 ATR 測(cè)量要求樣品與鉆石之間要有良好的光學(xué)接觸，而堅(jiān)硬的球狀聚合物珠則不可能與整個(gè)鉆石表面接觸，所以這一點(diǎn)非常重要。
由以上峰面積比值得到的校正曲線回歸方程呈良好線性（圖 6），相關(guān)系數(shù)R2 = 0.999。將線性回歸方程的斜率和截距帶入 MicroLab FTIR 的方法編輯器中（圖 6），得到了經(jīng)過(guò)校正的方法。為了對(duì)該方法進(jìn)行驗(yàn)證，我們用純 PE(0% VA) 將 9% VA 按重量稀釋成 1% 和 0.55% VA 樣品制成驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)品。首先將聚合物驗(yàn)證樣品溶解在甲苯中，并加熱至 75 °C 使聚合物*溶解。然后將甲苯混合物倒在鋁箔上鑄成薄膜，置于 60 °C 電爐上使其干燥。用保存的方法對(duì)得到的聚合物驗(yàn)證樣品進(jìn)行測(cè)試。用較短的掃描時(shí)間（5 秒）對(duì)驗(yàn)證樣品進(jìn)行了測(cè)量，而建立校正光譜則用時(shí) 60 秒。用該方法可以在非常短的時(shí)間內(nèi)對(duì)多個(gè)原材料進(jìn)行測(cè)量，這種快速樣品分析對(duì)質(zhì)量保障和質(zhì)量控制(QA/QC) 分析非常重要。這種分析的速度還適用于對(duì)原材料進(jìn)行分析，一批 PEVA 可能存在均勻性差異，需要對(duì)容器的多個(gè)表面或?qū)﹁T模上的不同部位進(jìn)行取樣。對(duì)驗(yàn)證樣品的快速分析（5 秒）結(jié)果顯示了良好的重現(xiàn)性和準(zhǔn)確度（表 1）。以標(biāo)準(zhǔn)偏差為 0.01% VA 樣品測(cè)試得到的檢測(cè)限(LOD) 和定量限 (LOQ) 分別為 0.03 wt% VA 和 0.10 wt% VA。當(dāng)用該校正的 FTIR 方法分析樣品時(shí)，結(jié)果也可以用彩色標(biāo)記形式顯示（圖 7），提示該樣品合格（綠色）、為臨界值（黃色）或不合格（紅色）。從而讓操作者迅速而直觀地了解該材料的質(zhì)量。
結(jié)論配置 ATR 取樣技術(shù)的 Agilent Cary 630 FTIR 是分析共聚混合物卓有成效的紅外光譜儀。將緊湊的結(jié)構(gòu)、取樣技術(shù)、性能、分析速度和直觀軟件結(jié)合在一起，使其成為在質(zhì)量保障和質(zhì)量控制應(yīng)用中能快速開(kāi)發(fā)和使用的聚合物定量方法的紅外光譜儀器。我們對(duì) SBR 和 PEVA 共聚物進(jìn)行了測(cè)量，得到了良好的線性和定量準(zhǔn)確性以及重現(xiàn)性。