紅外光譜與氣質(zhì)聯(lián)用技術在異物分析中的應用

楊永興，李勇

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所， 廣東 廣州 510610）

紅外光譜與氣質(zhì)聯(lián)用技術在異物分析中的應用

楊永興，李勇

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所， 廣東 廣州 510610）

采用紅外光譜和氣質(zhì)聯(lián)用技術對某批次交通燈的燈罩內(nèi)部異物來源進行了分析。分析結果表明，異物主要成分為 4， 4'-異亞丙基二苯酚 （俗稱雙酚 A）。 異常樣品所用的燈底座 （5D 燈罩）材質(zhì)和圓盤材質(zhì) （菲涅爾透鏡）均為聚碳酸對苯二酚酯 （簡稱 PC）， 組裝工藝中所使用的密封膠為脫醇型硅酮膠， 在固化過程中揮發(fā)出的醇類物質(zhì)能夠溶解未完全聚合的 PC 材料單體雙酚 A， 同時也會加速 PC 的降解， 從而導致雙酚 A 結晶異物的出現(xiàn)。

傅里葉變換紅外光譜儀；氣質(zhì)聯(lián)用儀；異物

0 引言

紅外光譜是一種利用物質(zhì)的分子對紅外輻射的吸收，得到與分子結構相應的紅外光譜圖而用于分析分子結構的方法。紅外光譜通過提供有機化合物官能團，從而解析未知有機物的化學結構，在有機結 構 分 析 中 是 常 用 的 測 試 手 段 之 一[1-2]。 氣 相 色 譜是有機組分分離的有效手段，根據(jù)不同的有機組分在色譜柱上的保留時間的不同，對組分進行定性鑒定；質(zhì)譜則是高靈敏度的高速掃描檢測手段，非常適 宜微量 有機成 分分析[1-2]。 GC-MS 結合了 氣 相 色譜和質(zhì)譜兩種手段的優(yōu)勢，在有機化合物的定性定量分析中是一種廣泛使用的分析工具。

在電子電氣制造領域，生產(chǎn)工藝流程往往比較復雜，工藝過程中使用的物料眾多，加之部分企業(yè)管理上的漏洞，經(jīng)常有企業(yè)反饋其產(chǎn)品中有不明異物出現(xiàn)。這不僅影響產(chǎn)品美觀，影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴重時甚至會導致生產(chǎn)停滯，給企業(yè)帶來不可估計的經(jīng)濟損失。

1 背景介紹

某企業(yè)生產(chǎn)的某批次交通信號燈經(jīng)存放一定的時間后發(fā)現(xiàn)，燈罩、菲尼爾透鏡螺紋表面及燈罩內(nèi)側均出現(xiàn)白色異物 （如圖1-3 所示）。 異物不僅影響產(chǎn)品的正常使用，也無法達到客戶的驗收標準。經(jīng)了解，該企業(yè)上述產(chǎn)品的涉及的數(shù)量較大，同批次產(chǎn)品上均有不同程度的異物出現(xiàn)。經(jīng)初步觀察、試驗，白色異物呈結晶狀，經(jīng)酒精等溶劑擦拭可以清除掉。

因涉及產(chǎn)品品質(zhì)及企業(yè)正常生產(chǎn)，所以急需通過分析測試來查找、分析異物產(chǎn)生的來源。

圖1 信號燈的整體形貌

圖2 燈罩內(nèi)菲涅爾透鏡的螺紋面異物

圖3 燈罩上及燈罩內(nèi)側的白色異物

2 實驗部分

2.1 儀器和試劑

a）儀器

1）氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 （GC-MS） （島津，QP 2010PLUS）；

2）顯微紅外光譜分析儀 （FT-IR） （布魯克，Tensor 27&HYPERIONTM 2000）。

b）試劑

國有企業(yè)的發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整，都需要資金的支持。需要其提供幫助，完成相應的運作。為了實現(xiàn)經(jīng)濟的結構調(diào)整，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)的結構。國有企業(yè)的一系列動作都是重點，資產(chǎn)重組、并購重組等。資管公司應該抓住自身優(yōu)勢，充分發(fā)揮自身優(yōu)勢。積極調(diào)整自身經(jīng)營策略。以自身的專業(yè)能力給企業(yè)的并購重組提供幫助。在這個過程中，也需要處理好各方的關系，協(xié)調(diào)好國有企業(yè)、政府的角色。從大局考慮，從全局出發(fā)，幫助實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級，逐步實現(xiàn)國有企業(yè)改革的戰(zhàn)略目標。

正己烷 （色譜純）， 溴化鉀 （分析純）。

2.2 樣品處理方法

1）分別取適量的溴化鉀粉末涂抹在燈罩內(nèi)菲涅爾透鏡螺紋面異物的表面、燈罩殼內(nèi)側面異物的表面，然后將粘附有異物的溴化鉀粉末制成溴化鉀鹽片，對其進行成分分析；

2）將 706 密封膠水 （固化在燈罩上的異物）置于 FT-IR 的 ATR 鏡頭下， 對其進行成分分析。

3）用棉簽擦拭異物，然后用正己烷提取，用GC-MS 對提取物進行定性分析。

2.3 儀器工作條件

1.3.1 GC-MS儀器條件

a）GC 分析條件

1）分 離 柱 ： ZB-5MS （ 30 m ×0.25 mm ×0.25 μm）；2）升溫程序： 70 ℃ 15 ℃/min 250 ℃ 5 ℃/ min 310 ℃ （保 持 3 min）， 程 序 升 溫 曲 線 見 圖4；3）氦 氣 壓力： 120.5 kPa；4）進 樣口 溫 度 ：250℃；進樣方式：不分流。

b）MS分析條件

1）離子源溫度： 250 ℃； 2）接口溫度： 260℃；3）探測器測試電壓：1.2 kV； 4）獲取模式：掃描模式。

圖4 GC程序升溫曲線

1.3.2 FT-IR 測試條件

1）分辨率：4cm-1； 2）掃描次數(shù)： 20 次；3）探測器： MCT； 4）掃描波數(shù)范圍： 600～4 000 cm-1。

3 分析與討論

通過對燈罩內(nèi)菲涅爾透鏡螺紋面的表面異物和燈罩殼內(nèi)的側面異物做紅外光譜分析比對，兩者的紅外光譜圖幾乎重疊，得出燈罩內(nèi)部上述兩處異物主成分相同 （如圖5-7 所示）， 通過檢索儀器譜庫， 得出標準物質(zhì)為對乙基苯酚 （CASNo.： 123-07-9）的紅外譜圖與之匹配度極高 （如圖 8 所示）， 由此大致可以推斷燈罩殼內(nèi)側面異物的主成分為對乙基苯酚。

圖5 菲涅爾透鏡螺紋面的表面異物紅外透射光譜圖

圖6 燈罩殼內(nèi)側面異物的紅外透射光譜圖

圖7 菲涅爾透鏡螺紋面的表面異物和燈罩內(nèi)側面異物的紅外光譜比對圖

圖8 標準物質(zhì)對乙基苯酚（CASNo.： 123-07-9）的紅外透射光譜圖

為了進一步地分析、驗證異物組分，采用GC-MS 對異物萃取物、 固化膠水及液體膠水進行了分析，分析結果見圖 9。 通過 GC-MS 定性檢索而得出該物質(zhì)的組分結構與 FT-IR 結構一致， 所以基本可以確定，異物主要成分為對乙基苯酚。

圖 9 交通燈異物 GC-MS 分析結果

為了查找異物產(chǎn)生的來源，對該企業(yè)提供的一只未經(jīng)組裝的新菲涅爾透鏡螺紋面的表面物質(zhì)和706 密封膠水 （固化在燈罩上）進行了紅外比對測試。 測試結果見圖10-13， 通過比較異物紅外光譜圖與菲涅爾透鏡螺紋表面光譜圖及 706 密封膠水紅外光譜圖，可以看出，異物主成分與兩種材料存在較大的差異，故可以排除上述兩種物質(zhì)是異物來源的可能性。

圖10 未組裝菲涅爾透鏡螺紋表面物質(zhì)的紅外光譜圖

圖11 密封膠水 （固化在燈罩上）的紅外光譜圖

圖12 燈罩殼內(nèi)側面異物和新菲涅爾透鏡螺紋表面物質(zhì)的紅外光譜比對圖

圖13 燈罩殼內(nèi)側面異物和 706 密封膠水（固化在燈罩上）的紅外光譜比對圖

考慮到異常交通信號燈經(jīng)過組裝后為一密閉系統(tǒng)，所以可以排除外來物質(zhì)引入導致沾污的可能性。通過對新菲涅爾透鏡螺紋面表面物質(zhì)和密封膠水與異物紅外特征譜圖的擬合比對，也基本排除是上述兩種物質(zhì)引入異物的可能性。通過供應商提供的信息，異常樣品的底座材質(zhì)和圓盤材質(zhì)一致，均為聚碳酸對苯二酚酯 （簡稱 PC）， 而其他批次正常樣品所用的底座材質(zhì)為聚己二酸己二醇酯 （PCL），據(jù)此可以推斷異物雙酚A來自于底座或圓盤上的PC材質(zhì)。

對苯雙酚A 是PC的合成單體， 異物對苯雙酚A 可能來自于 PC 材料未聚合完全的單體或是 PC材 料 本 身 的 降 解 產(chǎn) 物[3-5]。 且 經(jīng) 了 解 ， 異 物 樣 品 所用的 706 密封膠為脫醇型硅酮膠， 在膠水固化過程中，硅酮膠的組分醇類等物質(zhì)會緩慢地揮發(fā)。該交通燈組裝后為一密封系統(tǒng)，揮發(fā)的醇類等物質(zhì)無法消散出去，會慢慢地與相似相溶材料聚碳酸對苯二酚酯相互作用，導致未聚合的單體對本雙酚A析出或PC材料降解對苯雙酚A產(chǎn)物析出。 受到環(huán)境存 儲 溫 度 的 升 高 ，這 種 反 應 會 加 劇[6]。 異 物 表 面EDS 能譜分析檢測出有少量的硅 （Si）元素， 可以判斷異物的形成與硅酮膠揮發(fā)有關。

4 結論與建議

通過分析，異物形成原因是由于脫醇型硅酮膠工藝使用后存留在一密閉系統(tǒng)內(nèi)，脫醇固化的產(chǎn)物醇類物質(zhì)無法及時揮發(fā)， 導致PC材料中未聚合的單體對本雙酚A 析出或 PC材料降解生成對本雙酚A結晶。

所以，鑒于以上分析，企業(yè)可以考慮更換密封膠， 使用非脫醇型密封膠， 避免與 PC材料反應；或者更換非聚碳酸對苯二酚酯 （PC）材料的底座與圓盤；或者更改產(chǎn)品設計，如非密封式設計，能夠使揮發(fā)性的物質(zhì)及時地揮發(fā)，縮短接觸時間。

總之，生產(chǎn)工藝材料的不兼容是導致異物出現(xiàn)的根本原因，所以對新材料進行兼容性評估在企業(yè)生產(chǎn)中是必不可少的重要環(huán)節(jié)。

[1]王建波， 施衛(wèi)峰， 唐恢同. 有 機化學中的 光譜方法 [M].北京： 北京大學出版社， 2001.

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[5]陳 啟 昌 ， 石 林 ， 李 曉 光 ， 等. 聚 碳 酸 酯 合 成 技 術 綜 述[J].化工科技， 2012， 20 （5）： 81-84.

[6]周 文 君 ， 楊 輝 ， 方 晨 鵬. 聚 碳 酸 酯 的 熱 降 解 [J]. 化 工進展， 2007， 26 （1）： 23-28.

Application of FT-IR and GC-MS Technologies in Resource Analysis of Foreign M aterial

YANG Yong-xing， LIYong
（ CEPREI， Guangzhou 510610，China）

The foreign material in traffic signal light shield was analyzed by FT-IR and GC-MS. The analysis results showed that 4， 4'-isopropylidene two phenol （ BPA） was the main component of the foreign material.The base material of pedestal （ 5D shield）and round disk（Fresnel lens）in abnormal traffic light shield both are biphenyl A polycarbonate （Abbr.PC）.The sealant used in the process is dealcohol silicone sealant from which the alcoholswill volatilize.The volatile will dissolve biphenyl-A which is the unpolymerized monomer of PC material， and it maybe degrade the PC plastics and release the biphenyl-A crystal.

FT-IR； GC-MS； foreignmaterial

O 657.73； O 657.63

A

1672-5468 （2014）03-0030-04

10.3969/j.issn.1672-5468.2014.03.008

2013-12-27

楊永興 （1979-）， 男， 山東臨沂人， 工業(yè)和信息化部電子第五研究所可靠性分析中心工程師， 碩士， 主要從事電子信息產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性分析工作。