紫外光譜法應(yīng)用于TATB基炸藥中TATB含量的測量

陳云閣，劉 英，王晶禹，侯聰花

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紫外光譜法應(yīng)用于TATB基炸藥中TATB含量的測量

陳云閣1，劉 英2，王晶禹1，侯聰花1

（1.中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山西 太原，030051；2.兵器工業(yè)安全技術(shù)研究所，北京，100053）

為了克服TATB在傳統(tǒng)溶劑中的難溶性，以及檢測PBX炸藥中TATB含量的間接性、效率低等缺點(diǎn)，研究了不同比例的離子液體和二甲基亞砜（DMSO）的復(fù)合溶劑對TATB的溶解能力，并將復(fù)合溶劑作為基線，采用紫外光譜法測量波長在360nm處TATB的吸光度，得到TATB的——標(biāo)準(zhǔn)曲線以及線性回歸方程，從而對TATB基PBX炸藥中TATB的含量進(jìn)行分析。結(jié)果表明：對TATB溶解能力較好的溶劑是質(zhì)量比5∶95的1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽（[Emim]Ac）/DMSO復(fù)合溶劑，常溫下TATB的溶解度約為2.025mg/mL；紫外吸收光譜法測出PBX炸藥中TATB的含量較傳統(tǒng)測量法略偏大，但在允許誤差范圍內(nèi)。

紫外吸收光譜法；TATB；分析；[Emim]Ac/DMSO

1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯（TATB）是一種被廣泛應(yīng)用的高能鈍感炸藥，是最早的耐熱炸藥之一，對熱、光、撞擊、摩擦都具有較高的穩(wěn)定性[1]，其極強(qiáng)的穩(wěn)定性使其在需要運(yùn)用鈍感炸藥的領(lǐng)域倍受青睞。由于TATB分子內(nèi)部和分子間都存在非常強(qiáng)的氫鍵[2]，在傳統(tǒng)有機(jī)溶劑中的溶解度非常小，甚至是微量的[3]。傳統(tǒng)溶解TATB的溶劑DMSO、DMSO-堿、濃硫酸等在常溫下對TATB溶解得非常少，而且濃硫酸具有強(qiáng)腐蝕性，會(huì)破壞TATB的分子結(jié)構(gòu)。找到能更好溶解TATB的溶劑，對TATB在鈍感高能炸藥方面的進(jìn)一步研究具有重要意義。文獻(xiàn)報(bào)道離子液體能夠溶解具有強(qiáng)氫鍵作用的固體[4-5]，離子液體（1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽（[Emim]Ac））和二甲基亞砜（DMSO）的復(fù)合溶劑對TATB溶解能力最強(qiáng)，重結(jié)晶后的TATB形貌、純度和熱穩(wěn)定性都較好[6-7]。因此本研究對不同比例的離子液體（[Emim]Ac）和二甲基亞砜（DMSO）的復(fù)合溶劑對TATB的溶解能力進(jìn)行了探究。

紫外分光光度法能夠準(zhǔn)確快捷地測定混合物組分的含量[8]，可對PBX炸藥進(jìn)行組分含量分析，從而改進(jìn)傳統(tǒng)測試方法檢測速度慢、實(shí)時(shí)檢測有延滯性的缺陷。本研究采用紫外吸收光譜法測量常溫下溶解在[Emim]Ac /DMSO復(fù)合溶劑中TATB的吸光度，畫出——標(biāo)準(zhǔn)曲線，并用TATB基PBX炸藥驗(yàn)證此法的可行性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

UV757CRT紫外可見光分光光度計(jì)，上?？坪銓?shí)業(yè)發(fā)展有限公司；機(jī)械天平（精度0.1mg），上海；1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽，上海成捷化學(xué)有限公司；磁力攪拌器；真空干燥箱；坩堝式過濾器（G3）；二甲基亞砜（分析純）；TATB（分析純）。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）配置 [Emim]Ac與DMSO的質(zhì)量比分別為2∶8，15∶85，1∶9，5∶95的復(fù)合溶劑，在相同溫度下用相同速度攪拌充分，緩慢加入相同質(zhì)量的TATB，觀察TATB溶解情況。

（2）將兩個(gè)干凈的坩堝式過濾器在真空干燥箱內(nèi)抽真空干燥10h，取出用機(jī)械天平（精度0.01mg）稱重，分別記錄1、2號(hào)坩堝式過濾器的質(zhì)量，常溫下分別溶解過量的TATB。

（3）室溫下，配制[Emim]Ac-DMSO質(zhì)量比為5∶95的復(fù)合溶劑，并分別配制不同濃度的TATB溶液。在室溫下對不同濃度TATB溶液進(jìn)行掃描，保存吸光度數(shù)據(jù)，在Origin軟件中以橫坐標(biāo)為濃度，縱坐標(biāo)為吸光度繪制曲線。并將實(shí)測的吸光度數(shù)值與相對應(yīng)的濃度算出——標(biāo)準(zhǔn)曲線以及線性回歸方程。

（4）分別用傳統(tǒng)組分分析法和紫外光譜法對PBX炸藥中的TATB含量進(jìn)行測試。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 TATB溶解度

根據(jù)文獻(xiàn)[6]報(bào)道，[Emim]Ac與DMSO復(fù)合溶劑對TATB溶解能力并不是隨著[Emim]Ac增加而提高的，在90℃、質(zhì)量比為 3∶7時(shí)對TATB的溶解性能最好，大于、小于3∶7溶解能力都降低，如圖1所示。由于1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽（[Emim]Ac）生產(chǎn)廠家、批次的不同，[Emim]Ac與DMSO復(fù)合溶劑對TATB的溶解度能力略有不同。因?yàn)殡x子液體價(jià)格昂貴，因此結(jié)合各因素的影響，在不影響溶解能力的條件下減少離子液體的比例更符合經(jīng)濟(jì)利益，節(jié)約能源。在溫度、攪拌速度相同情況下，本研究所用的1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽（[Emim]Ac）與DMSO質(zhì)量比為5∶95時(shí)對TATB的溶解性較好。

圖1 不同質(zhì)量比[Emim]Ac/DMSO復(fù)合溶劑對TATB的溶解性能

Fig.1 Dissolution properties of TATB on different mass ratio of [Emim]Ac /DMSO

常溫下，坩堝式過濾器原始質(zhì)量為0，加入過量的TATB質(zhì)量為M，抽濾后的坩堝式過濾器質(zhì)量為’，溶解的TATB質(zhì)量=0+M-’，溶解度=/，溶解度試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 室溫下TATB在復(fù)合溶劑中的溶解度

Tab.1 Solubility of TATB in compound solvents at room temperature

由表1可以算出室溫下TATB在質(zhì)量比為5:95的[Emim]Ac/ DMSO復(fù)合溶劑中的溶解度約為2.025mg/mL。

2.2 TATB吸光度測定

室溫下，將質(zhì)量比為5∶95的離子液體-DMSO作為基線，進(jìn)行調(diào)零、基線校準(zhǔn)后，對基準(zhǔn)溶液（離子液體-DMSO復(fù)合溶劑）和濃度為0.02mg/mL的TATB溶液進(jìn)行波長在200~500nm范圍內(nèi)的掃描，結(jié)果如圖2所示。

圖2 基準(zhǔn)溶液和TATB溶液掃描光譜

從圖2中可以看出TATB溶液有兩個(gè)吸收峰，溶液的吸光度在掃描波長為270nm以前比較平穩(wěn)，在0.1以下，在275nm處突然降低然后急劇上升，在波長為360nm時(shí)到達(dá)最大吸收峰。波長在360 ~365nm之間時(shí)溶液的吸光度急劇下降，隨后又緩慢地提高，在=430nm可見光區(qū)域出現(xiàn)特征吸收峰，說明TATB不僅吸收紫外光，而且也能吸收可見光。而基準(zhǔn)溶液在基線校準(zhǔn)后，吸光度隨著波長的增加在0附近上下波動(dòng)，在=360nm處的吸光度幾乎為0，因此可以忽略，可認(rèn)為當(dāng)波長=360nm時(shí)溶液的吸光度為TATB的吸光度。

分別對5組不同濃度的TATB溶液進(jìn)行掃描，如圖3所示，由圖3可以看出隨著TATB濃度的增加，TATB溶液的吸光度也逐漸增大。

圖3 不同濃度的TATB在200~500nm范圍內(nèi)的掃描光譜

所測溶液濃度與對應(yīng)吸光度值如表2所示，根據(jù)表2中數(shù)據(jù)，以吸光度為縱坐標(biāo)，TATB的濃度為橫坐標(biāo)，用Origin軟件繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，如圖4所示。由圖4可以看出，TATB的濃度與吸光度基本上在一條直線上，是線性相關(guān)的。

表2 不同濃度的TATB在=360nm對應(yīng)的吸光度

Tab.2 Corresponding absorbance of TATB at λ=360nm

圖4 紫外光譜法測得TATB在[Emim]Ac/DMSO復(fù)合溶劑中的——標(biāo)準(zhǔn)曲線

Fig.4 The standard curve of TATB in [Emim]Ac/DMSO by UV spectroscopy

將表2中數(shù)據(jù)用最小二乘法求解回歸系數(shù)和，求得回歸系數(shù)=-0.100 45，=65.151 08，所以回歸方程：=64.151 08-0.100 45

TATB的摩爾質(zhì)量為=258.18g·mol-1，摩爾吸光系數(shù)=·=16 820.7 L·mol-1·cm-1，摩爾吸光系數(shù)大于103，所以TATB溶解在[Emim]Ac/DMSO復(fù)合溶劑中的組分含量可以用紫外光譜法測量。

2.3 TATB基PBX炸藥組分測定

采用傳統(tǒng)組分分析法測定PBX炸藥中組分含量，結(jié)果如表3所示。

表3 傳統(tǒng)方法分析PBX中HMX和Viton A的含量

Tab.3 Percentage of HMX and Viton A in PBX measured by traditional method

紫外可見光分光光度計(jì)可測吸光度范圍為-0.301 ~4.000，TATB溶液濃度過大時(shí)，檢測到的吸光度超出可測范圍。因此本研究用稀釋到0.025mg/mL的PBX炸藥進(jìn)行紫外光譜法分析。由于PBX炸藥中粘結(jié)劑含量非常少，并且為鏈狀聚合物，在紫外區(qū)幾乎沒有吸收，因此粘結(jié)劑在紫外區(qū)的吸光度可以忽略[8]。

紫外分光光度法測得PBX炸藥溶液在波長=360nm時(shí)吸光度=0.879，得到TATB的濃度= 0.015 27mg/mL，即PBX炸藥中TATB的含量=61.07%。該方法與傳統(tǒng)檢測方法結(jié)果相比偏大，原因是PBX炸藥中其他組分在波長360nm處有微小的吸收，對TATB的吸光度有一定影響，但誤差為1.2%，在允許的誤差范圍內(nèi)。因此可以證明用紫外光譜法應(yīng)用于測量TATB基PBX炸藥中TATB的含量具有可行性，并且方便快捷，對于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)時(shí)檢測具有重要意義。

3 結(jié)論

（1）相同的溫度、攪拌速度的條件下，離子液體[Emim]Ac與DMSO質(zhì)量比為5∶95的復(fù)合溶劑對TATB的溶解性較好，室溫下TATB的溶解度約為2.025mg/mL。

（2）用紫外可見光分光光度法測定TATB在[Emim]Ac/DMSO復(fù)合溶劑中的摩爾吸光系數(shù)大于103，因此可以用于紫外光譜法測量TATB的吸光度。研究測得，室溫下TATB溶解在[Emim]Ac/DMSO復(fù)合溶劑中濃度與吸光度的線性回歸方程為=64.151 08-0.100 45。

（3）用紫外光譜法方便快捷地測出TATB基PBX炸藥中TATB的組分含量為61.07%，比傳統(tǒng)組分測量法的60.32%偏大，說明其他組分對其吸光度有影響，但在允許誤差范圍內(nèi)，所以紫外光譜法可以快捷、直接測定TATB基PBX炸藥中TATB含量。

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The Application of UV Spectrophotometry Method to Analyze the Contents of TATB in PBX Explosives

CHEN Yun-ge1，LIU Ying2，WANG Jing-yu1，HOU Cong-hua1

(1.College of Chemical Engineering and Environment，North University of China，Taiyuan，030051；2. Safety Technology Research Institute of Ordnance Industry, Beijing, 100053)

In order to overcome slightly solubility of TATB in the traditional solvent, and the defects of indirectness and low efficiency on detection of TATB -based PBX explosives, the solubility of TATB in different mass ratio of ionic liquid and dimethylsulfoxide (DMSO) compound solvent were studied，and the UV-visible spectrophotometry method was used to measure the absorbance of TATB at the 360nm wavelength. The standard——curve were drawn, and the linear regression equation were calculated, then contents of TATB in PBX explosives were analyzed. The results show that when the mass ratio of [Emim] Ac /DMSO is 5∶95, the solubility of TATB reach the maximum value about 2.025mg/mL under normal temperature. The contents of TATB in PBX explosives were a bit higher with UV spectrophotometry method than traditional measurement method , but within the allowable error range.

UV spectrophotometry method；TATB；Analysis；[Emim]Ac/DMSO

TJ450.6

A

1003-1480（2014）06-0047-04

2014-06-16

陳云閣（1989-），女，在讀碩士研究生，從事新型鈍感傳爆藥研究。