傅里葉變換紅外光譜快速測定粗苯中苯系物

王志彥， 何書美， 張 倩， 陳 曦， 董 森， 賈偉藝

（1.開灤煤化工研發(fā)中心，河北 唐山 063611；2.河北師范大學(xué)分析測試中心，河北 石家莊 050024）

0 引 言

在粗苯加氫精制工藝中，苯、甲苯或二甲苯含量的快速、準(zhǔn)確的測量對于原料的質(zhì)量控制有著至關(guān)重要的影響。目前，這些指標(biāo)的測量無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，多采用氣相色譜法（GC），但該方法存在分析時(shí)間長等缺點(diǎn)。紅外光譜（IR spectrum）不僅能反應(yīng)被測物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征，而且具有快速檢測的特性。樣品不需處理，直接掃描，可提高工作效率，便攜式光譜儀還可進(jìn)行在線監(jiān)測。紅外光譜技術(shù)在石油及煤化工行業(yè)的應(yīng)用主要集中于國外研究[1-3]，國內(nèi)的應(yīng)用正在開發(fā)中[4-5]。

聞環(huán)等[6]利用中紅外光譜吸收法快速測定汽油中的苯含量。王少軍等[7]介紹了中紅外光譜技術(shù)定量分析柴油中芳烴含量的方法，并與傳統(tǒng)柱色譜法進(jìn)行了比較。本文對粗苯中苯、甲苯、二甲苯異構(gòu)體5種組分分別進(jìn)行了紅外光譜定量分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑及儀器

試劑：苯、甲苯、鄰二甲苯，間二甲苯，對二甲苯，試劑混合樣品，粗苯樣品。

儀器：傅里葉變換顯微-紅外-拉曼光譜儀（FTIR-RamanⅡ，VERTEX 70）德國布魯克公司。

1.2 紅外光譜測試

實(shí)驗(yàn)條件：分辨率4 cm-1，掃描次數(shù)64，掃描范圍：400～4000cm-1，0.1mm KBr定量池。

2 結(jié)果與討論

2.1 5組分定量譜帶的選擇

不同的結(jié)構(gòu)具有不同的紅外光譜圖，在紅外光譜中，鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯具有不同的特征峰，能較好的區(qū)別它們的結(jié)構(gòu)。做為定量峰需要在5組分中不受干擾，有較好的獨(dú)立性。圖1為苯、甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯在700～2000cm-1的紅外光譜圖，分別選取 797，877，986，1082，1962cm-1為定量峰，它們彼此無干擾、獨(dú)立性較好。1962cm-1是來自苯上氫的面外彎曲振動(dòng)的倍頻；986，1 082 cm-1是分別來自甲苯和鄰二甲苯環(huán)上C-H的面內(nèi)彎曲振動(dòng)；797，877cm-1是來自間二甲苯和對二甲苯環(huán)上C-H的面外彎曲振動(dòng)。

圖1 苯、甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯的紅外光譜圖

2.2 五組分的工作曲線

苯、甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯各組分特征峰的強(qiáng)度隨物質(zhì)量濃度的增加而增強(qiáng)，以峰強(qiáng)度和物質(zhì)量濃度建立標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。模擬煤化工產(chǎn)品粗苯中各組分的物質(zhì)量濃度分布，在苯5.0～9.0mol/L（45%～70%）、甲苯 1.0～3.0 mol/L（15%～30%）、混合二甲苯0.1～0.6mol/L（10%以下）適宜范圍，以試劑為標(biāo)準(zhǔn)建立線性方程，各組分的線性方程如表1所示。

表1 苯、甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯的線性方程

表2 紅外光譜方法的準(zhǔn)確度檢驗(yàn)（t-檢驗(yàn)法）1） mol/L

圖2 模擬樣品與實(shí)樣的紅外光譜圖

由各線性方程的相關(guān)系數(shù)r可知，苯、甲苯及混合二甲苯在所測得范圍內(nèi)呈良好線性，可進(jìn)行紅外光譜定量分析，間二甲苯、對二甲苯檢測下限低于0.1mol/L。

2.3 方法準(zhǔn)確度的檢驗(yàn)（t-檢驗(yàn)法）

用苯、甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯和對二甲苯試劑混合配制實(shí)驗(yàn)樣品，平行測定6次，用t-檢驗(yàn)法進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表3 模擬樣品的紅外光譜測試結(jié)果1） mol/L

當(dāng)測定次數(shù)為6，在95%置信區(qū)間內(nèi)，t＜2.45時(shí)方法可靠。由試驗(yàn)結(jié)果可知，5組分的 t值均≤t0.95（2.45），因此，紅外光譜法能滿足準(zhǔn)確測定的需求。

2.4 樣品的測定

2.4.1 模擬樣品的測定

依據(jù)粗苯樣品中各組分的含量，在各物質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，任意組合，用試劑配置模擬樣品。按照1.2實(shí)驗(yàn)條件對模擬樣品進(jìn)行紅外測試，測試結(jié)果如表3所示，其紅外光譜見圖2。

2.4.2 粗苯樣品的測定

對粗苯實(shí)樣進(jìn)行抽濾（0.45μm），分別對粗苯進(jìn)行紅外光譜和氣相色譜測試。紅外光譜如圖2所示，氣相色譜如圖3所示。測定結(jié)果見表4，方法誤差Δs＜0.2mol/L。

與氣相色譜法相比，紅外光譜法快速，無需處理樣品，但靈敏度低，檢測下限較高，表4表明，紅外光譜法對低物質(zhì)量濃度的物質(zhì)未能檢測到，而作為快速檢測粗苯原料的方法，還是能滿足要求的。

圖3 模擬樣品與實(shí)樣的氣相色譜圖

表4 粗苯樣品的紅外光譜與氣相色譜測試結(jié)果1） mol/L

3 結(jié)束語

紅外光譜法檢測苯、甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯，具有較好的線性，t-檢驗(yàn)法也表明，此方法準(zhǔn)確可靠。模擬樣品及粗苯樣品的測定結(jié)果令人滿意。

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