便攜式拉曼光譜儀測(cè)定環(huán)氧丙烷含量的研究

張忠蘭

濱化集團(tuán)股份有限公司 山東濱州 256600

環(huán)氧丙烷是一種常見的化學(xué)品，主要用于制備化學(xué)產(chǎn)品（例如聚醚多元醇和丙二醇），并經(jīng)常用于氣體凈化（例如去除二氧化碳）中。但是，環(huán)氧丙烷是易燃的，液態(tài)的環(huán)氧丙烷會(huì)對(duì)人體的皮膚以及角膜造成一定程度的損傷，在高濃度的環(huán)氧丙烷蒸氣中會(huì)導(dǎo)致眼睛和中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，其中少數(shù)還會(huì)有毒性腸麻痹、胃腸道出血以及對(duì)心臟、肝臟和腎臟的損害。

1 試驗(yàn)方法

（1）測(cè)試設(shè)備和試劑。實(shí)驗(yàn)中使用手持式的拉曼光譜儀，拉曼光譜儀是BWS495T。BWSpec4.11為數(shù)據(jù)的采集軟件；CAS75-56-9環(huán)氧丙烷是色譜純，體積分?jǐn)?shù)≥99.0%；蒸餾水[1]。

（2）設(shè)置設(shè)備參數(shù)。使得波長(zhǎng)能夠達(dá)到785nm；15秒的積分時(shí)間，積分一次，激光透射率為90%，光譜分辨率為9cm-1，保證在175cm-1至3200cm-1的光譜范圍之內(nèi)。

（3）拉曼光譜分析。將99%體積的環(huán)氧丙烷添加至拉曼試劑瓶中，并使用移液管將蒸餾水精確地抽至4毫升的體積，并制備環(huán)氧丙烷溶液10%，并使用手持式拉曼光譜儀在掃描解決方案。

（4）工作曲線的標(biāo)準(zhǔn)圖。向6個(gè)拉曼試劑瓶中的每一個(gè)試劑瓶中添加99%的環(huán)氧丙烷，以制備0.75%、3%、5%、7%、9%和10%的環(huán)氧丙烷溶液，通過移液槍將蒸餾水進(jìn)行吸取，搖勻以備后用。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 環(huán)氧丙烷的拉曼光譜

拉曼光譜中環(huán)氧丙烷體積分?jǐn)?shù)為10%。環(huán)氧丙烷具有5個(gè)特征拉曼帶，即733cm-1、830cm-1、901cm-1、952cm-1和1272cm-1。通過“有機(jī)化合物的特征頻率和識(shí)別”，并考慮到氧雜原子和雜環(huán)會(huì)導(dǎo)致相鄰基團(tuán)的特征頻率發(fā)生偏移，分析環(huán)氧丙烷能帶歸屬數(shù)據(jù)，CH2振動(dòng)時(shí)在733cm-1處的譜帶。C-O醚酯對(duì)應(yīng)于830cm-1處的范圍，901cm-1處的譜帶對(duì)應(yīng)于C-O-C對(duì)稱的振動(dòng)伸長(zhǎng)率，而952cm-1處的譜帶對(duì)應(yīng)于支鏈C-C的骨架振動(dòng)。1272cm-1是拉曼光譜中的強(qiáng)峰，其位置很好地證明了環(huán)的大小。通過特征譜帶分析，對(duì)是否有環(huán)氧丙烷可以根據(jù)拉曼光譜特征譜帶，可以根據(jù)定性檢測(cè)進(jìn)行判斷[2]。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

因?yàn)榄h(huán)氧丙烷溶液有5個(gè)特征帶在拉曼光譜上顯示，因此，通過實(shí)驗(yàn)分析，當(dāng)環(huán)氧丙烷的體積分?jǐn)?shù)小于0.75%時(shí)，在拉曼光譜上不能清晰的對(duì)所有5個(gè)特征帶進(jìn)行區(qū)分，因此將其設(shè)為0.75%。在最低檢測(cè)限下，考慮到體積分?jǐn)?shù)梯度的設(shè)計(jì)，最終發(fā)現(xiàn)檢測(cè)范圍為0.75%～10%，上下檢測(cè)限之間的差異不應(yīng)太大。體積分?jǐn)?shù)為0.75%、3%、5%、7%、9%和10%的環(huán)氧丙烷溶液的拉曼光譜，見圖1[3]。

圖1 不同體積分?jǐn)?shù)的環(huán)氧丙烷溶液的拉曼光譜

從圖1可以看出，環(huán)氧丙烷的體積分?jǐn)?shù)越高，相對(duì)強(qiáng)度就越高。對(duì)于不同體積分?jǐn)?shù)的環(huán)氧丙烷溶液的測(cè)量，可以通過激光拉曼光譜法進(jìn)行完成，并利用x軸將環(huán)氧丙烷溶液的體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行繪制，在y軸上繪制相對(duì)強(qiáng)度以獲得工作曲線。通過幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的比較，最終選擇了具有最佳線性比、穩(wěn)定性和可重復(fù)性的901cm-1譜帶。通過幾個(gè)數(shù)據(jù)集的擬合，當(dāng)環(huán)氧丙烷溶液的體積分?jǐn)?shù)在0.75%至10%之間時(shí)，相關(guān)系數(shù)為0.9930，并且在特征帶為901cm-1的環(huán)氧丙烷拉曼光譜繪制工作曲線，見圖2[4]。

圖2 環(huán)氧丙烷拉曼光譜特征譜帶901cm-1處工作曲線

2.3 試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證

配置體積分?jǐn)?shù)為6%的環(huán)氧丙烷溶液兩份，在901cm-1的激光拉曼光譜儀上對(duì)激光帶強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，并將其替換為工作曲線，對(duì)理論激光強(qiáng)度的偏差率進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量拉曼光譜的相對(duì)精度強(qiáng)度的測(cè)量值21142.70和20595.11，相對(duì)強(qiáng)度的理論值分別為20891.60和20891.60，兩次測(cè)量的偏差率分別為1.20%和-1.42%。配置2瓶4%環(huán)氧丙烷，添加0.1162g環(huán)氧丙烷，并通過拉曼光譜儀檢測(cè)峰強(qiáng)度，環(huán)氧丙烷回收的質(zhì)量為0.1082g和0.1155g，對(duì)應(yīng)的回收率都為93.19%。通過驗(yàn)證，兩次測(cè)量的結(jié)果分別為93.19%和99.42%，可以證實(shí)該方法的高精度。

3 結(jié)語(yǔ)

簡(jiǎn)而言之，該方法不僅精度高、準(zhǔn)確度高，線性比好、重復(fù)性高，具有設(shè)備方便攜帶、操作簡(jiǎn)便、無(wú)需預(yù)處理、檢測(cè)速度快的優(yōu)勢(shì)。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)氧丙烷的快速定性和定量檢測(cè)非常的適用，可擴(kuò)展到更多的化學(xué)領(lǐng)域，有助于快速消除化學(xué)品引起的各種事故，為化學(xué)品安全提供了重要保證。