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試工具。由于新的 Agilent Cary 630 FTIR 分光光度計具有*的性質和性能，對聚合物的定量分析尤為快速而簡便。在這篇應用報告中，我們要對兩種重要共聚物材料中的主要成分進行測量，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。測量所使用的是配置單反射鉆石 ATR 取樣附件的 Cary 630FTIR（圖 1）。

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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。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)競賽表演行業(yè)，如輪胎和特**應用等，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量保障和控制。用配置 ATR 附件的 Cary 630 FTIR 測量聚合物樣品極為簡單。聚合物材料放置在鉆石晶體上，將樣品壓力鈕向下旋轉，直到在樣品上加載足夠壓力，在 Cary 630 的實時分析MicroLab FTIR 軟件上看到如圖 2 所示的理想光譜效果為止。實時分析模式提供瞬間光譜升級，即便是初學者也可以很方便地獲取高度重現(xiàn)的結果。Cary 630 上設計了安全鎖，可以保護鉆石晶體不受過度壓力。

為了建立定量 FTIR 方法，我們用 Cary 630 FTIR 對四種商用 SBR 校正標準品（聚苯乙烯濃度分別為 0%、5%、23%和 45%）進行了一式三份測量。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），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*強譜帶的峰高吸收值對濃度作圖呈良好線性，校正曲線的相關系數(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顯示。SBR 中PS 定量分析的檢測限為 0.09%，測試 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、運動設施、工業(yè)和醫(yī)療應用中非常普通的日用產(chǎn)品。在醫(yī)療應用中，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，所以建立快速而簡便地測試這些組分的方法，對生產(chǎn)廠家來說非常重要。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用測量。在這個例子中，我們用 Cary 630 FTIR 系統(tǒng)對 7 種市售PEVA 標準品進行了測試。所用的校正標準品如下：• 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 分鐘采集時間測量，分辨率為 4 cm-1。FTIR 光譜顯示在 1737 cm-1 處有來自醋酸聚乙烯酯 (VA) 的強醋酸酯羰基譜帶，在 1236 cm-1 為酯的 C-O 伸縮譜帶（圖 5）。用這些譜帶都可以對聚乙烯 (PE) 基體中的 VA 進行定量分析。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 吸收比值技術校正了可能影響測量的偶然變化，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 測量要求樣品與鉆石之間要有良好的光學接觸，而堅硬的球狀聚合物珠則不可能與整個鉆石表面接觸，所以這一點非常重要。

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)過校正的方法。為了對該方法進行驗證，我們用純 PE(0% VA) 將 9% VA 按重量稀釋成 1% 和 0.55% VA 樣品制成驗證標準品。首先將聚合物驗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。用保存的方法對得到的聚合物驗證樣品進行測試。用較短的掃描時間（5 秒）對驗證樣品進行了測量，而建立校正光譜則用時 60 秒。用該方法可以在非常短的時間內對多個原材料進行測量，這種快速樣品分析對質量保障和質量控制(QA/QC) 分析非常重要。這種分析的速度還適用于對原材料進行分析，一批 PEVA 可能存在均勻性差異，需要對容器的多個表面或對鑄模上的不同部位進行取樣。對驗證樣品的快速分析（5 秒）結果顯示了良好的重現(xiàn)性和準確度（表 1）。以標準偏差為 0.01% VA 樣品測試得到的檢測限(LOD) 和定量限 (LOQ) 分別為 0.03 wt% VA 和 0.10 wt% VA。當用該校正的 FTIR 方法分析樣品時，結果也可以用彩色標記形式顯示（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量。

結論配置 ATR 取樣技術的 Agilent Cary 630 FTIR 是分析共聚混合物卓有成效的紅外光譜儀。將緊湊的結構、取樣技術、性能、分析速度和直觀軟件結合在一起，使其成為在質量保障和質量控制應用中能快速開發(fā)和使用的聚合物定量方法的紅外光譜儀器。我們對 SBR 和 PEVA 共聚物進行了測量，得到了良好的線性和定量準確性以及重現(xiàn)性。