【瑞士步琦】近紅外光譜法定量測(cè)定多元醇中羥基值和濁點(diǎn)

簡(jiǎn)介

多元醇見(jiàn)圖1是用于生產(chǎn)各種最終用途的聚合物和塑料的基本組成部分。例如，我們?nèi)粘Ｊ褂玫木郯滨ギa(chǎn)品就是用多元醇來(lái)制造的。多元醇是從多功能醇或胺開(kāi)始，通常與環(huán)氧乙烷(EO)或環(huán)氧丙烷(PO)反應(yīng)制成的。

真正的多元醇是復(fù)雜的，具有混合和不同的鏈長(zhǎng)和末端。羥基值(OH值)是有機(jī)化合物質(zhì)量的快速評(píng)價(jià)指標(biāo)。它是可用于反應(yīng)的活性羥基數(shù)量的量度，并提供有關(guān)鏈長(zhǎng)分布和范圍的信息。羥值既是衡量多元醇分子量及質(zhì)量的主要參數(shù)之一，又是聚氨酯制品生產(chǎn)廠家在配方設(shè)計(jì)時(shí)決定各原料投用量的重要參考依據(jù)。 因此羥值測(cè)定的準(zhǔn)確性非常重要。目前，檢測(cè)羥值的方法主要有化學(xué)分析法和儀器分析法。

化學(xué)分析法中常用的是滴定法，基于滴加試劑與被測(cè)溶液中物質(zhì)的反應(yīng)，利用滴加滴定試劑的量來(lái)推測(cè)被測(cè)物質(zhì)的濃度。該方法中使用吡啶作為溶劑，吡啶易揮發(fā)且有惡臭氣味，被世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)列入2B 類(lèi)致癌物清單，對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的身體健康有一定的危害，且該方法反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)（ 需回流加熱 1h），操作復(fù)雜，分析時(shí)間較長(zhǎng)，測(cè)試效率低，測(cè)試準(zhǔn)確性受人為因素影響較大。

儀器分析法主要有核磁共振法和近紅外光譜法。核磁共振法操作簡(jiǎn)單，測(cè)試快速且準(zhǔn)確度較高。但是該方法所需要的設(shè)施昂貴，且實(shí)驗(yàn)室環(huán)境要求高，在企業(yè)中并未得到廣泛推廣。

近紅外光譜法是近紅外光源照射下分子發(fā)生能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的，記錄的是分子中單個(gè)化學(xué)鍵的基頻振動(dòng)的倍頻和合頻信息，受含氫基團(tuán) X-H（X 為C，N，O）的倍頻和合頻的重疊主導(dǎo)，其光譜信息與樣品的結(jié)構(gòu)和成分組成相關(guān)。 多元醇在近紅外光譜區(qū)的吸收主要包括 C-H、N-H，O-H 個(gè)含氫基團(tuán)基頻振動(dòng)的合頻和倍頻振動(dòng)吸收，通過(guò)這些含氫基團(tuán)分子振動(dòng)從基態(tài)到高能級(jí)躍遷的過(guò)程中記錄的羥基的合頻和倍頻吸收信息，從而進(jìn)行羥值的定量分析。 該方法在測(cè)試過(guò)程中無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行稀釋、分散處理，因其操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)快速、綠色安全的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。

濁點(diǎn)是當(dāng)混合物從足夠高的溫度緩慢冷卻以使混合物成為單相時(shí)，多元醇混合物中形成薄霧或云狀的溫度。濁點(diǎn)隨著多元醇分子量的增加而減小，隨著 EO 的加入而增大。這一分析被用來(lái)衡量多元醇的水溶性、表面活性劑性質(zhì)和反應(yīng)性。濁點(diǎn)控制反應(yīng)系統(tǒng)中多元醇的相行為，這種行為對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量有極其重要的影響。由于多元醇在水中具有反溶解度，較高的濁點(diǎn)表明這些重要性能屬性的增加。

應(yīng)用設(shè)備及附件

本文重點(diǎn)介紹步琦近紅外光譜 N-500 用于快速測(cè)定多元醇的 OH 值和濁點(diǎn)。它可以應(yīng)用于：最終產(chǎn)品或來(lái)料的檢測(cè)和過(guò)程的監(jiān)控支持。使用的儀器介紹如下：N-500 是市面上第一臺(tái)商業(yè)化偏振干涉儀的傅里葉變換近紅外光譜儀。

• 多至 6 通道同時(shí)檢測(cè)

• 0.5, 1, 2, 4, 5,8, 10mm 的比色皿

• 控溫，室溫至 65 度

實(shí)驗(yàn)

儀器配置：液體樣品 NIRFlex Liquids，配備樣品腔用于液體透射分析，可控溫（室溫~65℃），可自動(dòng)切換背景測(cè)量通道，同時(shí)容納 6 個(gè)比色皿。

測(cè)量參數(shù)：波長(zhǎng)：4500-10000；分辨率：8cm-1；溫度設(shè)定 60°C，掃描次數(shù)：液體樣品 64 次。

測(cè)量要求：多元醇樣品裝入比色皿 8mm 后測(cè)量，每個(gè)樣品測(cè)量三次光譜，每條光譜采集前都進(jìn)行相同的混勻、取樣。

測(cè)量多元醇的樣品光譜譜圖：如圖2

從光譜本身來(lái)看，樣品的信號(hào)加強(qiáng)，反射率在 0.3 以上可以滿足近紅外分析。

模型參數(shù)如下表：

從表中可以看出：模型的相關(guān)系數(shù)均大于 0.99，樣品羥值和濁點(diǎn)的準(zhǔn)確度較高，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《塑料 聚氨酯生產(chǎn)用多元醇近紅外光譜法測(cè)定羥值》的誤差要求，分析方法重復(fù)性較好，可以用于實(shí)驗(yàn)室日常檢測(cè)。

結(jié)論

結(jié)果表明，近紅外光譜技術(shù)可以成功地監(jiān)測(cè) OH 值和濁點(diǎn)，并具有良好的精度。該技術(shù)不需要樣品制備用于測(cè)定 OH 值的標(biāo)準(zhǔn)濕化學(xué)方法可以被更快，更便宜和更簡(jiǎn)單的近紅外分析所取代，以更快的批 QA 審核通過(guò)。近紅外法具有分析效率高、制樣簡(jiǎn)單、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，測(cè)試成本低，被實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)廣泛應(yīng)用。