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.開灤煤化工研發中心，河北 唐山 063611；2.河北師范大學分析測試中心，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、準確的測量對于原料的質量控制有著至關重要的影響。目前，這些指標的測量無統一標準，多采用氣相色譜法（GC），但該方法存在分析時間長等缺點。紅外光譜（IR spectrum）不僅能反應被測物質的結構特征，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行在線監測。紅外光譜技術在石油及煤化工行業的應用主要集中于國外研究[1-3]，國內的應用正在開發中[4-5]。

聞環等[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定量分析柴油中芳烴含量的方法，并與傳統柱色譜法進行了比較。本文對粗苯中苯、甲苯、二甲苯異構體5種組分分別進行了紅外光譜定量分析。

1 實驗部分

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

實驗條件：分辨率4 cm-1，掃描次數64，掃描范圍：400～4000cm-1，0.1mm KBr定量池。

2 結果與討論

2.1 5組分定量譜帶的選擇

不同的結構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，能較好的區別它們的結構。做為定量峰需要在5組分中不受干擾，有較好的獨立性。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、獨立性較好。1962cm-1是來自苯上氫的面外彎曲振動的倍頻；986，1 082 cm-1是分別來自甲苯和鄰二甲苯環上C-H的面內彎曲振動；797，877cm-1是來自間二甲苯和對二甲苯環上C-H的面外彎曲振動。

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度隨物質量濃度的增加而增強，以峰強度和物質量濃度建立標準工作曲線。模擬煤化工產品粗苯中各組分的物質量濃度分布，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，以試劑為標準建立線性方程，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 紅外光譜方法的準確度檢驗（t-檢驗法）1） mol/L

圖2 模擬樣品與實樣的紅外光譜圖

由各線性方程的相關系數r可知，苯、甲苯及混合二甲苯在所測得范圍內呈良好線性，可進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 方法準確度的檢驗（t-檢驗法）

用苯、甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯和對二甲苯試劑混合配制實驗樣品，平行測定6次，用t-檢驗法進行檢驗，結果見表2。

表3 模擬樣品的紅外光譜測試結果1） mol/L

當測定次數為6，在95%置信區間內，t＜2.45時方法可靠。由試驗結果可知，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

依據粗苯樣品中各組分的含量，在各物質量濃度范圍內，任意組合，用試劑配置模擬樣品。按照1.2實驗條件對模擬樣品進行紅外測試，測試結果如表3所示，其紅外光譜見圖2。

2.4.2 粗苯樣品的測定

對粗苯實樣進行抽濾（0.45μm），分別對粗苯進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量濃度的物質未能檢測到，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果1） mol/L

3 結束語

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-檢驗法也表明，此方法準確可靠。模擬樣品及粗苯樣品的測定結果令人滿意。

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[7] 王少軍，吳洪新，凌鳳香.中紅外光譜法快速測定柴油芳烴含量[J].分析科學學報，2003，19（5）：437-439.