FTIR在油漆有害成分中的應用

鄭凱

摘 要：該論文基于紅外光譜分析技術，通過傅立葉紅外光譜儀對市面上常見的劣質油漆和品牌油漆的紅外譜圖進行測定，通過對兩類油漆的紅外譜圖的比較，以及有害物質分子結構的分析，對常見油漆的有毒成分在紅外譜圖上進行定性鑒別，為油漆中有害物質的檢測提供新的手段。

關鍵詞：油漆 有害物質 傅立葉紅外光譜 特征峰

中圖分類號：D918 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（c）-0042-02

油漆廣泛用于居室裝修、家具生產等過程中。劣質油漆中含有大量的可揮發性有機化合物（簡稱VOC），其中含有的甲醛、苯類化合物以及氨、氡等物質對人體危害極大，不但有致癌作用還對生物體的遺傳物質造成一定損害并通過遺傳積累下來，對后代產生影響。現階段室內環境污染嚴重威脅和危害人體健康，而裝修污染是造成室內環境污染的主要來源。

傅里葉紅外光譜法能夠分析分子結構官能團，常用于物質的定性和定量分析，運用紅外光譜法對油漆樣品的成分進行分析檢測，可以達到快速無損地對樣品進行整體檢測，根據紅外光譜圖，結果準確，并且分析精度高[1]。

該論文采用傅立葉變換紅外光譜法（FT-IR），繪制劣質油漆與品牌油漆的樣品的紅外透過率光譜圖，通過比較，定性分析油漆樣品主要成分的官能團及特征峰，為油漆中有害物質的檢測提供新的手段和方法，提高對油漆新產品的質量監控能力。

1 實驗儀器與試劑

主要所用儀器包括北京第二光學儀器廠生產的WQF-510型傅立葉變換紅外光譜儀；杭州藍天化驗儀器廠的箱式電阻爐；天津市科器高新技術公司的壓片機；試驗反應器皿為載玻片；瑪瑙研體；劣質三無油漆樣品；某品牌家用油漆樣品；分析純溴化鉀（純度為99%）。

2 實驗方法

該論文主要采用壓片法制備樣品的紅外光譜，主要由以下幾個步驟完成。

（1）將市場上可以買到的劣質三無油漆及某品牌油漆分別均勻涂抹在載波片上放入箱式電阻爐50 ℃環境下風干6 h。

（2）取150 mg溴化鉀本底進行研磨，研磨后的粉末放入壓片模具中由壓片機進行壓片工作制成本底透明薄片。

（3）將載玻片上風干的油漆樣品刮取1 mg與150 mg溴化鉀進行充分均勻混合后，進行研磨，研磨后的粉末放入壓片模具中由壓片機進行壓片制成劣質油漆樣品透明薄片。

（4）通過傅里葉紅外光譜儀采集各個油漆樣品紅外透過率譜圖。

（5）通過多組樣品的測試，取較好的圖像進行分析，確定各樣品分子結構中存在的官能團差異，進而驗證通過紅外光譜對其進行定性檢測的方法。

3 譜圖分析

3.1 劣質油漆樣品紅外透過率譜圖分析

油漆是以聚酯、醇酸為基料，加入各種溶劑、助劑以及顏料等配制而成，其中不合格油漆中含有大量的揮發性有機化合物，如：甲醛、苯系物等，對人體危害極大。苯系物中的TDI（甲苯二異氰酸酯）若超出國家標準的0.5‰，會對人體眼角膜有強烈刺激作用，吸入人體后，會損害人體的肝、腎功能，有致癌作用。

下面是對劣質油漆樣品的紅外透過率譜圖的分析：從圖1中可以看到劣質油漆樣品在2 929 cm-1、2 359 cm-1、1 734 cm-1、1 417 cm-1、1 263 cm-1、1 099 cm-1、876 cm-1等處出現較強吸收峰，其中2 929 cm-1為—CH3烷烴反對稱伸縮振動特征吸收峰，2 359 cm-1和1 734 cm-1分別為甲醛（HCHO）的C=O對稱伸縮振動和反對稱伸縮振動特征吸收峰，以上兩峰證明劣質油漆中含有大量的甲醛。1 610～1 370 cm-1為芳環C=C骨架伸縮振動，其中在1 417 cm-1處呈強吸收，1 300～1 000 cm-1為C—O—C伸縮對稱伸縮振動特征吸收峰，并分別在1 263 cm-1，1 099 cm-1處呈現了出2個尖銳的吸收峰；以上兩峰證明劣質油漆中含有TDI（甲苯二異氰酸酯），從吸收峰強度看，其含量肯定超過國家規定的0.5‰標準。

3.2 某品牌油漆樣品紅外透過率譜圖分析

圖2是某品牌油漆樣品的紅外透過率譜圖，對比圖1與圖2，從圖中可以看出，劣質油漆樣品與品牌油漆樣品的譜圖區別主要體現在2 359 cm-1、1 734 cm-1、1 270～1 100 cm-1、1 016 cm-1處，以上諸峰分別對應于甲醛C=O的對稱伸縮振動（2 359 cm-1）和反對稱伸縮振動（1 734 cm-1）、C—O（醇，酚，羧酸，酯，酸酐）伸縮振動（1 270 ～1 100 cm-1）、TDI（甲苯二異氰酸酯）的C—O—C對稱伸縮（1 016 cm-1）的特征吸收峰。相對于劣質油漆樣品的紅外光譜圖，某品牌油漆樣品在2 359 cm-1、1 734 cm-1、1 300～1 000 cm-1等處特征吸收峰明顯變弱甚至消失。以下是具體分析。

（1）在（1 417±20） cm-1均有較強吸收峰，芳環C=C伸縮，但某品牌油漆的吸收峰沒有劣質油漆吸收峰那么尖銳清晰。說明油漆都含有較多的苯及苯系物，但品牌油漆的含量相對較少。因苯及苯系物等是油漆中不可缺少的溶劑，所以油漆中均可檢測出此部分物質的特征吸收峰。

（2）在1 734 cm-1為甲醛的C=O伸縮振動，對比劣質油漆與某品牌油漆，可明顯看出，品牌油漆樣品的紅外光譜在該處特征峰明顯減弱很多，說明品牌油漆中的甲醛濃度相對劣質油漆中的甲醛濃度小很多；符合品牌油漆與劣質工業油漆的實際差別。

（3）在1 300 ～1 000 cm-1處為TDI（甲苯二異氰酸酯）的C—O—C伸縮對稱伸縮；對比劣質油漆，品牌油漆在此處的特征峰近乎沒有，說明品牌油漆沒有或幾乎沒有添加TDI（甲苯二異氰酸酯），符合國家標準。

4 實驗結論

圖3為采用壓片法制備所得的劣質油漆樣品和品牌油漆樣品的紅外透過率光譜圖的疊加。從圖3可以看出，劣質油漆樣品與品牌油漆樣品在譜圖上的主要區別體現在幾個特征吸收峰的強度上，我們將其位置及強度特征列在表1中。

因此劣質油漆與品牌油漆的譜圖主要區別在于甲醛的C=O伸縮振動和TDI的C-O-C伸縮對稱伸縮，即1 734 cm-1、1 270～1 100 cm-1、1 016 cm-1等波數位置的吸收峰。

該文通過傅立葉紅外光譜儀對劣質油漆與品牌油漆樣品的成分的紅外透過率光譜圖進行分析比較，定性地分析了油漆中的有害成分以及兩個樣品在紅外譜圖上的差異，驗證了通過紅外光譜法對油漆成分及優劣進行定性分析方法的可行性。該研究表明該方法可用于油漆優劣的初步檢測，相對于其他方法，該方法方便快捷，樣品前期處理簡單。

參考文獻

[1] 翁詩甫.傅里葉變換紅外光譜儀[M].1版.北京：化學工業出版社，2005.

[2] 朱淮武.有機分子結構波譜解析[M].1版.北京：化學工業出版社，2005.