一種未知阻焊劑的成分分析

(北京市理化分析測試中心，有機(jī)材料檢測技術(shù)與質(zhì)量評價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京市科學(xué)技術(shù)研究院分析測試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京， 100089)

超塑成形/擴(kuò)散連接(Superplastic Forming/Diffusion Bonding, SPF/DB)工藝是一種先進(jìn)的塑性加工新技術(shù)，在一些傳統(tǒng)方法難以成型或者形狀復(fù)雜的薄壁構(gòu)件的生產(chǎn)中起到了不可替代的作用。與傳統(tǒng)制造工藝相比，采用SPF/PD工藝制造各種零部件可以顯著降低結(jié)構(gòu)重量，生產(chǎn)成本，零件數(shù)量，并且整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自由度大、成形精確、無殘余應(yīng)力。超塑成形/擴(kuò)散連接構(gòu)件采用氣體加壓擴(kuò)散連接，對非擴(kuò)散連接區(qū)也同時(shí)施加了擴(kuò)散壓力，為防止這些非擴(kuò)散區(qū)域被擴(kuò)散連接上，必須在非擴(kuò)散區(qū)涂上起隔離和潤滑作用的阻焊劑[1-4]。本實(shí)驗(yàn)綜合利用傅里葉變換紅外光譜儀、掃描電子顯微鏡X-射線能譜儀、X-射線粉末衍射儀、熱裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對一種白色粘稠狀未知阻焊劑的化學(xué)成分進(jìn)行測試，通過對測試結(jié)果的綜合分析，確定出該阻焊劑的組成及配比。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及試劑

PerkinElmer spectrum 400 傅立葉變換紅外光譜儀(美國Perkin Elmer)；Hitachi S4800冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡/EMAX-350能譜儀(日本Hitachi)；D8 advance X-射線粉末衍射儀(德國Bruker)；Shimadzu EGA/PY-3030D-GCMS-QP2010ultra熱裂解/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀：日本Shimadzu；熱裂解進(jìn)樣器：日本Frontier)。

丙酮，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑北京有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

紅外光譜儀：ATR模式，掃描波長650nm～4000nm，分辨率4cm-1，掃描次數(shù)32；

能譜儀：加速電壓5kV；

X-射線粉末衍射儀：掃描范圍3～90゜，掃描速度4゜/min；

熱裂解采樣：將約1mg樣品裝入裂解儀，分別在250℃和600℃熱裂解10s，熱裂解氛圍為真空，一次進(jìn)樣；

色譜條件：GC/MS條件 HP-5MS石英毛細(xì)管柱(30m×0.25mm×0.25μm)；進(jìn)樣口溫度280℃；載氣：高純氦氣；載氣流速：1mL/min(恒流)；進(jìn)樣模式：分流(10:1)；升溫程序：35℃保持3min，保持5min，20℃/min升至280度，保持5min；GC/MS接口溫度280℃；質(zhì)譜采集范圍m/z 33～800；EI離子源電離能量，溫度230℃。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

樣品處理示意圖如圖1所示。

圖1 樣品處理示意圖

1.3.1 定性分析

樣品搖勻后首先進(jìn)行紅外光譜(FTIR)掃描，并分別在低溫(250℃)和高溫(600℃)下進(jìn)行熱裂解/氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(PY-GCMS)分析；然后樣品經(jīng)過5次丙酮洗滌離心得白色沉淀物，對沉淀物烘干得白色粉末狀固體，將白色粉末狀固體進(jìn)行掃描電子顯微鏡X-射線能譜(EDX)和X-射線粉末衍射(XRD)分析。

1.3.2 定量分析

準(zhǔn)確稱量100g樣品，樣品用丙酮洗滌離心，重復(fù)5次。將洗滌后白色沉淀放入105℃恒溫烘箱中烘干24小時(shí)。取出，蓋好，快速移入干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱重。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品中有機(jī)組分結(jié)構(gòu)的確定

樣品紅外光譜結(jié)果見圖2。紅外譜圖在2983、2937、2881、2817cm-1處的譜帶屬于甲基(-CH3)和亞甲基(-CH2-)的伸縮振動，1734cm-1處的譜帶屬于羰基(C=O)的伸縮振動，1369cm-1處的譜帶屬于甲基(-CH3)的彎曲振動，1237cm-1處的譜帶屬于O-C=O中C-O的伸縮振動，1112cm-1處的譜帶屬于HC-O中C-O伸縮振動，結(jié)合1017、965、806cm-1處的吸收特征推測樣品中含有醋酸酯類物質(zhì)。

圖2 樣品紅外光譜圖

樣品250℃裂解的總離子流色譜圖及裂解峰的質(zhì)譜結(jié)果如圖3所示。對譜峰的質(zhì)譜圖進(jìn)行檢索，與圖庫中丙二醇單甲醚醋酸酯標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖(圖4)匹配度為97%，其特征離子有m/z45，58,，72，87，分子離子峰為m/z117，可以確定樣品中含有丙二醇單甲醚醋酸酯。樣品600℃裂解的總離子流色譜圖中無明顯色譜峰，說明樣品中不含其它高分子有機(jī)成分。

圖3 樣品250℃裂解的總離子流色譜圖及裂解峰質(zhì)譜圖

圖4 丙二醇單甲醚醋酸酯標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖

2.2 樣品中無機(jī)組分結(jié)構(gòu)的確定

白色粉末掃描電子顯微鏡X-射線能譜分析結(jié)果如圖5所示，可見白色粉末中主要含有氮和硼兩種元素，少量氧和硅元素懷疑為雜質(zhì)。

圖5 白色粉末掃描電鏡X-射線能譜譜圖

白色粉末紅外光譜分析結(jié)果如圖6所示，主要在785和1343cm-1處出現(xiàn)兩個(gè)強(qiáng)的特征吸收峰。

圖6 白色粉末紅外光譜譜圖

X-射線粉末衍射結(jié)果如圖7所示，主要在28?出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)的衍射峰。

圖7 白色粉末的X-射線衍射譜圖

結(jié)合紅外光譜和X-射線粉末衍射結(jié)果據(jù)通過與文獻(xiàn)比對，得出該白色粉末狀物質(zhì)為主要為三方相氮化硼(r-BN)。三方相氮化硼晶胞參數(shù)a=2.504?，c=10.03?，1343cm-1處的吸收峰對應(yīng)B-N伸縮振動，785cm-1處的峰對應(yīng)B-N彎曲振動，另外紅外光譜上1109cm-1處的吸收峰可能屬于正交相氮化硼。

如上所述，掃描電子顯微鏡X-射線能譜分析、紅外光譜分析和X-射線粉末衍射分析結(jié)果相吻合，共同確定了白色粉末物質(zhì)為氮化硼(BN)。

2.3 定量分析

準(zhǔn)確稱量100g樣品，樣品用丙酮洗滌離心，重復(fù)5次。將洗滌后白色沉淀放入105℃恒溫烘箱中烘干24小時(shí)。取出，蓋好，快速移入干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱重。進(jìn)行兩次平行測定，得平均固含量約為27g。由此計(jì)算出樣品中各種分含量：丙二醇單甲醚醋酸酯約占73%，氮化硼約占27%。

3 結(jié)論

通過結(jié)合紅外光譜分析、熱裂解/氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用分析、掃描電子顯微鏡X-射線能譜分析和X-射線粉末衍射分析方法對一種未知成分止焊劑進(jìn)行分析測試，根據(jù)測試結(jié)果，分析出該產(chǎn)品中所含有的各種成分及含量。該結(jié)果不僅解析了該產(chǎn)品的配方，對了解和掌握該種產(chǎn)品的性能，以及與同類產(chǎn)品進(jìn)行比較提供了可靠的資料。本實(shí)例進(jìn)一步證明，通過利用現(xiàn)代大型分析儀器綜合分析方法，可以有效地對未知成分樣品進(jìn)行剖析。

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