一種未知阻焊劑的成分分析

(北京市理化分析測試中心，有機材料檢測技術與質量評價北京市重點實驗室，北京市科學技術研究院分析測試技術重點實驗室，北京， 100089)

超塑成形/擴散連接(Superplastic Forming/Diffusion Bonding, SPF/DB)工藝是一種先進的塑性加工新技術，在一些傳統方法難以成型或者形狀復雜的薄壁構件的生產中起到了不可替代的作用。與傳統制造工藝相比，采用SPF/PD工藝制造各種零部件可以顯著降低結構重量，生產成本，零件數量，并且整體結構設計自由度大、成形精確、無殘余應力。超塑成形/擴散連接構件采用氣體加壓擴散連接，對非擴散連接區也同時施加了擴散壓力，為防止這些非擴散區域被擴散連接上，必須在非擴散區涂上起隔離和潤滑作用的阻焊劑[1-4]。本實驗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-質譜聯用儀對一種白色粘稠狀未知阻焊劑的化學成分進行測試，通過對測試結果的綜合分析，確定出該阻焊劑的組成及配比。

1 實驗部分

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-質譜聯用儀(氣相色譜質譜聯用儀：日本Shimadzu；熱裂解進樣器：日本Frontier)。

丙酮，分析純，國藥集團化學試劑北京有限公司。

1.2 實驗條件

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，一次進樣；

色譜條件：GC/MS條件 HP-5MS石英毛細管柱(30m×0.25mm×0.25μm)；進樣口溫度280℃；載氣：高純氦氣；載氣流速：1mL/min(恒流)；進樣模式：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℃；質譜采集范圍m/z 33～800；EI離子源電離能量，溫度230℃。

1.3 實驗方法

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

樣品搖勻后首先進行紅外光譜(FTIR)掃描，并分別在低溫(250℃)和高溫(600℃)下進行熱裂解/氣相色譜質譜聯用(PY-GCMS)分析；然后樣品經過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

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

2 結果與討論

2.1 樣品中有機組分結構的確定

樣品紅外光譜結果見圖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，結合1017、965、806cm-1處的吸收特征推測樣品中含有醋酸酯類物質。

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譜結果如圖3所示。對譜峰的質譜圖進行檢索，與圖庫中丙二醇單甲醚醋酸酯標準質譜圖(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成分。

圖3 樣品250℃裂解的總離子流色譜圖及裂解峰質譜圖

圖4 丙二醇單甲醚醋酸酯標準質譜圖

2.2 樣品中無機組分結構的確定

白色粉末掃描電子顯微鏡X-射線能譜分析結果如圖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。

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果如圖6所示，主要在785和1343cm-1處出現兩個強的特征吸收峰。

圖6 白色粉末紅外光譜譜圖

X-射線粉末衍射結果如圖7所示，主要在28?出現一個強的衍射峰。

圖7 白色粉末的X-射線衍射譜圖

結合紅外光譜和X-射線粉末衍射結果據通過與文獻比對，得出該白色粉末狀物質為主要為三方相氮化硼(r-BN)。三方相氮化硼晶胞參數a=2.504?，c=10.03?，1343cm-1處的吸收峰對應B-N伸縮振動，785cm-1處的峰對應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果相吻合，共同確定了白色粉末物質為氮化硼(BN)。

2.3 定量分析

準確稱量100g樣品，樣品用丙酮洗滌離心，重復5次。將洗滌后白色沉淀放入105℃恒溫烘箱中烘干24小時。取出，蓋好，快速移入干燥器內冷卻至室溫，稱重。進行兩次平行測定，得平均固含量約為27g。由此計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 結論

通過結合紅外光譜分析、熱裂解/氣相色譜質譜聯用分析、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行分析測試，根據測試結果，分析出該產品中所含有的各種成分及含量。該結果不僅解析了該產品的配方，對了解和掌握該種產品的性能，以及與同類產品進行比較提供了可靠的資料。本實例進一步證明，通過利用現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行剖析。

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