便攜式拉曼光譜儀測定環氧丙烷含量的研究

張忠蘭

濱化集團股份有限公司 山東濱州 256600

環氧丙烷是一種常見的化學品，主要用于制備化學產品（例如聚醚多元醇和丙二醇），并經常用于氣體凈化（例如去除二氧化碳）中。但是，環氧丙烷是易燃的，液態的環氧丙烷會對人體的皮膚以及角膜造成一定程度的損傷，在高濃度的環氧丙烷蒸氣中會導致眼睛和中樞神經系統癥狀，其中少數還會有毒性腸麻痹、胃腸道出血以及對心臟、肝臟和腎臟的損害。

1 試驗方法

（1）測試設備和試劑。實驗中使用手持式的拉曼光譜儀，拉曼光譜儀是BWS495T。BWSpec4.11為數據的采集軟件；CAS75-56-9環氧丙烷是色譜純，體積分數≥99.0%；蒸餾水[1]。

（2）設置設備參數。使得波長能夠達到785nm；15秒的積分時間，積分一次，激光透射率為90%，光譜分辨率為9cm-1，保證在175cm-1至3200cm-1的光譜范圍之內。

（3）拉曼光譜分析。將99%體積的環氧丙烷添加至拉曼試劑瓶中，并使用移液管將蒸餾水精確地抽至4毫升的體積，并制備環氧丙烷溶液10%，并使用手持式拉曼光譜儀在掃描解決方案。

（4）工作曲線的標準圖。向6個拉曼試劑瓶中的每一個試劑瓶中添加99%的環氧丙烷，以制備0.75%、3%、5%、7%、9%和10%的環氧丙烷溶液，通過移液槍將蒸餾水進行吸取，搖勻以備后用。

2 試驗結果與討論

2.1 環氧丙烷的拉曼光譜

拉曼光譜中環氧丙烷體積分數為10%。環氧丙烷具有5個特征拉曼帶，即733cm-1、830cm-1、901cm-1、952cm-1和1272cm-1。通過“有機化合物的特征頻率和識別”，并考慮到氧雜原子和雜環會導致相鄰基團的特征頻率發生偏移，分析環氧丙烷能帶歸屬數據，CH2振動時在733cm-1處的譜帶。C-O醚酯對應于830cm-1處的范圍，901cm-1處的譜帶對應于C-O-C對稱的振動伸長率，而952cm-1處的譜帶對應于支鏈C-C的骨架振動。1272cm-1是拉曼光譜中的強峰，其位置很好地證明了環的大小。通過特征譜帶分析，對是否有環氧丙烷可以根據拉曼光譜特征譜帶，可以根據定性檢測進行判斷[2]。

2.2 標準工作曲線

因為環氧丙烷溶液有5個特征帶在拉曼光譜上顯示，因此，通過實驗分析，當環氧丙烷的體積分數小于0.75%時，在拉曼光譜上不能清晰的對所有5個特征帶進行區分，因此將其設為0.75%。在最低檢測限下，考慮到體積分數梯度的設計，最終發現檢測范圍為0.75%～10%，上下檢測限之間的差異不應太大。體積分數為0.75%、3%、5%、7%、9%和10%的環氧丙烷溶液的拉曼光譜，見圖1[3]。

圖1 不同體積分數的環氧丙烷溶液的拉曼光譜

從圖1可以看出，環氧丙烷的體積分數越高，相對強度就越高。對于不同體積分數的環氧丙烷溶液的測量，可以通過激光拉曼光譜法進行完成，并利用x軸將環氧丙烷溶液的體積分數進行繪制，在y軸上繪制相對強度以獲得工作曲線。通過幾個實驗的比較，最終選擇了具有最佳線性比、穩定性和可重復性的901cm-1譜帶。通過幾個數據集的擬合，當環氧丙烷溶液的體積分數在0.75%至10%之間時，相關系數為0.9930，并且在特征帶為901cm-1的環氧丙烷拉曼光譜繪制工作曲線，見圖2[4]。

圖2 環氧丙烷拉曼光譜特征譜帶901cm-1處工作曲線

2.3 試驗結果的驗證

配置體積分數為6%的環氧丙烷溶液兩份，在901cm-1的激光拉曼光譜儀上對激光帶強度進行測量，并將其替換為工作曲線，對理論激光強度的偏差率進行測量。測量拉曼光譜的相對精度強度的測量值21142.70和20595.11，相對強度的理論值分別為20891.60和20891.60，兩次測量的偏差率分別為1.20%和-1.42%。配置2瓶4%環氧丙烷，添加0.1162g環氧丙烷，并通過拉曼光譜儀檢測峰強度，環氧丙烷回收的質量為0.1082g和0.1155g，對應的回收率都為93.19%。通過驗證，兩次測量的結果分別為93.19%和99.42%，可以證實該方法的高精度。

3 結語

簡而言之，該方法不僅精度高、準確度高，線性比好、重復性高，具有設備方便攜帶、操作簡便、無需預處理、檢測速度快的優勢。對現場的環氧丙烷的快速定性和定量檢測非常的適用，可擴展到更多的化學領域，有助于快速消除化學品引起的各種事故，為化學品安全提供了重要保證。