几种光谱和色谱分析方法

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1、增刊含能材料311用于炸药、高分子材料研究中的几种光谱和色谱分析方法’高晓敏，罗顺火，黄辉(中国工程物理研究院化工材料研究所，四川绵阳621900)摘要:总结了几种光谱、色谱等分析方法及其联机分析技术的特点，举例介绍了各种分析方法在炸药、高分子材料研究中的应用。关橄甸:炸药;高分子材料;光谱;色谱;分析1引言在有关炸药、高分子材料研究的分析领域，出现了一些新的分析方法，如偏最小二乘法、固相微萃取、超临界流体色谱等。而一些已为人们熟悉的分析仪器也开发出了不少新用途，如液相色谱/质谱联用、气相色谱/质谱/红外

2、光谱联用等。在此将与炸药、高分子材料相关的几种光谱和色谱分析技术及其应用做一归纳总结，以期对其更好地加以认识和利用。2谱学分析法2.1红外光谱法红外光谱分析(InfraredAbsorptionSpectroscopy,IR)具有速度快、取样微、高灵敏等优点。而且不受样品的相态(气、液、固)限制，也不受材质(无机、有机材料、高分子材料、复合材料)限制，因此使用十分广泛。除了通常的红外光谱外，还有偏振红外光谱法、内反射光谱法、以及傅里叶红外光谱法。2.1.1傅里叶变换红外光声光讲(FTIt-PAS)1979

3、年，Vidrine和Rockley分别设计出傅里叶变换红外光谱仪的光声探测器;1980年，Vidrine进一步研究了傅里叶变换红外光声光谱的应用[21。由于该新技术比一般红外光谱采样技术简单，近年来已经推广成为一种常规分析方法，应用于各种材料的直接检测和非破坏性的近表面结构分析。红外光经迈克尔逊(Michels-on)干涉仪调制后，产生一定频率的脉冲光，该光束被样品吸收时，会引起样品表面空气的振动。此振动产生的声音由微音器接收，经放大送人傅里叶变换红外光谱仪，进行傅里叶变换和反变换，得到样品的红外光声光谱

4、图。这即是FTIR-PAS仪的基本原理。FTIR-PAS仪由傅里叶变换红外光谱仪和光声探测器两部分组成，光声探测器分为三部分:光声池、微音器和前置放大器[131。文献【4]介绍了MR-PAS仪在火炸药研究领域中的应用实例，认为在未知药的红外定性工作中，对于固体样品一般采用澳化钾压片法制样。但对于未知药中某些组分不易粉碎、溶(熔)解，以及一些高散射、强吸收的样品(如含碳粉的未知药)，用常规制样和检测方法很难获得理想图谱，这种情况下可使用FTIR-PAS技术直接检测;在炸药压制过程中，为降低单质炸药机械感度、

5、改善成形性能，必须加人具有适当粘结剂和包覆性的添加剂，得到颗粒均匀的造型粉。文中采用MR-PAS技术研究了在单质炸药黑索今(RDX)颗粒上包覆高能粘结剂硝化棉(NC)这种造型粉的近表面包覆层中高能粘结剂的分布状态;另外，采用MR-PAS技术研究了叠氮硝胺DATH熄火前后的光谱特征，通过分析熄火前后样品中某些官能团的变化，研究其热分解历程和分解机理。2.1.2红外光谱数据偏最小二乘法偏最小二乘法(PIS)是一种多元回归分析方法，其方法是将独立变量(强度)矩阵X压缩成包含A个潜在变量的得分矩阵T。换言之，偏最

6、小二乘法是将矩阵X分解成载荷(川与潜在变元(t)两个矢量外积之和〔’]。偏最作者简介:高晓敏(1968-)，女，高级工程师，从事高分子材料研究。含能材料第12卷小二乘回归实际上是一种逐步回归算法，其核心是选择偏回归平方和为最小的变量子集。引人变量的条件是其偏回归平方和经检验是显著的，并将不显著变量剔除，最终得到稳健的最优预测模型(变量子集)。因此在实际中，因根据体系选择单元素逐个预测模型或多变量同时预测模型(6]。Urbanski等报道了偏最小二乘回归在测定粉末岩石样品中的Sr和Fe含量时，对数据进行处理

7、并应用PLS后，Ni/Fe涂层厚度的测定误差得以降低，显示出PLS模型的较强预测能力。但在其应用中，所用标样较多(Ni/Fe涂层厚度测定达12个)[6]。Ouellet等用偏最小二乘法(PLS)定量分析在低易损弹药(LOVA)发射药FTIR数据方面的应用〔’]。所分析的发射药组分包括高能材料(RDX、含能粘结剂、NC)、非含能粘结剂(醋丁纤维素)、增塑剂(三乙基柠檬酸乙醋);发射药配方由一种主要组分(76%的RDX，重量百分比)和四种较少的成分组成。对于这两个不同的浓度范围进行了仪器系统的校准。在1800

8、一1500cm一’频率范围内对样品采用简单的澳化钾通过率吸收池进行分析。对于标准试样和未经过任何分离纯化和真实发射样品，所建立的优化偏最小二乘法校准模型的误差在1%以.内，用该算法所建立的数学模型可用于发射药配方组分质量控制。2.2拉曼光谱拉曼光谱和红外光谱都是研究和反映分子转动和振动特征的，但红外光谱是吸收光谱，照射分子的部分人射光被吸收了，而拉曼光谱不是吸收光谱，而是散射光谱，两者产生的机理完全不同〔‘〕。拉曼光谱分析方法