红外光谱仪在定量分析中的应用

点击次数:417  更新时间2020-09-11  【关闭

      红外光谱仪用红外光谱法进行药物分析时具有多样性,可根据被测物质的性质灵活应用,而且无论是固态、液态或是气体,红外光谱法都可利用自身的技术进行分析,因此拓宽了红外光谱仪的定量分析。同时,红外光谱法不需要对样品进行繁琐的前处理过程,对样品可达到无损伤、非破坏,也大大的突出了它较其他定量方法的优越性。另外,红外光谱中的特征光谱较多,可供选择的吸收峰多,所以能方便对单一组分或是混合物进行分析。目前,随着红外自身技术和化学计量的发展,红外的定量分析方法越来越多, 包括峰高法、峰面积法、谱带比值法、内标法、因子分析法、漫反射光谱法、导数光谱法、小二乘法、偏小二乘法、人工神经网络等。基于这些优点,红外光谱法在许多领域得到广泛应用,该文主要概述了近几年来红外光谱法气体、共聚物中定量分析的应用进展。
     
      1 红外光谱法在气体定量分析中的应用
     
      由于气体在中红外波段(4000~400cm -1)内有明显的吸收,且分析手段不需要采样、分离,因此中红外光谱法[1]对检测气体,尤其是多组分混合气体来说是一种简便、易行的测量方法。如周泽义[2],郭世菊等[3]采用红外光谱技术确定了苯系物(包括甲苯、二甲苯、苯乙烯、硝基苯)中各组分的特征红外波长,采用美国热电子O M N IC Q uantPad 分析软件建立了低浓度(0~0.5×10-6)苯系物的定量分析方法和校准曲线数据库。
     
      通过粒子群优化技术及BP 神经网络技术相结合,建立三种烃烷(甲烷、乙烷、丙烷)混合气体的红外光谱定量分析模型。该法比单纯采用BP 神经网络进行遍历优化建模所用时间降低5倍以上,模型预测精度水平相当。朱军等[5]通过红外光谱仪测量CO 和CO 2 的红外透过率光谱,采用非线性小二乘拟合算法对测量光谱进行拟合,得出待测气体的浓度。结果表明CO 测量的相对误差小于5% ,CO 2 的测量分析相对误差小于1% 。
     
      针对5 种 (甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷)主次吸收峰严重交叠的红外混合气体定量分析问题,提出一种基于高阶累积量的特征提取方法,该方法将重叠的吸收谱线映 射到彼此相互分开的四阶累积量谱空间,利用提取的特征向量,提出一种基于正则化统计学习理论的支持向量机的多维数据建模,在小样本下有效地提高了模型的精 度和迭代的收敛速度,该法使系统的引用误差小于4% 。
     
      运用近红外光谱技术对多成分挥发性进行连续的在线检测,分析了三种挥发性有机物- 丙烷、丙烯和甲苯的近红外光谱特征和丙烯浓度与吸光度的线性关系,采用线性回归建模方法—偏小二乘法进行建模分析,预测验证集样品中三种气体的含量,并对模型进行评价。
     
      2 红外光谱法在共聚物定量分析中的应用
     
      共聚物由于不溶于水,定量分析方法非常有限,红外光谱分析可以用溴化钾压片制样,故不受此限制。如邵琼芳等[8]用红外内标法测定了甲基含氢硅油- 丙交酯交联共聚物中两组份的含量。隋丽丽等[9]采用红外光谱法对聚丙烯/丙烯腈接枝共聚物中丙烯腈进行定量分析,选择硫氰酸钾为内标物,以朗伯- 比尔定律为理论依据测定高聚物中丙烯腈含量,相对标准误差为1.53% ,回收率为96.13% ~101.96% 。
     
      建立红外光谱法快速测定乙丙共聚物中乙烯含量的标准工作曲线,测定样品的大相对误差为2.82% ,重复测定同一样片的相对标准偏差为0.48% ,方法的准确性和和精密度良好。
     
      以烷基酚聚氧乙烯醚(O P-10)和含氢硅油为原料,辛酸亚锡为催化剂,甲苯为溶剂,采用溶液聚合的方法合成了一种新型聚醚硅油。并用红外光谱法对合成样品中残留的含氢硅油进行定量分析,得到内标工作曲线为Y =2.072X +0.2963,相关系数为0.9989。
     
      建立密封池红外光谱法测定聚氨酯预聚体中基含量的方法,考察了溶剂和静止时间的影响。并绘制了以M D I、TD I和IPD I作标准物和分析纯甲苯作溶剂时的标准曲线。线性范围依次分别为0~11m g/m l、0~7m g/m l和0~12m g/m l,相关系数分别为0.9991、0.9996、0.9997。
     
      以苯丙氨酸和乳酸为原料经合成、聚合得到了PM d 均聚物、丙交酯均聚物及聚(乳酸-苯丙氨酸)共聚物,并建立了利用红外光谱法测定聚乳酸- 苯丙氨酸)共聚物含量的方法,标准曲线为y=0.5567x+0.1091,r=0.9993。相对误差在2% 以内。
     
      以柠檬酸、乙酸酐、壬基酚聚氧乙烯醚和二乙醇胺为原料,得到一种新型添加剂柠檬酸壬基酚聚氧乙烯醚单酯二乙醇酰胺,并采用红外光谱法对合成样品中酰胺进行定量分析,以硫氰酸钾为内标物,得内标工作曲线为A =0.0076m +0.3256,相关系数为0.9997,并得到较为满意的方法重现性和回收率。
     
      通过傅克酰基化反应得到乙酰化聚苯乙烯型载体,采用红外光谱对反应前后物质进行表征,由产物特征峰吸光值换算对聚苯乙烯微球取代度进行定量,与传统增重率得出结论误差小为0.12% ,具有很好定量效果且简易可行。
     
      综上所述,红外光谱法具有不破坏式样、用量少、操作简便不需特殊前处理、速度快、不消耗有机溶剂、适应性广等优点。已在气体、共聚物及其他各领域得到广泛的应用,相信随着化学计量学等技术的提高,红外光谱法的定量分析将在更多的学科领域中发挥重要的作用。
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