便携式拉曼光谱仪测定环氧丙烷含量的研究

张忠兰

滨化集团股份有限公司 山东滨州 256600

环氧丙烷是一种常见的化学品，主要用于制备化学产品（例如聚醚多元醇和丙二醇），并经常用于气体净化（例如去除二氧化碳）中。但是，环氧丙烷是易燃的，液态的环氧丙烷会对人体的皮肤以及角膜造成一定程度的损伤，在高浓度的环氧丙烷蒸气中会导致眼睛和中枢神经系统症状，其中少数还会有毒性肠麻痹、胃肠道出血以及对心脏、肝脏和肾脏的损害。

1 试验方法

（1）测试设备和试剂。实验中使用手持式的拉曼光谱仪，拉曼光谱仪是BWS495T。BWSpec4.11为数据的采集软件；CAS75-56-9环氧丙烷是色谱纯，体积分数≥99.0%；蒸馏水[1]。

（2）设置设备参数。使得波长能够达到785nm；15秒的积分时间，积分一次，激光透射率为90%，光谱分辨率为9cm-1，保证在175cm-1至3200cm-1的光谱范围之内。

（3）拉曼光谱分析。将99%体积的环氧丙烷添加至拉曼试剂瓶中，并使用移液管将蒸馏水精确地抽至4毫升的体积，并制备环氧丙烷溶液10%，并使用手持式拉曼光谱仪在扫描解决方案。

（4）工作曲线的标准图。向6个拉曼试剂瓶中的每一个试剂瓶中添加99%的环氧丙烷，以制备0.75%、3%、5%、7%、9%和10%的环氧丙烷溶液，通过移液枪将蒸馏水进行吸取，摇匀以备后用。

2 试验结果与讨论

2.1 环氧丙烷的拉曼光谱

拉曼光谱中环氧丙烷体积分数为10%。环氧丙烷具有5个特征拉曼带，即733cm-1、830cm-1、901cm-1、952cm-1和1272cm-1。通过“有机化合物的特征频率和识别”，并考虑到氧杂原子和杂环会导致相邻基团的特征频率发生偏移，分析环氧丙烷能带归属数据，CH2振动时在733cm-1处的谱带。C-O醚酯对应于830cm-1处的范围，901cm-1处的谱带对应于C-O-C对称的振动伸长率，而952cm-1处的谱带对应于支链C-C的骨架振动。1272cm-1是拉曼光谱中的强峰，其位置很好地证明了环的大小。通过特征谱带分析，对是否有环氧丙烷可以根据拉曼光谱特征谱带，可以根据定性检测进行判断[2]。

2.2 标准工作曲线

因为环氧丙烷溶液有5个特征带在拉曼光谱上显示，因此，通过实验分析，当环氧丙烷的体积分数小于0.75%时，在拉曼光谱上不能清晰的对所有5个特征带进行区分，因此将其设为0.75%。在最低检测限下，考虑到体积分数梯度的设计，最终发现检测范围为0.75%～10%，上下检测限之间的差异不应太大。体积分数为0.75%、3%、5%、7%、9%和10%的环氧丙烷溶液的拉曼光谱，见图1[3]。

图1 不同体积分数的环氧丙烷溶液的拉曼光谱

从图1可以看出，环氧丙烷的体积分数越高，相对强度就越高。对于不同体积分数的环氧丙烷溶液的测量，可以通过激光拉曼光谱法进行完成，并利用x轴将环氧丙烷溶液的体积分数进行绘制，在y轴上绘制相对强度以获得工作曲线。通过几个实验的比较，最终选择了具有最佳线性比、稳定性和可重复性的901cm-1谱带。通过几个数据集的拟合，当环氧丙烷溶液的体积分数在0.75%至10%之间时，相关系数为0.9930，并且在特征带为901cm-1的环氧丙烷拉曼光谱绘制工作曲线，见图2[4]。

图2 环氧丙烷拉曼光谱特征谱带901cm-1处工作曲线

2.3 试验结果的验证

配置体积分数为6%的环氧丙烷溶液两份，在901cm-1的激光拉曼光谱仪上对激光带强度进行测量，并将其替换为工作曲线，对理论激光强度的偏差率进行测量。测量拉曼光谱的相对精度强度的测量值21142.70和20595.11，相对强度的理论值分别为20891.60和20891.60，两次测量的偏差率分别为1.20%和-1.42%。配置2瓶4%环氧丙烷，添加0.1162g环氧丙烷，并通过拉曼光谱仪检测峰强度，环氧丙烷回收的质量为0.1082g和0.1155g，对应的回收率都为93.19%。通过验证，两次测量的结果分别为93.19%和99.42%，可以证实该方法的高精度。

3 结语

简而言之，该方法不仅精度高、准确度高，线性比好、重复性高，具有设备方便携带、操作简便、无需预处理、检测速度快的优势。对现场的环氧丙烷的快速定性和定量检测非常的适用，可扩展到更多的化学领域，有助于快速消除化学品引起的各种事故，为化学品安全提供了重要保证。