近紅外光譜法定量
測定多元醇中羥基值和濁點
近紅外應用
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簡介
多元醇見圖1是用于生產各種最終用途的聚合物和塑料的基本組成部分。例如，我們日常使用的聚氨酯產品就是用多元醇來制造的。多元醇是從多功能醇或胺開始，通常與環氧乙烷(EO)或環氧丙烷(PO)反應制成的。
▲ 圖1. 多元醇
真正的多元醇是復雜的，具有混合和不同的鏈長和末端。羥基值(OH值)是有機化合物質量的快速評價指標。它是可用于反應的活性羥基數量的量度，并提供有關鏈長分布和范圍的信息。羥值既是衡量多元醇分子量及質量的主要參數之一，又是聚氨酯制品生產廠家在配方設計時決定各原料投用量的重要參考依據。 因此羥值測定的準確性非常重要。目前，檢測羥值的方法主要有化學分析法和儀器分析法。
化學分析法中常用的是滴定法，基于滴加試劑與被測溶液中物質的反應，利用滴加滴定試劑的量來推測被測物質的濃度。該方法中使用吡啶作為溶劑，吡啶易揮發且有惡臭氣味，被世界衛生組織國際癌癥研究機構列入2B 類致癌物清單，對實驗人員的身體健康有一定的危害，且該方法反應時間較長（ 需回流加熱 1h），操作復雜，分析時間較長，測試效率低，測試準確性受人為因素影響較大。
儀器分析法主要有核磁共振法和近紅外光譜法。核磁共振法操作簡單，測試快速且準確度較高。但是該方法所需要的設施昂貴，且實驗室環境要求高，在企業中并未得到廣泛推廣。
近紅外光譜法是近紅外光源照射下分子發生能級躍遷時產生的，記錄的是分子中單個化學鍵的基頻振動的倍頻和合頻信息，受含氫基團 X-H（X 為C，N，O）的倍頻和合頻的重疊主導，其光譜信息與樣品的結構和成分組成相關。 多元醇在近紅外光譜區的吸收主要包括 C-H、N-H，O-H 個含氫基團基頻振動的合頻和倍頻振動吸收，通過這些含氫基團分子振動從基態到高能級躍遷的過程中記錄的羥基的合頻和倍頻吸收信息，從而進行羥值的定量分析。 該方法在測試過程中無需對樣品進行稀釋、分散處理，因其操作簡單、檢測快速、綠色安全的特點而被廣泛應用。
濁點是當混合物從足夠高的溫度緩慢冷卻以使混合物成為單相時，多元醇混合物中形成薄霧或云狀的溫度。濁點隨著多元醇分子量的增加而減小，隨著 EO 的加入而增大。這一分析被用來衡量多元醇的水溶性、表面活性劑性質和反應性。濁點控制反應系統中多元醇的相行為，這種行為對最終產品質量有極其重要的影響。由于多元醇在水中具有反溶解度，較高的濁點表明這些重要性能屬性的增加。
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應用設備及附件
本文重點介紹步琦近紅外光譜 N-500 用于快速測定多元醇的 OH 值和濁點。它可以應用于：最終產品或來料的檢測和過程的監控支持。使用的儀器介紹如下：N-500 是市面上第一臺商業化偏振干涉儀的傅里葉變換近紅外光譜儀。
▲步琦近紅外光譜儀 N-500
多至 6 通道同時檢測
0.5, 1, 2, 4, 5,8, 10mm 的比色皿
控溫，室溫至 65 度
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實驗
儀器配置：液體樣品 NIRFlex Liquids，配備樣品腔用于液體透射分析，可控溫（室溫~65℃），可自動切換背景測量通道，同時容納 6 個比色皿。
測量參數：波長：4500-10000；分辨率：8cm-1；溫度設定 60°C，掃描次數：液體樣品 64 次。
測量要求：多元醇樣品裝入比色皿 8mm 后測量，每個樣品測量三次光譜，每條光譜采集前都進行相同的混勻、取樣。
測量多元醇的樣品光譜譜圖：如圖2
▲圖2. 測量多元醇的樣品光譜譜圖
從光譜本身來看，樣品的信號加強，反射率在 0.3 以上可以滿足近紅外分析。
模型參數如下表：
從表中可以看出：模型的相關系數均大于 0.99，樣品羥值和濁點的準確度較高，符合國家標準《塑料 聚氨酯生產用多元醇近紅外光譜法測定羥值》的誤差要求，分析方法重復性較好，可以用于實驗室日常檢測。
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結論
結果表明，近紅外光譜技術可以成功地監測 OH 值和濁點，并具有良好的精度。該技術不需要樣品制備用于測定 OH 值的標準濕化學方法可以被更快，更便宜和更簡單的近紅外分析所取代，以更快的批 QA 審核通過。近紅外法具有分析效率高、制樣簡單、環保等優勢，測試成本低，被實驗室和企業廣泛應用。
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