ГОСТ Р 57941-2017 Композиты полимерные. Инфракрасная спектроскопия. Качественный анализ

     7 Анализ других видов материалов

7.1 Анализ жидкостей

7.1.1 Кюветы фиксированной толщины

Разнообразные жидкие образцы низкой или средней вязкости могут вводиться в герметичные кюветы фиксированной толщины. Коммерчески доступны кюветы из различных материалов различной толщины (обычно от 0,01 до 0,20 мм). Рассмотрение материалов кювет и рекомендации по выбору толщины даны в 4.2.

7.1.2 Жидкие пленки

Некоторые жидкости обладают слишком высокой вязкостью для введения в кювету. Для изучения вязких жидкостей одну или несколько капель размещают в центре плоского стекла. Другое плоское стекло помещают сверху жидкости. Прикладывают давление, чтобы сформировать однородную тонкую пленку без пузырьков размерами, превышающими диаметр светового луча. Толщина пленки зависит от прилагаемого давления и вязкости жидкости. Пленка, подготовленная таким образом, имеет толщину приблизительно 0,01 мм. Летучие и высокоподвижные жидкости могут быть потеряны при подготовке пленки таким образом. В случае, когда для получения качественного спектра требуется большая толщина, могут использоваться сменные прокладки.

7.1.3 Спектроскопия нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО)

Вязкие материалы можно наносить на одну или обе стороны элемента нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО).

7.1.4 Одноразовые карточки

Одноразовые карточки могут быть использованы для получения спектров нелетучих жидкостей. Наносят очень маленькую каплю жидкости, обычно менее 10 мм, рядом с краем зоны нанесения образца. Если образец не растекается по поверхности подложки, его можно распределить подходящим инструментом. Пробу наносят тонким слоем, полностью покрывающим достаточно большую площадь, чтобы весь пучок излучения проходил через пробу. Следует обратить внимание, что при этом будут потеряны любые летучие компоненты смеси, из-за чего использование одноразовых карточек для таких систем может быть неудачным выбором.

7.1.5 Методы с использованием растворов

7.1.5.1 Анализ материалов, растворимых в ИК-прозрачном растворителе: метод комбинации растворителей

Многие твердые и жидкие пробы растворимы в растворителях, которые прозрачны в определенных частях инфракрасной области спектра. Перечень растворителей, обычно используемых при получении спектров растворов, приведен в таблице 4. Выбор растворителей зависит от нескольких факторов. Изучаемые образцы должны иметь достаточную растворимость, они не должны взаимодействовать с растворителем, а растворитель должен иметь окна прозрачности в таких областях, чтобы получить качественные спектры. Часто можно подобрать сочетание растворителей и материалов окон, позволяющее получить ряд качественных спектров растворов во всей ИК-области спектра. В одном варианте метода комбинации растворителей в качестве растворителей используют тетрахлорид углерода () и сероуглерод ().

Предупреждение - Тетрахлорид углерода и сероуглерод токсичны; их необходимо хранить в хорошо вентилируемом вытяжном шкафу. Во многих лабораториях использование этих растворителей запрещено. Кроме того, чрезвычайно легко воспламеняется; хранение допускается только вдали от источников воспламенения, даже паровой бани. Кроме того, взаимодействует (иногда бурно) с первичными и вторичными алифатическими аминами, поэтому он не должен использоваться в качестве растворителя для этих соединений. Тетрахлорид углерода взаимодействует с металлическим алюминием. В зависимости от условий, таких как температура и размеры частиц, реакция может быть чрезвычайно бурной.

обладает незначительным поглощением в области от 4000 до 1330 см, а - в области от 1330 до 400 см в кюветах толщиной около 0,1 мм (допускается применение других растворителей).

Таблица 4 - Распространенные ИК-прозрачные растворители

Обычно растворы готовят в диапазоне от 5% до 10% по массе или объему и встряхивают для однородности. Во избежание взаимного загрязнения с предыдущей пробой растворы переносят чистыми пипетками или шприцами, промытыми раствором и высушенными. Если спектр 10%-ного раствора содержит много полос, слишком интенсивных и широких для точного измерения частоты, можно использовать более тонкие кюветы или более разбавленный раствор.

Примечание - Перед использованием новые шприцы промывают. Предпочтение отдается изделиям из стекла. Если контейнеры, крышки, шприцы, пипетки и т.д. изготовлены из пластмассы, в качестве проверки на загрязнение необходимо использовать холостой опыт.

Спектр, полученный методом комбинации растворителей в кюветах толщиной до 1,0 мм, может быть скомпенсирован на все полосы растворителя для получения спектра самого образца. При использовании спектрометра, позволяющего хранить цифровые данные, необходимый спектр получают с помощью компьютерного вычитания сохраненных данных для растворителя из данных для раствора. Спектры и можно представить на одной и той же распечатке в области от 4000 до 400 см, либо можно отобразить отдельно область от 4000 до 1330 см для раствора в и от 1330 до 400 см для раствора в . Первый вариант предпочтителен, поскольку и на частоты, и на интенсивности полос разные растворители оказывают различное влияние (вследствие взаимодействия растворенного вещества с растворителем).

Раздельные спектры растворов допускается использовать без поправки на растворитель, однако требуется определять присутствующие полосы растворителя, если такие спектры сравнивают со спектрами, полученными как методом компенсации растворителя, так и с помощью компьютерного вычитания спектра растворителя. Могут быть использованы ИК-спектры растворов во всей области от 4000 до 400 см, однако это не рекомендуется для растворов неизвестных веществ, поскольку важные спектральные данные могут быть скрыты поглощением растворителя. При использовании кювет толщиной 0,1 мм невозможно полностью компенсировать полосы полного поглощения, например, от 1400 до 1600 см для , от 730 до 800 см для и от 790 до 725 см для .

Примечание - При компенсации таких полностью поглощающих полос возможно скрытие полос поглощения образца.

Зачастую один и тот же ИК-спектр можно зарегистрировать, используя как 1%-ные растворы в герметичных кюветах толщиной 1,0 мм, так и 10%-ные растворы в кюветах толщиной 0,1 мм. Помехи от растворителей больше в случае с кюветами толщиной 1 мм (см. таблицу 4). В случаях прочной молекулярной связи, например, межмолекулярная водородная связь между молекулами раствора, ИК-спектры, полученные при анализе 1%-ного раствора, будут отличаться от полученных при анализе 10%-ного раствора в силу различных концентраций неассоциированных молекул растворенного вещества, а также различных концентраций димерных, тримерных, тетрамерных и т.д. молекул растворенного вещества с межмолекулярными водородными связями.

Явное преимущество дает регистрация ИК-спектров в ряде стандартных условий, например, в растворах концентрацией от 5% до 10% в герметичной кювете толщиной 0,1 мм. В будущем такой метод позволит легко провести приближенный количественный анализ по образцам, для которых максимальная точность не требуется. Кроме того, для качественного анализа зарегистрированные спектры будут иметь сопоставимые интенсивности диапазонов, при условии использования идентичных концентраций и длин траекторий, а также настроек параметром измерительной аппаратуры.

Получение спектров, предназначенных для компьютерного поиска, следует проводить аккуратно. Обычно алгоритм поиска нормализует самые интенсивные полосы поглощения в спектре до произвольного уровня поглощения. По этой причине спектр раствора следует измерять с помощью такого сочетания концентрации/длины траектории, который обеспечивает величину коэффициента поглощения наиболее интенсивных полос растворенного вещества не более 1,0.

7.1.5.2 Анализ материалов, растворимых в летучих органических растворителях: использование одноразовых карточек

Многие твердые пробы растворяются в летучих органических растворителях, которые легко смачивают зону нанесения пробы ИК-прозрачного окна или одноразовой карточки. Следует использовать любые растворители, которые полностью растворяют изучаемые компоненты, являются достаточно летучими для быстрого испарения после нанесения образца, не взаимодействуют с образцом и с поверхностью, на которую наносится образец.