红外光谱与气质联用技术在异物分析中的应用

杨永兴，李勇

（工业和信息化部电子第五研究所， 广东 广州 510610）

红外光谱与气质联用技术在异物分析中的应用

杨永兴，李勇

（工业和信息化部电子第五研究所， 广东 广州 510610）

采用红外光谱和气质联用技术对某批次交通灯的灯罩内部异物来源进行了分析。分析结果表明，异物主要成分为 4， 4'-异亚丙基二苯酚 （俗称双酚 A）。 异常样品所用的灯底座 （5D 灯罩）材质和圆盘材质 （菲涅尔透镜）均为聚碳酸对苯二酚酯 （简称 PC）， 组装工艺中所使用的密封胶为脱醇型硅酮胶， 在固化过程中挥发出的醇类物质能够溶解未完全聚合的 PC 材料单体双酚 A， 同时也会加速 PC 的降解， 从而导致双酚 A 结晶异物的出现。

傅里叶变换红外光谱仪；气质联用仪；异物

0 引言

红外光谱是一种利用物质的分子对红外辐射的吸收，得到与分子结构相应的红外光谱图而用于分析分子结构的方法。红外光谱通过提供有机化合物官能团，从而解析未知有机物的化学结构，在有机结 构 分 析 中 是 常 用 的 测 试 手 段 之 一[1-2]。 气 相 色 谱是有机组分分离的有效手段，根据不同的有机组分在色谱柱上的保留时间的不同，对组分进行定性鉴定；质谱则是高灵敏度的高速扫描检测手段，非常适 宜微量 有机成 分分析[1-2]。 GC-MS 结合了 气 相 色谱和质谱两种手段的优势，在有机化合物的定性定量分析中是一种广泛使用的分析工具。

在电子电气制造领域，生产工艺流程往往比较复杂，工艺过程中使用的物料众多，加之部分企业管理上的漏洞，经常有企业反馈其产品中有不明异物出现。这不仅影响产品美观，影响产品质量，严重时甚至会导致生产停滞，给企业带来不可估计的经济损失。

1 背景介绍

某企业生产的某批次交通信号灯经存放一定的时间后发现，灯罩、菲尼尔透镜螺纹表面及灯罩内侧均出现白色异物 （如图1-3 所示）。 异物不仅影响产品的正常使用，也无法达到客户的验收标准。经了解，该企业上述产品的涉及的数量较大，同批次产品上均有不同程度的异物出现。经初步观察、试验，白色异物呈结晶状，经酒精等溶剂擦拭可以清除掉。

因涉及产品品质及企业正常生产，所以急需通过分析测试来查找、分析异物产生的来源。

图1 信号灯的整体形貌

图2 灯罩内菲涅尔透镜的螺纹面异物

图3 灯罩上及灯罩内侧的白色异物

2 实验部分

2.1 仪器和试剂

a）仪器

1）气相色谱-质谱联用仪 （GC-MS） （岛津，QP 2010PLUS）；

2）显微红外光谱分析仪 （FT-IR） （布鲁克，Tensor 27&HYPERIONTM 2000）。

b）试剂

国有企业的发展、产业结构调整，都需要资金的支持。需要其提供帮助，完成相应的运作。为了实现经济的结构调整，优化产业的结构。国有企业的一系列动作都是重点，资产重组、并购重组等。资管公司应该抓住自身优势，充分发挥自身优势。积极调整自身经营策略。以自身的专业能力给企业的并购重组提供帮助。在这个过程中，也需要处理好各方的关系，协调好国有企业、政府的角色。从大局考虑，从全局出发，帮助实现产业升级，逐步实现国有企业改革的战略目标。

正己烷 （色谱纯）， 溴化钾 （分析纯）。

2.2 样品处理方法

1）分别取适量的溴化钾粉末涂抹在灯罩内菲涅尔透镜螺纹面异物的表面、灯罩壳内侧面异物的表面，然后将粘附有异物的溴化钾粉末制成溴化钾盐片，对其进行成分分析；

2）将 706 密封胶水 （固化在灯罩上的异物）置于 FT-IR 的 ATR 镜头下， 对其进行成分分析。

3）用棉签擦拭异物，然后用正己烷提取，用GC-MS 对提取物进行定性分析。

2.3 仪器工作条件

1.3.1 GC-MS仪器条件

a）GC 分析条件

1）分 离 柱 ： ZB-5MS （ 30 m ×0.25 mm ×0.25 μm）；2）升温程序： 70 ℃ 15 ℃/min 250 ℃ 5 ℃/ min 310 ℃ （保 持 3 min）， 程 序 升 温 曲 线 见 图4；3）氦 气 压力： 120.5 kPa；4）进 样口 温 度 ：250℃；进样方式：不分流。

b）MS分析条件

1）离子源温度： 250 ℃； 2）接口温度： 260℃；3）探测器测试电压：1.2 kV； 4）获取模式：扫描模式。

图4 GC程序升温曲线

1.3.2 FT-IR 测试条件

1）分辨率：4cm-1； 2）扫描次数： 20 次；3）探测器： MCT； 4）扫描波数范围： 600～4 000 cm-1。

3 分析与讨论

通过对灯罩内菲涅尔透镜螺纹面的表面异物和灯罩壳内的侧面异物做红外光谱分析比对，两者的红外光谱图几乎重叠，得出灯罩内部上述两处异物主成分相同 （如图5-7 所示）， 通过检索仪器谱库， 得出标准物质为对乙基苯酚 （CASNo.： 123-07-9）的红外谱图与之匹配度极高 （如图 8 所示）， 由此大致可以推断灯罩壳内侧面异物的主成分为对乙基苯酚。

图5 菲涅尔透镜螺纹面的表面异物红外透射光谱图

图6 灯罩壳内侧面异物的红外透射光谱图

图7 菲涅尔透镜螺纹面的表面异物和灯罩内侧面异物的红外光谱比对图

图8 标准物质对乙基苯酚（CASNo.： 123-07-9）的红外透射光谱图

为了进一步地分析、验证异物组分，采用GC-MS 对异物萃取物、 固化胶水及液体胶水进行了分析，分析结果见图 9。 通过 GC-MS 定性检索而得出该物质的组分结构与 FT-IR 结构一致， 所以基本可以确定，异物主要成分为对乙基苯酚。

图 9 交通灯异物 GC-MS 分析结果

为了查找异物产生的来源，对该企业提供的一只未经组装的新菲涅尔透镜螺纹面的表面物质和706 密封胶水 （固化在灯罩上）进行了红外比对测试。 测试结果见图10-13， 通过比较异物红外光谱图与菲涅尔透镜螺纹表面光谱图及 706 密封胶水红外光谱图，可以看出，异物主成分与两种材料存在较大的差异，故可以排除上述两种物质是异物来源的可能性。

图10 未组装菲涅尔透镜螺纹表面物质的红外光谱图

图11 密封胶水 （固化在灯罩上）的红外光谱图

图12 灯罩壳内侧面异物和新菲涅尔透镜螺纹表面物质的红外光谱比对图

图13 灯罩壳内侧面异物和 706 密封胶水（固化在灯罩上）的红外光谱比对图

考虑到异常交通信号灯经过组装后为一密闭系统，所以可以排除外来物质引入导致沾污的可能性。通过对新菲涅尔透镜螺纹面表面物质和密封胶水与异物红外特征谱图的拟合比对，也基本排除是上述两种物质引入异物的可能性。通过供应商提供的信息，异常样品的底座材质和圆盘材质一致，均为聚碳酸对苯二酚酯 （简称 PC）， 而其他批次正常样品所用的底座材质为聚己二酸己二醇酯 （PCL），据此可以推断异物双酚A来自于底座或圆盘上的PC材质。

对苯双酚A 是PC的合成单体， 异物对苯双酚A 可能来自于 PC 材料未聚合完全的单体或是 PC材 料 本 身 的 降 解 产 物[3-5]。 且 经 了 解 ， 异 物 样 品 所用的 706 密封胶为脱醇型硅酮胶， 在胶水固化过程中，硅酮胶的组分醇类等物质会缓慢地挥发。该交通灯组装后为一密封系统，挥发的醇类等物质无法消散出去，会慢慢地与相似相溶材料聚碳酸对苯二酚酯相互作用，导致未聚合的单体对本双酚A析出或PC材料降解对苯双酚A产物析出。 受到环境存 储 温 度 的 升 高 ，这 种 反 应 会 加 剧[6]。 异 物 表 面EDS 能谱分析检测出有少量的硅 （Si）元素， 可以判断异物的形成与硅酮胶挥发有关。

4 结论与建议

通过分析，异物形成原因是由于脱醇型硅酮胶工艺使用后存留在一密闭系统内，脱醇固化的产物醇类物质无法及时挥发， 导致PC材料中未聚合的单体对本双酚A 析出或 PC材料降解生成对本双酚A结晶。

所以，鉴于以上分析，企业可以考虑更换密封胶， 使用非脱醇型密封胶， 避免与 PC材料反应；或者更换非聚碳酸对苯二酚酯 （PC）材料的底座与圆盘；或者更改产品设计，如非密封式设计，能够使挥发性的物质及时地挥发，缩短接触时间。

总之，生产工艺材料的不兼容是导致异物出现的根本原因，所以对新材料进行兼容性评估在企业生产中是必不可少的重要环节。

[1]王建波， 施卫峰， 唐恢同. 有 机化学中的 光谱方法 [M].北京： 北京大学出版社， 2001.

[2]华 中 师 范 大 学. 分 析 化 学 [M]. 北 京 ： 高 等 教 育 出 版 社 ，2001.

[3]朱志刚， 梅付名， 王庶， 等.双酚 A 型聚碳酸酯合成工艺研究进展 [J].湖北化工， 2002 （4）： 7-9.

[4]夏 明 芳 ， 刘 定 华. 聚 碳 酸 酯 合 成 技 术 进 展 [J]. 化 学 工业与工程技术， 2000 （6）： 18-20， 1.

[5]陈 启 昌 ， 石 林 ， 李 晓 光 ， 等. 聚 碳 酸 酯 合 成 技 术 综 述[J].化工科技， 2012， 20 （5）： 81-84.

[6]周 文 君 ， 杨 辉 ， 方 晨 鹏. 聚 碳 酸 酯 的 热 降 解 [J]. 化 工进展， 2007， 26 （1）： 23-28.

Application of FT-IR and GC-MS Technologies in Resource Analysis of Foreign M aterial

YANG Yong-xing， LIYong
（ CEPREI， Guangzhou 510610，China）

The foreign material in traffic signal light shield was analyzed by FT-IR and GC-MS. The analysis results showed that 4， 4'-isopropylidene two phenol （ BPA） was the main component of the foreign material.The base material of pedestal （ 5D shield）and round disk（Fresnel lens）in abnormal traffic light shield both are biphenyl A polycarbonate （Abbr.PC）.The sealant used in the process is dealcohol silicone sealant from which the alcoholswill volatilize.The volatile will dissolve biphenyl-A which is the unpolymerized monomer of PC material， and it maybe degrade the PC plastics and release the biphenyl-A crystal.

FT-IR； GC-MS； foreignmaterial

O 657.73； O 657.63

A

1672-5468 （2014）03-0030-04

10.3969/j.issn.1672-5468.2014.03.008

2013-12-27

杨永兴 （1979-）， 男， 山东临沂人， 工业和信息化部电子第五研究所可靠性分析中心工程师， 硕士， 主要从事电子信息产品质量与可靠性分析工作。