傅里叶变换红外光谱快速测定粗苯中苯系物

王志彦， 何书美， 张 倩， 陈 曦， 董 森， 贾伟艺

（1.开滦煤化工研发中心，河北 唐山 063611；2.河北师范大学分析测试中心，河北 石家庄 050024）

0 引 言

在粗苯加氢精制工艺中，苯、甲苯或二甲苯含量的快速、准确的测量对于原料的质量控制有着至关重要的影响。目前，这些指标的测量无统一标准，多采用气相色谱法（GC），但该方法存在分析时间长等缺点。红外光谱（IR spectrum）不仅能反应被测物质的结构特征，而且具有快速检测的特性。样品不需处理，直接扫描，可提高工作效率，便携式光谱仪还可进行在线监测。红外光谱技术在石油及煤化工行业的应用主要集中于国外研究[1-3]，国内的应用正在开发中[4-5]。

闻环等[6]利用中红外光谱吸收法快速测定汽油中的苯含量。王少军等[7]介绍了中红外光谱技术定量分析柴油中芳烃含量的方法，并与传统柱色谱法进行了比较。本文对粗苯中苯、甲苯、二甲苯异构体5种组分分别进行了红外光谱定量分析。

1 实验部分

1.1 试剂及仪器

试剂：苯、甲苯、邻二甲苯，间二甲苯，对二甲苯，试剂混合样品，粗苯样品。

仪器：傅里叶变换显微-红外-拉曼光谱仪（FTIR-RamanⅡ，VERTEX 70）德国布鲁克公司。

1.2 红外光谱测试

实验条件：分辨率4 cm-1，扫描次数64，扫描范围：400～4000cm-1，0.1mm KBr定量池。

2 结果与讨论

2.1 5组分定量谱带的选择

不同的结构具有不同的红外光谱图，在红外光谱中，邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯具有不同的特征峰，能较好的区别它们的结构。做为定量峰需要在5组分中不受干扰，有较好的独立性。图1为苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯在700～2000cm-1的红外光谱图，分别选取 797，877，986，1082，1962cm-1为定量峰，它们彼此无干扰、独立性较好。1962cm-1是来自苯上氢的面外弯曲振动的倍频；986，1 082 cm-1是分别来自甲苯和邻二甲苯环上C-H的面内弯曲振动；797，877cm-1是来自间二甲苯和对二甲苯环上C-H的面外弯曲振动。

图1 苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯的红外光谱图

2.2 五组分的工作曲线

苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯各组分特征峰的强度随物质量浓度的增加而增强，以峰强度和物质量浓度建立标准工作曲线。模拟煤化工产品粗苯中各组分的物质量浓度分布，在苯5.0～9.0mol/L（45%～70%）、甲苯 1.0～3.0 mol/L（15%～30%）、混合二甲苯0.1～0.6mol/L（10%以下）适宜范围，以试剂为标准建立线性方程，各组分的线性方程如表1所示。

表1 苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯的线性方程

表2 红外光谱方法的准确度检验（t-检验法）1） mol/L

图2 模拟样品与实样的红外光谱图

由各线性方程的相关系数r可知，苯、甲苯及混合二甲苯在所测得范围内呈良好线性，可进行红外光谱定量分析，间二甲苯、对二甲苯检测下限低于0.1mol/L。

2.3 方法准确度的检验（t-检验法）

用苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯试剂混合配制实验样品，平行测定6次，用t-检验法进行检验，结果见表2。

表3 模拟样品的红外光谱测试结果1） mol/L

当测定次数为6，在95%置信区间内，t＜2.45时方法可靠。由试验结果可知，5组分的 t值均≤t0.95（2.45），因此，红外光谱法能满足准确测定的需求。

2.4 样品的测定

2.4.1 模拟样品的测定

依据粗苯样品中各组分的含量，在各物质量浓度范围内，任意组合，用试剂配置模拟样品。按照1.2实验条件对模拟样品进行红外测试，测试结果如表3所示，其红外光谱见图2。

2.4.2 粗苯样品的测定

对粗苯实样进行抽滤（0.45μm），分别对粗苯进行红外光谱和气相色谱测试。红外光谱如图2所示，气相色谱如图3所示。测定结果见表4，方法误差Δs＜0.2mol/L。

与气相色谱法相比，红外光谱法快速，无需处理样品，但灵敏度低，检测下限较高，表4表明，红外光谱法对低物质量浓度的物质未能检测到，而作为快速检测粗苯原料的方法，还是能满足要求的。

图3 模拟样品与实样的气相色谱图

表4 粗苯样品的红外光谱与气相色谱测试结果1） mol/L

3 结束语

红外光谱法检测苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯，具有较好的线性，t-检验法也表明，此方法准确可靠。模拟样品及粗苯样品的测定结果令人满意。

[1] Vianney O S， Flavia C C， Daniella G L， et al.A comparative study of diesel analysis by FTIR，FTNIR and FT-Raman spectroscopy using PLS and artificial neural network analysis[J].Analyticae chimica Acta，2005（547）：188-196.

[2] Flavia C C，Christian R R， Hugo F R，et al.Adulteration of diesel/biodiese blendsby vegetable oilas determined by Fouriertransform （FT） nearinfrared spectrometry and FT-Raman spectroscopy[J].Analytica Chimica Acta，2007（587）：194-199.

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[4] 刘亚儒，赵霞，陈蕊.红外吸收光谱法测量石油产品酸度（值）[J].甘肃科技，2005，21（1）：108-110.

[5] 范明明，毛炜陶，杨静，等.脂肪酸甲酯(生物柴油)的定性/定量分析方法[J].化工进展，2012，31（6）：1373-1378.

[6] 闻环，钟少芳，胡江涌，等.中红外光谱吸收法快速测定汽油中的苯含[J].光谱实验室，2008，25（4）：621-624.

[7] 王少军，吴洪新，凌凤香.中红外光谱法快速测定柴油芳烃含量[J].分析科学学报，2003，19（5）：437-439.