近红外光谱法分析ST3316原料中活性成分

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2020/08/03
宁波分析测试

私聊

近红外光谱（NIR）

近红外光谱法分析ST3316原料中活性成分

罗乃兴、蔡灵丹、张宛玉

（宁波分析测试学会）

摘要：建立近红外光谱法定量分析阻聚剂Styrex3316活性成分的含量，用于阻聚剂原料验收的快速检测。采用偏最小二乘法建立定量模型，用不同浓度的阻聚剂进行验证，考察模型的准确性，该方法的准确性、重复性良好。

关键词：近红外光谱法阻聚剂Styrex3316 定量模型偏最小二乘法

前言

近红外光介于中红外光（2500～25000nm）和可见光（400 ～780 nm）之间的电磁波，近红外光谱则是指波长为780-2526nm范围内的光谱区，一般有机物都可以通过近红外光谱测定得出谱图稳定的光谱信号，有机物中含氢基团化学键的泛频振动或转动，以漫反射方式获得在近红外区的吸收光谱。近红外最先应用在农业领域，用于固体颗粒样品的检测，现代近红外应用在液体分析领域也得到了发展，且液体样品组分均匀，直接测量效果理想。

有机分子含有不同的基团，吸收光谱也不同，具体表现为整体吸收峰的形状、峰的位置和峰强度的差异。混合物更是随着组分的不同，其光谱特征也不同，这就为近红外光谱的定性和定量分析提供了理论依据。本文采用偏最小二乘法定量分析模型，用于阻聚剂Styrex3316（以下简称ST3316）活性成分的含量分析，方便原料进厂验收的复检。

1 实验部分

1.1 试剂

标准样品: ST3316原料粉末由苏伊士公司。

乙苯：分析纯。

1.2 仪器

Metrohm NIRS XDS RapidLiqiud Analyzer型近红外色谱仪； Metrohm VISON 红外分析软件；比色管：8 mm。

2 结果与讨论

2.1 样品管选择

在近红外仪配备了8mm和4mm两种规格的比色管，分别使用不同比色管对ST3316原料样品进行扫描，得光吸收强度结果如图1所示，红色谱图为8mm比色管，蓝色谱图为4mm比色管，可以明显看出8mm比色管吸收强度较高，选择8mm比色管进行方法实验。

图 1不同比色管样品光吸收强度

2.2 数据库建立

ST3316原料主要由乙苯及活性成分组成，故选择乙苯作为溶剂进行标准试剂配制。配制标样浓度范围为：35-50%。利用公式（1）计算标样的质量浓度C。

C=m_ST-3316/m_溶液×100 （1）

式中：

C = 溶液浓度，wt%；

m_ST-3316 =ST3316原料样品质量，g；

m_溶液 =溶液总质量，g。

计算得到所配制的ST-3316浓度，各浓度数据如图2所示。将所有数据均扫描3次并存储，作为标样数据库使用。

图 2标样不同浓度分散图

2.3 波长选择

将样品重复扫描10次得样品谱图，吸收光谱图重合度较好，如图3所示。在波长400-1110nm为可见光区，特征有效吸收少，波长范围初步选定为1100-2235nm。

图 3样品10次重复扫描重叠谱图

根据ST3316原料色谱分析可知样品中除了EB及活性成分以外还有其他杂质，而标样的配制使用分析纯的乙苯纯度较高，配制的标样与原料样品红外吸收谱图有差异。分别将浓度为40.474wt%（分析纯乙苯配制）和40.697wt%（苏伊士提供）的两个样品二阶光谱图重合。可发现1225-1560nm和1860-2110nm波段处重合度比较差，如图4所示。所以波长选择1100-1225nm、1560-1860nm和2110-2235nm。

图 4样品10次扫描二阶拟合图

2.4 数据建模

通采用偏小二乘法进行计算，剔除偏离度大于3的数据进行建模，数据偏离度如图5所示，线性为0.9995。

图 5偏离度小于3的所有标样

2.5 重复性测试

配制浓度为40.179%和44.717%ST3316样品，分别将样品连续分析10次，测定结果如表1所示。得到标准偏差分别为0.1206和0.0679，相对标准偏差（RSD）分别为0.30%和0.15%，RSD值在允许范围内。

表1 原料样品重复性测试结果
样品名称	样品1（wt%）	样品2(wt%)
REP-1	40.711	44.905
REP-2	40.619	44.774
REP-3	40.646	44.817
REP-4	40.517	44.795
REP-5	40.473	44.666
REP-6	40.505	44.759
REP-7	40.415	44.774
REP-8	40.427	44.848
REP-9	40.428	44.774
REP-10	40.320	44.702
平均值	40.476	44.775
标准偏差	0.1206	0.0679
相对标准偏差	0.30%	0.15%

2.6 准确性测试

将ST3316原料样品配制为四组不同浓度，分别重复测量三次，得到相对误差，结果如表2所示。相对误差绝对值在3%之内，方法的准确性良好。

表2准确性测试结果

准确值(wt%)	测量值(wt%)			平均值(wt%)	相对误差%
50.170	50.029	49.925	50.087	50.014	-0.311
45.021	44.999	45.003	45.100	45.034	0.029
35.561	35.626	35.547	35.544	35.572	0.032
40.697	40.721	40.592	40.570	40.628	-0.170