close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11876

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.04.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 11876
(13) C1
(19)
G 01N 21/00
СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ИНФРАКРАСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
ТВЁРДОФАЗНЫХ И/ИЛИ ЖИДКИХ, И/ИЛИ ВЯЗКИХ,
И/ИЛИ ГАЗООБРАЗНЫХ ВЕЩЕСТВ
(21) Номер заявки: a 20071435
(22) 2007.11.26
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Могилевский государственный университет имени А.А.Кулешова" (BY)
(72) Авторы: Максе Лариса Павловна;
Томов Александр Васильевич; Марков Петр Иванович (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Могилевский государственный университет имени А.А.Кулешова" (BY)
(56) US 5470757 A, 1995.
BY a20051328, 2006.
WO 93/00580 A1.
DE 10351160 B3, 2005.
EP 1486767 A1, 2004.
BY 11876 C1 2009.04.30
(57)
Способ проведения инфракрасной спектроскопии твердофазных и/или жидких, и/или
вязких, и/или газообразных веществ, при котором осуществляют регистрацию фонового
спектра матрицы-носителя, регистрацию спектра образца исследуемого вещества, нанесенного на матрицу-носитель или помещенного между двумя ограничительными слоями
последней, получение спектра исследуемого вещества по разности двух вышеуказанных
спектров, при этом матрицу-носитель и ограничительные слои последней выполняют из
полимерной пленки, прозрачной в инфракрасной области, отличающийся тем, что используют пленку с микрорельефом глубиной не более 25 мкм на одной стороне.
Изобретение относится к ИК спектроскопии пропускания/поглощения и может найти
широкое практическое применение при экспрессном качественном и количественном анализе методом ИК спектроскопии веществ, материалов, сред в различном агрегатном состоянии.
Известны способы получения ИК спектров пропускания/поглощения твердофазных,
жидких, вязких, газообразных веществ с использованием таблеток спрессованного оптически чистого бромида калия (КВr), кювет с окнами, выполненными из КВr. ИК спектры
пластичных веществ в виде тонкой пленки получают с использованием типового либо
специального держателя для пленок. ИК спектры пропускания/поглощения твердофазных
веществ получают путем приготовления таблетки твердого раствора образца исследуемого вещества в твердом растворителе - оптически чистом КВr [1]. Для ИК спектроскопии
по однолучевой схеме указанный способ включает следующие процедуры:
1. Регистрацию фонового ИК спектра пропускания/поглощения таблетки твердого растворителя - КВr. Таблетку готовят из предварительного измельченного высокодисперсного порошка бромида калия с использованием специальной пресс-формы путем
прессования на ручном или приводном прессе, создавая давление, достаточное для получения тонкой пластинки - таблетки, прозрачной в ИК области спектра.
BY 11876 C1 2009.04.30
2. Регистрацию ИК спектра таблетки - твердого раствора, содержащего исследуемый
образец в растворителе в измельченной и равномерно распределенной форме. Таблетку
твердого раствора готовят из предварительного измельченного высокодисперсного порошка бромида калия с добавлением небольшого количества (0,5-1,0 %) образца исследуемого вещества, предварительно измельченного до частиц размером менее 25 мкм, с
использованием вышеуказанной пресс-формы путем прессования на ручном прессе или с
приводом, создавая давление, достаточное для получения прозрачной в ИК области тонкой пластинки-таблетки.
3. Получение ИК спектра исследуемого вещества путем вычитания фонового ИК спектра твердого растворителя из ИК спектра таблетки твердого раствора, содержащего внесенный в него образец исследуемого вещества.
В случае ИК спектроскопии по двухлучевой схеме ИК спектр образца исследуемого
вещества получают при регистрации путем компенсационного вычитания ИК спектра фона из ИК спектра твердого раствора.
Для анализа жидкостей в указанном выше способе используется кювета с окнами, образованными двумя отполированными оптически прозрачными пластинами из неорганических солей, таких как KBr, LiF, CaF, BaF, AgBr. Образец размещается между
пластинами кюветы, которая затем устанавливается в поток ИК излучения с помощью
держателя кювет. В некоторых случаях образцы смешивают с минеральным маслом, а потом анализируют в тонком слое этой смеси между пластинами кюветы. Иногда вязкие
жидкости готовят в форме суспензии с растворителем, которую наносят тонким слоем на
тетрафторэтилен, затем высушивают, снимают с тетрафторэтилена образовавшуюся тонкую пленку образца, закрепляя ее в держателе пленок [2].
У стандартных типовых кювет, матриц-носителей образцов из неорганических солей таблеток имеются существенные недостатки, затрудняющие практические измерения методом ИК спектроскопии по способу с использованием матриц-носителей и стекол, изготовленных из КВr. В первую очередь, к недостаткам указанного способа относится
сложность, трудоемкость и длительность подготовки матриц-носителей на основе КВr,
дорогой расходный материал - оптически чистый КВr и дорогие кюветы, в которых к тому
же нельзя анализировать влагосодержащие образцы. Время получения ИК спектра с использованием матриц-носителей и стекол, изготовленных из КВr, не позволяет отнести
ИК спектроскопию пропускания/поглощения к экспрессным методам.
Известное техническое решение, предусматривающее использование порошка полиэтилена для приготовления матрицы-носителя в форме таблетки или пленки, аналогично
приготовлению твердого раствора на основе КВr, при этом рекомендуемая ИК область
аналитических измерений ограничена диапазоном 20-200 мкм, что не соответствует диапазону наиболее частых аналитических измерений - области "отпечатков пальцев" молекул - 2000-400 см-1, то есть 5-25 мкм [3]. Кроме того, данный способ не лишен того же
недостатка - необходимости прессования, который присущ способу ИК спектроскопических измерений с использованием матрицы-носителя на основе КВr, соответственно, этот
способ также трудозатратный и длительный.
В итоге существует практическая необходимость подобрать недорогой, подходящий и
для водосодержащих веществ удобный для использования и экспрессного анализа материал для изготовления или применения в качестве матрицы-носителя образцов для измерений методом ИК спектроскопии пропускания/поглощения.
Ближайшим техническим решением к предлагаемому способу-прототипу является
способ "Спектроскопический держатель образцов и способ его использования" [2], в котором предлагается проводить измерения путем применения пористого полимерного листа в качестве держателя образцов, то есть матрицы-носителя. Указанный способ
охватывает различные варианты использования пористого листа в качестве носителя
твердофазных измельченных образцов, пастообразных, вязких и жидких веществ. Поли2
BY 11876 C1 2009.04.30
мерный материал в указанном способе предлагается выбирать в соответствии с областью
спектра, чаще всего предлагается применение полиэтилена, из которого путем тонкой
технологии, например лазерной, получают пористый материал в дальнейшем, используемый в качестве матрицы-носителя образцов.
Алгоритм регистрации, соответственно получению ИК спектров, по способупрототипу аналогичен тому, который применяется при измерениях по способу с использованием в качестве матрицы-носителя таблеток или стекол из КВr. Оба вышеуказанных
способа предусматривают однократное использование матрицы-носителя для измерений.
Задачей изобретения является сокращение продолжительности и трудоемкости процесса получения ИК спектров пропускания/поглощения и, таким образом, повышение экспрессности измерений методом ИК спектроскопии.
Поставленная задача решается следующим образом. В способе проведения инфракрасной спектроскопии твердофазных и/или жидких, и/или вязких, и/или газообразных веществ,
при котором осуществляют регистрацию фонового спектра матрицы-носителя, регистрацию
спектра образца исследуемого вещества, нанесенного на матрицу-носитель или помещенного между двумя ограничительными слоями последней, получение спектра исследуемого
вещества по разности двух вышеуказанных спектров, при этом матрицу-носитель и ограничительные слои последней выполняют из полимерной пленки, прозрачной в инфракрасной
области с микрорельефом глубиной не более 25 мкм на одной стороне.
Использование в качестве матрицы-носителя полиэтиленовой пленки с указанными
параметрами позволяет применить для этих целей обычную упаковочную пленку [4] без
всякой предварительной обработки, что дает следующие преимущества:
пленка оптически прозрачна, что облегчает визуальный контроль, и в указанной области ИК спектра имеет только два пика поглощения, которые по величине не превышают
пиков фонового поглощения углекислого газа и паров воды в кюветном отделении ИК
прибора. Следовательно, собственное поглощение указанной полиэтиленовой пленки, используемой в качестве матрицы-носителя, легко учитывается и практически полностью
вычитается как фоновое поглощение вместе с поглощением углекислого газа и паров воды
из ИК спектра матрицы-носителя с образцом исследуемого вещества.
Пленка имеет одностороннюю шероховатость в форме микрорифления, обусловленную технологией ее изготовления. При нанесении на матрицу-носитель измельченных до
порошкообразного состояния образцов микрорельеф выполняет функцию микросепаратора. Частицы, размеры которых превышают глубину шероховатости, не задерживаются на
матрице-носителе и механически удаляются. При внесении жидких образцов между ограничительными слоями матрицы-носителя и последующем ламинировании микрорельеф
выполняет функцию микрокапсулирования, что позволяет получить спектр тонкого слоя
жидкости, в том числе воды.
Пленка является практически газо- и водопроницаемой, что позволяет использовать ее
в качестве слоев ограничителей матрицы-носителя жидких образцов и окон кюветы для
газообразных образцов. При мягком ламинировании в двухслойной матрице-носителе
предотвращается испарение влагосодержащих образцов, возможная кристаллизация или
изменение формы макромолекул в биологических жидкостях.
Применение пленки в качестве матрицы-носителя позволяет при использовании кювет
для комбинированных измерений: а) регистрировать одновременно спектры нескольких
твердофазных веществ, не смешивая их; б) одновременно регистрировать спектры различных веществ в различных фазах; в) одного и того же вещества в различных фазах.
Применение пленки в качестве матрицы-носителя или слоев ограничителей матрицыносителя позволяет сократить время измерения одного ИК спектра пропускания/поглощения в 8-10 раз, по сравнению со способом, использующим КВr для приготовления твердого раствора, позволяет проводить серийные измерения и градуировать ИК
прибор для количественных измерений.
3
BY 11876 C1 2009.04.30
Таким образом, предлагаемый способ позволяет проводить в экспрессном режиме измерения методом ИК спектроскопии.
Способ осуществляется следующим образом.
Для регистрации ИК спектров твердофазных образцов одинарный слой полимерной
пленки накладывают ровно без складок, вручную или с применением устройств, на окноотверстие типового держателя образцов пленок ИК прибора и затем фиксируют. Держатель может быть изготовлен специально для однократного применения вместе с закрепленным слоем пленки. Закрепленный в держателе одинарный слой полимерной пленки
является матрицей с микрорельефом для нанесения на него подготовленного порошкообразного образца.
Для регистрации ИК спектров жидких текучих, вязких и пастообразных образцов однократно используются два слоя полимерной пленки с низкой водо- и газопроницаемостью, закрепляемые в любом типовом держателе образцов пленок ИК прибора или
изготовленном специально; два слоя пленки с одним обращенным внутрь микрорельефом
являются ограничителями, удерживающими образец, вносимый между слоями перед ламинированием - разравниванием.
Для регистрации ИК спектров газообразных образцов полимерная пленка закрепляется на торцах кюветы для газообразных образцов в качестве окон, прозрачных для ИК излучения, таким образом, она является ограничителем объема исследуемого газа. Кювета
может быть изготовлена: а) по типу проточной; б) полностью одноразовой; в) с окнами
одноразового использования; г) с окнами, не сменяемыми до тех пор, пока обеспечивают
достаточную величину измеряемого пропускания/поглощения образца в диапазоне длин
волн, используемом для анализа.
Для количественного анализа химического состава исследуемых веществ ИК спектры
их образцов подвергают математической статистической обработке с помощью программного обеспечения ИК прибора или автономного программного обеспечения, предназначенного для обработки спектральных данных. Математическая статистическая
обработка данных осуществляется после внесения результатов химического или физикохимического анализа исследуемых веществ в соответствующие ряды или таблицы спектральных данных и последующего статистического математического анализа с целью выявления корреляций и установления зависимостей, позволяющих осуществлять
вычисление - предсказание химических показателей по ИК спектрам.
Примеры конкретной реализации способа.
На фиг. 1, 2, 3 представлены ИК спектры, номера 1-9, зарегистрированные предложенным способом.
Пример 1.
ИК спектры трепела - 1 и мела - 2, представленные на фиг. 1, получены следующим
образом. Репрезентативный твердофазный образец растирали в фарфоровой ступке (до
тонкодисперсного состояния). Слой полимерной пленки ровно накладывали на окноотверстие типового держателя образцов пленок ИК прибора и затем фиксировали ее положение и натяжение магнитным крепителем. Устанавливали в кюветном отделении матрицу-носитель, закрепленную в держателе пленок, и регистрировали фоновый спектр.
Небольшое количество измельченного порошкообразного образца насыпали на микрорельеф матрицы-носителя, мягкой кистью (№ 3 колонок) разравнивали по поверхности,
затем снова регистрировали спектр. Итоговый спектр - спектр исследуемого вещества получали автоматическим вычитанием фонового спектра из спектра, полученного после
нанесения образца на матрицу-носитель.
Пример 2.
ИК спектры жидкого растительного масла - 3 и разведенного небольшим количеством
воды меда - 4, представленные на фиг. 1, получены следующим путем.
4
BY 11876 C1 2009.04.30
Каплю исследуемой жидкости наносили на первый слой пленки с микрорельефом,
второй ограничительный слой пленки накладывали на слой первый и на каплю, аккуратно
ламинировали (между гладкими резиновыми валками). Размещая на пути оптического луча двойной ламинированный слой пленки, регистрировали фоновый спектр. Затем перемещали пленку в держателе и помещали на пути оптического луча двойной
ламинированный слой пленки, заключающий исследуемый образец, и снова регистрировали спектр. Итоговый спектр - спектр исследуемого вещества - получали автоматическим
вычитанием фонового спектра из спектра, полученного после внесения образца между ограничительными слоями матрицы-носителя.
Пример 3.
ИК спектры веществ в газовой фазе: аммиака и паров воды - 5, углекислого газа и паров воды - 6, этилового спирта - 8, представленные на фиг. 2 и 3, получены с использованием газовой кюветы.
Пленку закрепляли на торцах кюветы для газообразных образцов со штуцерами для
подвода и отвода газов. Устанавливали кювету с окнами из пленки в кюветном отделении
и регистрировали фоновый спектр. Заполняли кювету газообразными образцами через
штуцеры, закрывали их, и снова регистрировали спектр. Итоговый спектр - спектр исследуемого газообразного вещества - получали автоматическим вычитанием фонового спектра из спектра, полученного после внесения газообразного образца в кювету с
ограничительными окнами из пленки.
Пример 4.
ИК спектры модельных систем: минерала титанита и углекислого газа - 7, тоберморитовой пыли, жидкого силикона, углекислого газа и паров этилового спирта - 9, представленные фиг. 3, получены с использованием газовой кюветы и комбинированного
измерения спектров веществ в различном агрегатном состоянии.
Пленку закрепляли на торцах кюветы для газообразных образцов со штуцерами для
подвода и отвода газов. Устанавливали кювету с окнами из пленки в кюветном отделении
и регистрировали фоновый спектр. Заполняли кювету углекислым газом и, внеся каплю
этилового спирта в штуцерный отсек, закрыли кювету, на одно из окон кюветы наносили
тонкий слой жидкого силикона, на второе окно - измельченный газосиликат - тоберморитовую пыль, регистрировали спектр заполненной кюветы. Итоговый спектр - спектр исследуемого газообразного вещества - получали автоматическим вычитанием фонового
спектра из спектра, полученного после внесения газообразного образца в кювету с ограничительными окнами из пленки.
Источники информации:
1. Смит А. Прикладная ИК-спектроскопия: Пер. с англ. - М.: Мир, 1982. - 328 с.
2. Патент США 5470757, 1995.
3. Пентин Ю.А., Вилков Л.В. Физические методы исследования в химии. - М.: Мир,
ООО "Издательство ACT", 2003. - 683 с.
4. ГОСТ 10354-82. Пленка полиэтиленовая. Технические условия.
5
BY 11876 C1 2009.04.30
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
495 Кб
Теги
by11876, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа