[發明專利]分子探針—色譜定量分析白炭黑及其改性粉體表面羥基的方法及裝置

在審

• 申請號: 202110994499.2
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113640447A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 郭勇輝;金勝明
• 申請（專利權）人: 萬載縣輝明化工有限公司;中南大學
• 主分類號: G01N30/88
• 分類號: G01N30/88
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 歐陽迪奇

本發明公開了一種分子探針—色譜定量分析白炭黑及其改性粉體表面羥基的方法及裝置，基于工業應用需求，提出通過有機胺或吡啶探針分子與活性羥基反應并程序升溫處理，采用色譜FID檢測器分析載氣中探針分子的含量，定量分析白炭黑及其改性粉體表面羥基官能團含量。本發明消除了分析過程中升溫脫水以及環境水對白炭黑及其改性粉體表面羥基含量分析結果的影響，一次進樣可以同時分析白炭黑表面顯性羥基以及隱性羥基的含量，過量探針氣體處理簡單，環境友好；與現有白炭黑表面羥基定量分析方法相比具有顯著性技術進步。

技術領域

本發明涉及一種分子探針—色譜定量分析白炭黑及其改性粉體表面羥基的方法及裝置，能夠測定白炭黑及其改性粉體表面羥基即顯性羥基含量,以及測定白炭黑表面隱性羥基即可轉化位點含量。

背景技術

白炭黑因比表面積大，分散性高，化穩性好，耐高溫，沒有毒性等特點，在橡膠、涂料、催化載體、飼料、抗菌建筑材料等眾多領域應用廣泛,具有廣闊的前景。白炭黑粉體表面含有豐富的羥基基團,羥基官能團的存在，顯著影響白炭黑及其改性產品的應用性能。白炭黑表面羥基可以分成三類，即連生羥基、孤立羥基和雙生羥基。連生羥基是2個羥基分別連接相鄰的硅原子，可以形成氫鍵；雙生羥基是2個羥基連接同一個硅原子(Q²硅原子)，不能形成氫鍵；孤立羥基是1個羥基連接一個硅原子(Q³硅原子)且周圍沒有與之可形成氫鍵的羥基存在；以上三類羥基可稱之為顯性羥基。此外，白炭黑結構缺陷或改性摻雜后中心原子可以吸附水分子形成羥基，從而構成了潛在的羥基生成活性位點，形成隱性羥基，隱性羥基在白炭黑使用過程中接觸空氣水后，同樣影響制品的服役性能。通常顯性羥基與探針分子反應后在低溫下容易釋放探針分析，在色譜上形成探針分子峰，而隱性羥基需要較高的溫度才能釋放。白炭黑表面羥基的類別和性質對研究無定形二氧化硅的吸附及光催化作用本質有非常重要的意義。目前,白炭黑表面羥基的研究主要集中在顯性羥基的定性和定量分析表征，利用原位紅外光譜、核磁共振或反應色譜等方法對表面羥基定性表征。白炭黑表面羥基的定量分析采用格氏試劑法、氫化鋁鋰法、鋰試劑法和有機硅烷法等方法，這些方法的原理是利用白炭黑表面顯性羥基可與探針試劑反應生成揮發性的小分子如甲烷、氫或其它的醇類物質，通過小分子的生成量計算出表面顯性羥基的含量。這些方法的缺點是操作復雜、對隱性羥基無法檢測以及過量檢測試劑處理流程復雜；同時，采用的試劑容易水解，因此分析結果對分析環境水含量要求苛刻。

發明內容

為了解決目前對于白炭黑表面隱性羥基的測定不精確、無法測定隱性羥基、過量檢測試劑處理流程復雜的技術問題，本發明提供一種能夠準確測定白炭黑粉體及其改性粉體表面顯性羥基及其隱性羥基含量的方法。

為了實現上述技術目的，本發明的技術方案是，

一種測定白炭黑及其改性粉體表面羥基含量的方法，測定的羥基含量包括顯性羥基和隱性羥基，包括以下步驟：

第一步，對待測樣品進行干燥，得到分析樣品；

第二步，向設有進氣管和出氣管的密封容器內的干燥分析樣品持續通入擔載有機胺或吡啶作為探針分子的探針氣體，在預設溫度下經過預設反應時長后完成反應，然后通入保護氣體進行吹掃；

第三步，吹掃完成后，繼續通入保護氣體以形成脫附氣體，同時對分析樣品進行程序升溫處理；

第四步，樣品開始升溫后，將通過分析樣品的脫附氣體導入氣相色譜儀中進行分析，得到脫附氣體的色譜圖；

第五步，色譜峰標定，在氣相色譜儀的色譜出峰溫度條件下，向色譜汽化室定量注入多個不同預設量的液態探針物質；在色譜圖上獲得相應的峰面積，按照探針有機胺或吡啶含量從低到高順序依次進樣，建立回歸曲線：

S＝am+b

其中：S為標定有機胺或吡啶峰面積；a為直線斜率；m為注入色譜儀中的探針分子的質量，單位為mg；b為縱坐標的截距。