CN111122546A - 一种缓蚀剂分子的定性、半定量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缓蚀剂分子的定性、半定量检测方法。本发明利用表面增强拉曼效应放大金属及其合金表面吸附的缓蚀剂分子的拉曼光谱信号，实现缓蚀剂分子的定性和半定量检测，所述方法首先将金属及其合金浸泡在一定浓度的缓蚀剂溶液中，一段时间后将试样拿出，在其表面沉积或覆盖一层等离激元纳米材料薄膜，之后利用拉曼光谱仪检测试样表面吸附的缓蚀剂分子的拉曼信号。本发明利用表面增强拉曼效应显著放大缓蚀剂分子的拉曼信号，可以实现微量、痕量缓蚀剂的高灵敏度检测，本发明有助于促进缓蚀机理的深入分析，这在腐蚀与防护研究领域具有广阔的应用前景。

Description

一种缓蚀剂分子的定性、半定量检测方法

【技术领域】

本发明涉及腐蚀与防护研究领域，特别涉及一种缓蚀剂分子的定性、半定量检测方法。

【背景技术】

材料腐蚀问题严重影响着国防建设和国民经济，据估计，全世界因腐蚀而耗损的金属约占年产量的10％-20％。多年来，人们不断寻找各种有效的途径抑制腐蚀现象。其中，缓蚀剂防护具有材料用量少、价格低、效果显著的优势，是一种高效、简便、经济的防腐蚀手段。通过分析缓蚀剂对金属的防护作用、表面吸附膜形貌及成分、缓蚀剂与腐蚀介质的作用等，能够深入了解缓蚀机制，有助于研发新型的高效、环保型缓蚀剂。但是，目前缓蚀剂的吸附情况主要是通过失重实验的间接方法证明，对于缓蚀剂的真实吸附动力学、吸附模式、界面吸附机理等微观问题的研究较为困难。因此，亟需开发更加直观、可靠的缓蚀剂检测方法。

拉曼光谱能够提供分子的各种官能团和价键信息，它是一种强有力的光谱分析技术。但是，拉曼光谱的信号很弱，强度仅为入射光强度的百万分之一，这极大地限制了拉曼光谱技术在缓蚀剂检测中的应用。表面增强拉曼效应可以利用等离激元纳米材料将分子的拉曼信号增强10⁴-10¹⁰倍，该技术因其超高的灵敏性，被广泛应用于研究界面吸附方式、分子的排列和取向、界面反应等，非常适合缓蚀剂分子的检测。目前表面增强拉曼技术在缓蚀剂检测中的应用主要围绕贵金属纳米基底，研究内容为缓蚀剂分子在贵金属表面的吸附过程，对常用的钢铁、铝合金等材料表面吸附的缓蚀剂分子的拉曼增强检测鲜有报道。

因此，有必要研究一种缓蚀剂分子的定性、定量检测方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种缓蚀剂的定性、半定量检测方法，该方法利用表面增强拉曼效应检测金属及其合金表面吸附的缓蚀剂分子，显著放大了缓蚀剂分子的拉曼信号，可以实现微量、痕量缓蚀剂的高灵敏度检测。

一方面，本发明提供一种缓蚀剂的定性、半定量检测方法，所述方法利用等离激元纳米材料的表面增强拉曼效应，放大金属及其合金表面吸附的缓蚀剂分子的拉曼光谱信号，实现缓蚀剂分子的定性检测和半定量检测。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述定性检测的方法具体为：利用拉曼光谱仪检测缓蚀剂分子的拉曼信号，通过拉曼位移对缓蚀剂分子进行定性检测。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述半定量检测的方法具体为：利用拉曼光谱仪检测缓蚀剂分子的拉曼信号，根据拉曼峰强随时间变化或缓蚀剂浓度变化的变化，对缓蚀剂进行半定量检测。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述方法具体步骤如下：

步骤1：将试样金属及其合金浸泡在缓蚀剂溶液中；

步骤2：浸泡后将试样金属及其合金取出后干燥处理；

步骤3：在干燥处理后的试样金属及其合金的表面沉积或覆盖一层等离激元纳米材料薄膜，获得等离激元纳米复合材料；

步骤4：使用拉曼光谱仪，检测步骤2中等离激元纳米复合材料表面吸附的缓蚀剂分子的拉曼光谱信号；

步骤5：根据拉曼光谱信号中的拉曼位移和拉曼峰强对缓蚀剂分子进行定性检测和半定量检测。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤1中缓蚀剂为有机或无机分子，所述缓蚀剂具有抑制金属及其合金腐蚀的作用。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤3中等离激元纳米材料薄膜的材料为金、银、铜、铝或氮化钛，结构为纳米颗粒或纳米棒。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤5中定性检测具体为：将测量得到的拉曼光谱与缓蚀剂分子的标准拉曼光谱进行对比，确认所测缓蚀剂的种类。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤5中半定量检测具体为：根据拉曼峰强随时间或缓蚀剂浓度的变化，反映出缓蚀剂吸附数量、吸附速率、吸附饱和或脱附信息。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：本发明公开了一种缓蚀剂分子的定性、半定量检测方法。本发明利用表面增强拉曼效应显著放大缓蚀剂分子的拉曼信号，可以实现微量、痕量缓蚀剂的高灵敏度检测；利用拉曼光谱的峰强随时间或缓蚀剂浓度的变化，还可以实现缓蚀剂的半定量检测。该定性、半定量检测缓蚀剂的方法适用于各种金属及其合金基底，有助于深入分析缓蚀机理，在腐蚀与防护研究领域具有广阔的应用前景。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例1中2-巯基苯并噻唑(MBT)分子在Q235碳钢表面吸附后测得的拉曼光谱和表面增强拉曼光谱信号图；

图2是本发明实施例2中苯骈三氮唑(BTA)分子在铝合金表面的表面增强拉曼光谱随吸附时间增长的变化曲线图；

图3是本发明实施例3中十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)分子在黄铜表面吸附的表面增强拉曼强度与位置的关系图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本发明提供一种缓蚀剂的定性、半定量检测方法，该方法利用表面增强拉曼效应检测金属及其合金表面吸附的缓蚀剂分子，具体地，利用等离激元纳米材料的表面增强拉曼效应，放大缓蚀剂分子的拉曼光谱信号，实现缓蚀剂分子的定性和半定量检测。

所述缓蚀剂为有机或无机分子，具有抑制金属及其合金腐蚀的作用。

所述等离激元纳米材料为金、银、铜、铝或氮化钛，结构为纳米颗粒或纳米棒，将其沉积或覆盖在吸附有缓蚀剂的金属及其合金表面。

所述缓蚀剂分子的定性检测的方法为：利用拉曼光谱仪检测缓蚀剂分子的拉曼信号，通过拉曼位移识别缓蚀剂分子。

所述缓蚀剂分子的半定量检测的方法为：利用拉曼光谱仪检测缓蚀剂分子的拉曼信号，根据拉曼峰强随时间或缓蚀剂浓度的变化，实现缓蚀剂的半定量检测。

实施例1

1.将0.15g的2-巯基苯并噻唑(MBT)分子溶解于500mL的3.5wt％NaCl溶液中，MBT的浓度为0.3g/L。

2.将1cm×1cm×0.3cm的Q235碳钢浸泡在加入MBT缓蚀剂的3.5wt％NaCl溶液中，浸泡时间为1h，随后将Q235试样取出并吹干。

3.在吸附有MBT的Q235试样表面通过物理气相沉积的方法沉积10nm金颗粒。

4.利用532nm激光拉曼光谱仪检测有无喷金的样品表面的缓蚀剂信号。

图1为实施例1中MBT分子在Q235碳钢表面吸附后测得的拉曼光谱和表面增强拉曼光谱信号。由于MBT的浓度很低，它的拉曼信号不易被检测出来，光谱上未出现MBT分子的拉曼特征峰。在吸附了MBT的Q235碳钢表面沉积10nm的金颗粒后，试样表面可以检测到清晰的MBT拉曼信号，这说明金纳米颗粒的表面增强拉曼效应放大了MBT分子的拉曼信号，有助于缓蚀剂分子的高精度检测。

实施例2

1.将0.6g的苯骈三氮唑(BTA)分子溶解于500mL的1mol/L HCl溶液中，BTA的浓度为1.2g/L。

2.将1cm×1cm×0.2cm的AA2024-T3铝合金浸泡在加入BTA缓蚀剂的3.5wt％NaCl溶液中，浸泡时间为1h-24h，随后将铝合金试样取出并吹干。

3.在吸附有BTA的铝合金试样表面覆盖银基表面增强拉曼透明试纸。

4.利用785nm激光拉曼光谱仪检测浸泡了不同时间后试样表面BTA分子的表面增强拉曼光谱信号。

图2为实施例2中BTA分子在铝合金表面的表面增强拉曼光谱随吸附时间增长的变化曲线。可以看出，随着浸泡时间的增长，BTA的拉曼特征峰强逐渐升高，说明利用表面增强拉曼技术可以实现缓蚀剂吸附过程的半定量检测。

实施例3

1.将0.8g的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)分子溶解于500mL的3.5wt％NaCl溶液中，CTAB的浓度为1.6g/L。

2.将1cm×1cm×0.2cm的黄铜浸泡在加入CTAB缓蚀剂的3.5wt％NaCl溶液中，浸泡时间为6h，随后将黄铜试样取出并吹干。

3.在吸附有CTAB的黄铜试样表面覆盖氮化钛基表面增强拉曼透明试纸。

4.利用633nm激光拉曼光谱仪检测试样表面CTAB分子的表面增强拉曼光谱信号。

图3为实施例3中CTAB分子在黄铜表面吸附的表面增强拉曼强度与位置的关系图。可见CTAB的拉曼特征峰在大部分区域都均匀分布，可以抑制黄铜的均匀腐蚀现象。

本发明所述方法可以实现微量、痕量缓蚀剂的高灵敏度检测，还可以实现缓蚀剂的定量检测。该方法适用于各种金属及其合金基底，有助于深入分析缓蚀机理，在腐蚀与防护研究领域具有广阔的应用前景。

以上对本申请实施例所提供的一种缓蚀剂的定性、半定量检测方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (8)

1.一种缓蚀剂分子的定性、半定量检测方法，其特征在于，所述方法利用等离激元纳米材料的表面增强拉曼效应，放大金属及其合金表面吸附的缓蚀剂分子的拉曼光谱信号，实现缓蚀剂分子的定性检测和半定量检测。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定性检测的方法具体为：利用拉曼光谱仪检测缓蚀剂分子的拉曼信号，通过拉曼位移对缓蚀剂分子进行定性检测。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半定量检测的方法具体为：利用拉曼光谱仪检测缓蚀剂分子的拉曼信号，根据拉曼峰强随时间变化或缓蚀剂浓度变化的变化，对缓蚀剂进行半定量检测。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法具体步骤如下：

步骤1：将试样金属及其合金浸泡在缓蚀剂溶液中；

步骤2：浸泡后将试样金属及其合金取出后干燥处理；

步骤3：在干燥处理后的试样金属及其合金的表面沉积或覆盖一层等离激元纳米材料薄膜，获得等离激元纳米复合材料；

步骤4：使用拉曼光谱仪，检测步骤2中等离激元纳米复合材料表面吸附的缓蚀剂分子的拉曼光谱信号；

步骤5：根据拉曼光谱信号中的拉曼位移和拉曼峰强对缓蚀剂分子进行定性检测和半定量检测。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤1中缓蚀剂为有机或无机分子，所述缓蚀剂具有抑制金属及其合金腐蚀的作用。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3中等离激元纳米材料薄膜的材料为金、银、铜、铝或氮化钛，结构为纳米颗粒或纳米棒。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤5中定性检测具体为：将测量得到的拉曼光谱与缓蚀剂分子的标准拉曼光谱进行对比，确认所测缓蚀剂的种类。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤5中半定量检测具体为：根据拉曼峰强随时间或缓蚀剂浓度的变化，反映出缓蚀剂吸附数量、吸附速率、吸附饱和或脱附信息。

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