RU2537387C2 - Method of determining element composition of polymers and oligomers based on 3,3-bis(azidomethyl) oxetane (bamo) by method of ir-spectroscopy - Google Patents

Method of determining element composition of polymers and oligomers based on 3,3-bis(azidomethyl) oxetane (bamo) by method of ir-spectroscopy Download PDF

Info

Publication number
RU2537387C2
RU2537387C2 RU2013119671/04A RU2013119671A RU2537387C2 RU 2537387 C2 RU2537387 C2 RU 2537387C2 RU 2013119671/04 A RU2013119671/04 A RU 2013119671/04A RU 2013119671 A RU2013119671 A RU 2013119671A RU 2537387 C2 RU2537387 C2 RU 2537387C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
band
nitrogen
ratio
content
oxygen
Prior art date
Application number
RU2013119671/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013119671A (en
Inventor
Ринат Олегович Альмашев
Надежда Андреевна Романько
Татьяна Александровна Енейкина
Анна Викторовна Кипрова
Роза Фатыховна Гатина
Юрий Михайлович Михайлов
Original Assignee
Федеральное казённое предприятие "Государственный научно-исследовательский институт химических продуктов" (ФКП "ГосНИИХП")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное казённое предприятие "Государственный научно-исследовательский институт химических продуктов" (ФКП "ГосНИИХП") filed Critical Федеральное казённое предприятие "Государственный научно-исследовательский институт химических продуктов" (ФКП "ГосНИИХП")
Priority to RU2013119671/04A priority Critical patent/RU2537387C2/en
Publication of RU2013119671A publication Critical patent/RU2013119671A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2537387C2 publication Critical patent/RU2537387C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to physical-chemical analysis and can be used in determination of element composition of polymers and oligomers based on 3,3-bis(azidomethyl) oxetane (BAMO) by method of IR-spectroscopy. Method of determining element composition of polymers and oligomers based on 3,3-bis(azidomethyl) oxetane (BAMO) consists in the following: determination of element composition of BAMO-based oligomers is carried out by optic densities of bands of absorption of IR-spectrum of samples in form of film, prepared from oligomer melt or its solution in dimethylformamide, in region 400-4000 cm-1, which conditions content of nitrogen, carbon, hydrogen, oxygen and chlorine in analysed samples. Determination is carried out by intensity of bands of absorption of N3-group, CCl-groups with respect to optic densities of CH2- or C-O-C-groups, with nitrogen being determined by graph showing dependence of the value of ratio of N3 band optic density to band COC optic density on content of nitrogen in oligomer, carbon is determined by graph of dependence of the value of ratio of N3 band optic density to band COC optic density on content of nitrogen and carbon, hydrogen carbon is determined by graph of dependence of the value of ratio of N3 band optic density to band CH2 optic density on ratio of nitrogen and hydrogen content, oxygen is determined by graph of dependence of the value of ratio of N3 band optic density to COC band optic density on ratio of nitrogen and oxygen content, chlorine is determined by graph of dependence of the value of ratio of CCl band optic density to CH2 band optic density on residual chlorine content.
EFFECT: extension of assortment of determined groups.
7 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к физико-химическому анализу и может быть использовано при определении содержания элементного состава азидосодержащих олигомеров методом ИК-спектроскопии.The invention relates to physicochemical analysis and can be used to determine the elemental composition of azide-containing oligomers by IR spectroscopy.

Задачей количественного органического элементарного анализа является определение нефункциональных групп олигомеров, а содержание отдельных элементов, входящих в состав органического вещества.The task of quantitative organic elementary analysis is to determine the non-functional groups of oligomers, and the content of the individual elements that make up the organic matter.

Принцип анализа, предложенный еще сто лет назад Либихом и не претерпевший существенных изменений до настоящего времени, заключается в разрушении органического вещества путем сожжения с последующим количественным улавливанием продуктов сгорания [1]. Что касается техники проведения анализа, то она в настоящее время достигла существенных успехов. Несомненно, самым значительным достижением явилась разработка микроаналитического метода, при котором для проведения количественного элементного анализа требуется всего лишь несколько миллиграммов вещества [2].The principle of analysis, proposed a hundred years ago by Liebig and has not undergone significant changes to date, is the destruction of organic matter by burning, followed by quantitative capture of combustion products [1]. As for the analysis technique, it has now achieved significant success. Undoubtedly, the most significant achievement was the development of a microanalytical method, in which only a few milligrams of a substance is required to conduct a quantitative elemental analysis [2].

Определение углерода и водорода. Классическим методом микроаналитического определения углерода и водорода является метод Прегля [3]. По этому методу пары вещества окисляют, пропуская их в смеси с кислородом через нагретый до 750°С слой окиси меди и хромата свинца, помещенный в трубку для сожжения. Двуокись углерода и вода улавливаются в поглотительных аппаратах и определяются по привесу. Продукты окисления других элементов задерживаются находящимися в трубке для сожжения поглотителями (серебро и двуокись свинца). Менее распространен метод каталитического сожжения; в этом случае вместо окиси меди и хромата свинца в трубке для сожжения находится платиновый контакт и окисление происходит только за счет газообразного кислорода.Determination of carbon and hydrogen. The classic method of microanalytical determination of carbon and hydrogen is the Pregl method [3]. According to this method, vapors of the substance are oxidized, passing them in a mixture with oxygen through a layer of copper oxide and lead chromate heated to 750 ° C, placed in a burning tube. Carbon dioxide and water are trapped in absorption devices and are determined by weight gain. The oxidation products of other elements are retained by absorbers (silver and lead dioxide) located in the tube for burning. Catalytic combustion is less common; in this case, instead of copper oxide and lead chromate, a platinum contact is in the combustion tube and oxidation occurs only due to gaseous oxygen.

Новый скоростной метод микроаналитического определения углерода и водорода разработан в последние годы в Институте органической химии Академии наук СССР (М.О.Коршун, В.А.Климова) [4]. По этому методу навеску вещества подвергают быстрому термическому разложению (в особом стаканчике) при недостатке кислорода; продукты пиролиза (при выходе из стаканчика) в присутствии избытка кислорода окисляются почти полностью до H2O и CO2. Окончательное окисление продуктов пиролиза происходит при прохождении их в смеси с большим избытком кислорода через нагретую до 850-950°C зону пустой трубки для сожжения. Скорость пропускания кислорода в этом методе достигает 35-50 мл в минуту, т.е. в 10 раз превышает скорость пропускания кислорода при прежних микроаналитических методах. Применение этого метода дает возможность производить сожжение навески органического вещества в течение 10-15 мин (при обычных микроаналитических методах время сожжения составляет 30-45 мин).A new high-speed method of microanalytical determination of carbon and hydrogen was developed in recent years at the Institute of Organic Chemistry of the USSR Academy of Sciences (M.O. Korshun, V. A. Klimova) [4]. According to this method, a sample of a substance is subjected to rapid thermal decomposition (in a special glass) with a lack of oxygen; pyrolysis products (when leaving the cup) in the presence of an excess of oxygen are oxidized almost completely to H 2 O and CO 2 . The final oxidation of the pyrolysis products occurs when they pass in a mixture with a large excess of oxygen through the zone of an empty combustion tube heated to 850–950 ° C. The oxygen transmission rate in this method reaches 35-50 ml per minute, i.e. 10 times the oxygen transmission rate with previous microanalytical methods. The use of this method makes it possible to burn a sample of organic matter for 10-15 minutes (with conventional microanalytical methods, the burning time is 30-45 minutes).

Еще быстрее можно определять содержание углерода и водорода, если вместо улавливания и взвешивания соединений устанавливать количество CO2 и H2O по давлению паров. Такой метод требует, однако, более сложной аппаратуры.The carbon and hydrogen content can be determined even faster if, instead of trapping and weighing the compounds, the amount of CO 2 and H 2 O is determined from the vapor pressure. Such a method, however, requires more sophisticated equipment.

Если в органическом веществе присутствуют другие элементы, кроме углерода, водорода и кислорода, то летучие продукты их окисления улавливают за пределами трубки для сожжения, в специальных аппаратах, и эти продукты окисления, таким образом, не мешают количественному определению углерода и водорода в виде двуокиси углерода и воды. Такой принцип работы дает возможность одновременно с углеродом и водородом определять другие элементы (нелетучие продукты сгорания определяются путем взвешивания остатка).If other elements are present in the organic matter, in addition to carbon, hydrogen and oxygen, the volatile products of their oxidation are captured outside the combustion tube in special apparatuses, and these oxidation products, therefore, do not interfere with the quantitative determination of carbon and hydrogen in the form of carbon dioxide and water. This principle of operation makes it possible simultaneously with carbon and hydrogen to determine other elements (non-volatile combustion products are determined by weighing the residue).

Определение галоидов и серы [5]. При анализе органических веществ, содержащих галоид и серу, в основном сохраняется общий принцип метода - сожжение в не заполненной окислителем трубке; поглощение галоидов или серы производится в специальном аппарате, наполненном металлическим серебром. При 450°C металлическое серебро количественно поглощает хлор, бром и йод, а при 500-750°C - оксиды серы. Серебро помещают перед поглотительными аппаратами для двуокиси углерода и воды. Таким образом, одновременно определяют углерод, водород и галоиды или углерод, водород и серу. Для микроаналитического определения галоидов может быть также применен один из следующих методов:Determination of halides and sulfur [5]. When analyzing organic substances containing halogen and sulfur, the general principle of the method is mainly preserved - burning in a tube not filled with oxidizing agent; halogen or sulfur are absorbed in a special apparatus filled with metallic silver. At 450 ° C, metallic silver quantitatively absorbs chlorine, bromine, and iodine, and at 500–750 ° C, sulfur oxides. Silver is placed in front of the absorption apparatus for carbon dioxide and water. Thus, carbon, hydrogen and halogens or carbon, hydrogen and sulfur are simultaneously determined. For microanalytical determination of halides, one of the following methods can also be used:

1. Гидрирование галоидсодержащего органического вещества в присутствии никелевого катализатора. Количество образующейся при этом галоидоводородной кислоты обычно определяется объемным методом.1. Hydrogenation of a halogen-containing organic substance in the presence of a nickel catalyst. The amount of hydrohalic acid formed in this case is usually determined by the volumetric method.

2. Разложение органического вещества металлическими натрием, кальцием или литием в соответствующих растворителях (спирты, этаноламин, диоксан и др.). Образующиеся при этом галоидные соли идентифицируются одним из методов неорганического анализа.2. The decomposition of organic matter by metallic sodium, calcium or lithium in appropriate solvents (alcohols, ethanolamine, dioxane, etc.). The halide salts formed in this process are identified by one of the inorganic analysis methods.

Определение азота [6]. Микроаналитическое определение азота проводится по методам Дюма и Кьельдаля. По методу Дюма органическое вещество, содержащее азот, сжигается за счет кислорода раскаленной окисью меди в трубке, наполненной двуокисью углерода. При этом углерод окисляется в двуокись углерода, водород - в воду, а весь содержащийся в веществе азот выделяется в виде элементарного азота, который количественно вытесняется углекислым газом в азотометр с раствором едкого калия. Углекислота поглощается щелочью, а газообразный азот собирается в верхней, градуированной части азотометра (обычно емкостью 2 мл с градуировкой до 0,01 мл), где измеряется его объем. После приведения полученного объема газа к нормальным условиям вычисляется процентное содержание азота в веществе.Determination of nitrogen [6]. Microanalytical determination of nitrogen is carried out according to the methods of Dumas and Kjeldahl. According to the Dumas method, an organic substance containing nitrogen is burned due to oxygen heated by copper oxide in a tube filled with carbon dioxide. In this case, carbon is oxidized to carbon dioxide, hydrogen to water, and all nitrogen contained in the substance is released in the form of elemental nitrogen, which is quantitatively displaced by carbon dioxide into a nitrogen meter with a solution of caustic potassium. Carbon dioxide is absorbed by alkali, and nitrogen gas is collected in the upper, graduated part of the nitrogen meter (usually with a capacity of 2 ml and graduated to 0.01 ml), where its volume is measured. After bringing the resulting gas volume to normal conditions, the percentage of nitrogen in the substance is calculated.

По методу Кьельдаля вещество, содержащее азот, разрушают концентрированной серной кислотой (в колбе Кьельдаля) в присутствии различных катализаторов (PtCl4, PdCl2, CuO, HgO, Se и др.), причем образуется сульфат аммония. Последний под действием щелочи выделяет свободный аммиак, который отгоняют с паром и титруют кислотой.According to the Kjeldahl method, a nitrogen-containing substance is destroyed by concentrated sulfuric acid (in a Kjeldahl flask) in the presence of various catalysts (PtCl 4 , PdCl 2 , CuO, HgO, Se, etc.), and ammonium sulfate is formed. The latter, under the action of alkali, releases free ammonia, which is distilled off with steam and titrated with acid.

Определение кислорода [6]. Определение кислорода обычно производится косвенным путем, если после определения процентного содержания в веществе всех найденных элементов сумма отличается от 100%, то разность и составляет процентное содержание кислорода. Единственный метод прямого определения кислорода в органических веществах, который можно считать надежным, заключается в восстановлении продуктов термического разложения вещества накаленным углем в токе азота. По этому методу вещество подвергают разложению в токе азота (предварительно тщательно очищенного от примеси кислорода) в кварцевой трубке. Продукты разложения проходят через накаленный до 1150°C слой гранулированной сажи. При этом кислород количественно переходит в окись углерода, которая, проходя через нагретый слой пятиокиси иода или окиси меди, количественно окисляется в двуокись углерода.Determination of oxygen [6]. The determination of oxygen is usually carried out indirectly, if after determining the percentage in the substance of all the elements found, the amount differs from 100%, then the difference is the percentage of oxygen. The only method for the direct determination of oxygen in organic substances, which can be considered reliable, is to restore the products of thermal decomposition of the substance by charcoal in a stream of nitrogen. According to this method, the substance is decomposed in a stream of nitrogen (previously thoroughly purified from oxygen impurities) in a quartz tube. Decomposition products pass through a layer of granular soot heated to 1150 ° C. In this case, oxygen quantitatively passes into carbon monoxide, which, passing through a heated layer of iodine pentoxide or copper oxide, is quantitatively oxidized to carbon dioxide.

Если органическое вещество, кроме углерода, водорода, кислорода и азота, содержит также другие элементы, то их можно определять после предварительного окисления вещества нагреванием с дымящей азотной кислотой (сожжение по Кариусу). При этом галоиды определяют в виде галогенидов серебра, серу - в виде сульфата бария, фосфор - в виде пирофосфата магния. Металлы, содержащиеся в веществе, могут быть также определены обычными методами неорганической химии.If organic matter, in addition to carbon, hydrogen, oxygen and nitrogen, also contains other elements, then they can be determined after preliminary oxidation of the substance by heating with fuming nitric acid (Carius burning). In this case, halogens are determined in the form of silver halides, sulfur in the form of barium sulfate, phosphorus in the form of magnesium pyrophosphate. The metals contained in a substance can also be determined by conventional inorganic chemistry methods.

Определение галогенов. Для определения галогенов широко используют колбовый метод, называемый метод Шенигера и восстановительный (аммиачный) метод [3, 5, 6].Definition of halogens. To determine halogens, the flask method, called the Schoeniger method and the reduction (ammonia) method, are widely used [3, 5, 6].

- Определение хлора и брома (колбовый метод). В последнее время для определения галогенов широко применяют колбовый метод, называемый также методом Шенигера. Этот метод разложения настолько прост, что завоевал широкое признание. Колбовый метод состоит в разложении вещества сожжением навески, завернутой в фильтровальную бумагу и помещенной в платиновую сетку или спираль, находящуюся в центре колбы, наполненной кислородом. Продукты горения поглощаются щелочью, а образовавшиеся галогениды определяют меркурометрическим титрованием с дифенилкарбазоном в качестве индикатора.- Determination of chlorine and bromine (flask method). Recently, the flask method, also called the Schoeniger method, is widely used to determine halogens. This decomposition method is so simple that it is widely recognized. The flask method consists in decomposing a substance by burning a sample wrapped in filter paper and placed in a platinum mesh or spiral located in the center of the flask filled with oxygen. Combustion products are absorbed by alkali, and the resulting halides are determined by mercury titration with diphenylcarbazone as an indicator.

- Определение галогенов восстановительным (аммиачным) методом. Метод основан на разложении органического соединения в атмосфере газообразного аммиака в кварцевой трубке при 700-750°C. Аммиак из баллона через вентиль тонкой регулировки поступает в кварцевую трубку.- Determination of halogens by the reduction (ammonia) method. The method is based on the decomposition of an organic compound in an atmosphere of gaseous ammonia in a quartz tube at 700-750 ° C. Ammonia from the cylinder through the fine adjustment valve enters the quartz tube.

- Фотометрическое определение хлора. Метод основан на минерализации олигомера в колбе с кислородом и последующем нефелометрическом определении хлора по реакции с нитратом серебра в азотнокислой среде. Чувствительность метода 0,01 мг в 25 мл фотометрируемого раствора.- Photometric determination of chlorine. The method is based on the mineralization of the oligomer in a flask with oxygen and the subsequent nephelometric determination of chlorine by reaction with silver nitrate in a nitric acid medium. The sensitivity of the method is 0.01 mg in 25 ml of photometric solution.

Известна методика [7] определения содержания свободных OН-групп в олигооксетандиолах с помощью метода ИК-спектроскопии. Методика основана на определении зависимости отношения оптических плотностей полосы поглощения свободных ОH-групп при υ=3617 см-1 и оптической плотности полосы поглощения OН-групп, связанных межмолекулярными водородными связями при υ=3348 см-1. Методика предназначена для определения содержания свободных групп в оксетандиолах и не пригодна для определения содержания элементного состава олигомеров на основе 3,3-бис(азидометил)оксетана (БАМО). Данная методика предназначена для определения содержания гидроксильных групп в образцах.A known method [7] for determining the content of free OH groups in oligoxetanediols using the method of IR spectroscopy. The technique is based on determining the dependence of the ratio of the optical densities of the absorption band of free OH groups at υ = 3617 cm -1 and the optical density of the absorption band of OH groups associated with intermolecular hydrogen bonds at υ = 3348 cm -1 . The technique is designed to determine the content of free groups in oxetanediols and is not suitable for determining the elemental composition of oligomers based on 3,3-bis (azidomethyl) oxetane (BAMO). This technique is designed to determine the content of hydroxyl groups in samples.

При определении содержания свободных ОH-групп используется перегиб полосы при υ=3617 см-1, который обуславливается широкой сложной формой полосы поглощения ОH-групп. В данном случае происходит наложение ряда полос поглощения, обусловленных как свободными полосами поглощения, так и связанными меж- и внутримолекулярными связями.When determining the content of free OH-groups, the band bend is used at υ = 3617 cm -1 , which is caused by the wide complex shape of the absorption band of OH-groups. In this case, a number of absorption bands are superimposed due to both free absorption bands and coupled inter- and intramolecular bonds.

Поскольку в качестве опорной полосы поглощения выбрана полоса поглощения ОН-групп при υ=3348 см-1, следует отметить, что величина оптической плотности данной полосы сильно зависит от молекулярного строения электроноакцептора O-Н+ и электронодонора O-R-, образующих Н комплексы вида O-Н…O…R. Одним из основных критериев существования Н-связи является сдвиг частоты Δυ полосы поглощения, обусловленной межмолекулярными связями и изменением величины оптической плотности данной полосы.Since the absorption band of OH groups at υ = 3348 cm -1 was chosen as the reference absorption band, it should be noted that the optical density of this band strongly depends on the molecular structure of the electron acceptor O-H + and the electron donor OR-, which form Н complexes of the form O- N ... O ... R. One of the main criteria for the existence of an H-bond is a shift in the frequency Δυ of the absorption band due to intermolecular bonds and a change in the optical density of this band.

Поэтому использование полосы поглощения межмолекулярных связей ОН-групп при υ=3348 см-1 вызовет сильные колебания в соотношении оптических плотностей полос поглощения свободных ОН-групп и ОН-групп, связанных межмолекулярными связями. При этом возможно значительное увеличение относительной погрешности определения содержания функциональных групп - свободных ОН-групп.Therefore, the use of the absorption band of intermolecular bonds of OH groups at υ = 3348 cm -1 will cause strong fluctuations in the ratio of the optical densities of the absorption bands of free OH groups and OH groups connected by intermolecular bonds. In this case, a significant increase in the relative error in determining the content of functional groups — free OH groups — is possible.

Наиболее близким техническим решением является способ определения элементного (CHN)-анализа автоматическим методом [2]. Принцип работы CHN-анализаторов состоит в том, что проба органического вещества подвергается окислительному разложению в реакторе. Это разложение начинается в месте расположения пробы и заканчивается в специальной зоне доокисления. Затем газообразные продукты разложения проходят через восстановительную зону, где поглощается избыток кислорода, введенного в реактор или выделенного реагентами, а также осуществляется восстановление оксидов азота до элементного азота. С целью разделения смеси газов используют обычно газовую хроматографию, селективную адсорбцию или их сочетание. Содержание продуктов окисления измеряют, применяя термокондуктометрический детектор (катарометр).The closest technical solution is the method for determining the elemental (CHN) analysis by the automatic method [2]. The principle of operation of CHN analyzers is that a sample of organic matter undergoes oxidative decomposition in a reactor. This decomposition begins at the location of the sample and ends in a special oxidation zone. Then, the gaseous decomposition products pass through the reduction zone, where the excess of oxygen introduced into the reactor or separated by reagents is absorbed, and nitrogen oxides are reduced to elemental nitrogen. In order to separate a gas mixture, gas chromatography, selective adsorption, or a combination thereof are usually used. The content of oxidation products is measured using a thermoconductometric detector (katharometer).

Недостатком этого способа является сложность, высокая стоимость аппаратуры, так как необходим второй реактор для восстановления продуктов распада, необходимость использования дополнительных детекторов для определения кислорода и хлора и высокая точность взвешивания (как правило, до 0,001 мг). Кроме того, требуется подача кислорода и гелия очень высокой степени чистоты (99,99%) в качестве газа-реагента для окисления в достаточно больших количествах (2-5 л на анализ).The disadvantage of this method is the complexity, high cost of the equipment, since a second reactor is needed to restore the decay products, the need to use additional detectors for oxygen and chlorine determination, and high weighing accuracy (usually up to 0.001 mg). In addition, oxygen and helium are required to be supplied in a very high degree of purity (99.99%) as a reagent gas for oxidation in sufficiently large quantities (2-5 L per analysis).

Целью настоящего изобретения является упрощение элементного анализа, повышение его экспрессности и одновременное определение азота, водорода, углерода, кислорода, хлора.The aim of the present invention is to simplify elemental analysis, increase its expressivity and the simultaneous determination of nitrogen, hydrogen, carbon, oxygen, chlorine.

Для этого предлагается использовать только один прибор - ИК-спектрометр, который является широко распространенным и универсальным прибором. Данная цель достигается тем, что в способе определения элементного состава олигомеров на основе 3,3-бис(азидометил)оксетана (БАМО) методом ИК-спектроскопии образцы снимали в виде пленок на подложке из KBr в диапазоне 4000-400 см-1.For this, it is proposed to use only one device - an IR spectrometer, which is a widespread and universal device. This goal is achieved by the fact that in the method for determining the elemental composition of oligomers based on 3,3-bis (azidomethyl) oxetane (BAMO) by IR spectroscopy, the samples were removed as films on a KBr substrate in the range of 4000-400 cm -1 .

Содержание азота определяли снимая ИК-спектры в жидкостной кювете из CaF2 толщиной 0,067 мм, хлора - в жидкостной кювете из KBr толщиной 0,02 мм в области 2200-700 см-1. При этом азот определяли по графику зависимости величины оптической плотности полосы N3 (D2100) от содержания азота в олигомере; хлор - по графику зависимости оптической плотности полосы поглощения С-Cl при υ=740 см-1 от содержания хлора.The nitrogen content was determined by taking the IR spectra in a liquid cuvette from CaF 2 with a thickness of 0.067 mm, chlorine in a liquid cuvette from KBr with a thickness of 0.02 mm in the region of 2200-700 cm -1 . In this case, nitrogen was determined from the graph of the dependence of the optical density of the N 3 (D 2100 ) band on the nitrogen content in the oligomer; chlorine - according to the graph of the optical density of the absorption band of C-Cl at υ = 740 cm -1 on the chlorine content.

Разработанный способ позволяет получить полный элементный состав (С, Н, N, О, Cl) по ИК-спектрам образца. Метод ИК-спектроскопии выбран в связи с его широкими возможностями при идентификации структурных фрагментов молекул и установлении по ним элементного состава.The developed method allows to obtain the complete elemental composition (C, H, N, O, Cl) from the IR spectra of the sample. The method of IR spectroscopy was chosen due to its wide capabilities in identifying structural fragments of molecules and establishing elemental composition from them.

В качестве исследуемых образцов анализировали 3,3-бис(азидометил)оксетан (о-БАМО) и олигомеры на его основе (соолигомер БАМО и глицидилазида (олиго-БГА), соолигомер БАМО и тетрагидрофурана (олиго-БАМТ) и др.) (см. таблицу).As the studied samples, 3,3-bis (azidomethyl) oxetane (o-BAMO) and oligomers based on it (co-oligomer BAMO and glycidyl azide (oligo-BHA), co-oligomer BAMO and tetrahydrofuran (oligo-BAMT), etc.) were analyzed (see . table).

При определении элементного анализа ИК-спектры образцов снимались в виде пленок на подложке из KBr. Пленку готовили в виде расплава или раствора в диметилформамиде (ДМФА), высушенных в сушильном шкафу до исчезновения характерных полос растворителя. Выбор ДМФА обусловлен тем, что он является эффективным растворителем и слабо поглощает в области поглощения азидной и С-Cl-группы. По данным обработки базовых спектров был построен калибровочный график зависимости величины отношения оптической плотности азидной полосы N3 к оптической плотности полосы С-О-С (D2100/D1100) от содержания в олигомере азота, определенным элементным анализом. При этом получена линейная зависимость с коэффициентом корреляции R2=0,99 (фиг.1). Используя полученную зависимость, можно определять содержание азота в олигомере.When determining elemental analysis, the IR spectra of the samples were recorded as films on a KBr substrate. The film was prepared in the form of a melt or solution in dimethylformamide (DMF), dried in an oven until characteristic solvent bands disappeared. The choice of DMF is due to the fact that it is an effective solvent and weakly absorbs in the absorption region of the azide and C-Cl groups. Based on the processing of the basic spectra, a calibration graph was constructed for the ratio of the ratio of the optical density of the azide band N 3 to the optical density of the С-О-С band (D 2100 / D 1100 ) versus the nitrogen oligomer content determined by elemental analysis. In this case, a linear relationship with a correlation coefficient of R 2 = 0.99 (Fig. 1) is obtained. Using the obtained dependence, it is possible to determine the nitrogen content in the oligomer.

Затем строили зависимость величины отношения оптической плотности полосы N3 к полосе С-О-С (D2100/D1100) от отношения содержания азота и углерода в олигомере (фиг.2); зависимость величины отношения оптической плотности полосы N3 к полосе СН2 (D2100/D2900) от отношения содержания азота и водорода в олигомере (фиг.3); зависимость величины отношения оптической плотности полосы N3 к оптической плотности полосы С-О-С (D2100/D1100) от отношения содержания азота и кислорода (фиг.4). Для калибровки использовали образцы, элементный состав которых (С, Н, N) был определен на элементном анализаторе «PerkinElmer» серии 2400, хлор - по методу Шенингера, кислород - за вычетом из 100%.Then, the dependence of the ratio of the optical density of the N 3 band to the C-O-C band (D 2100 / D 1100 ) on the ratio of the nitrogen and carbon content in the oligomer was constructed (FIG. 2); the dependence of the ratio of the optical density of the strip N 3 to the band of CH 2 (D 2100 / D 2900 ) on the ratio of the nitrogen and hydrogen content in the oligomer (figure 3); the dependence of the ratio of the optical density of the strip N 3 to the optical density of the strip С-О-С (D 2100 / D 1100 ) on the ratio of the nitrogen and oxygen contents (Fig. 4). For calibration, samples were used whose elemental composition (C, H, N) was determined on a 2400 series PerkinElmer elemental analyzer, chlorine according to the Schoeninger method, oxygen minus 100%.

Наличие в структуре атомов водорода обусловлено, главным образом, СН2-группами, поэтому, зная содержание азота в образце по отношению оптической плотности азидной полосы к полосе СН2, можно определить содержание водорода.The presence of hydrogen atoms in the structure is mainly due to CH 2 groups; therefore, knowing the nitrogen content in the sample from the ratio of the optical density of the azide band to the CH 2 band, one can determine the hydrogen content.

Исходя из структуры исследуемых образцов, видно, что содержание кислорода обусловлено наличием С-O-С-групп, что позволяет нам использовать для кислорода графики зависимости отношения оптических плотностей азидной и С-О-С-групп от отношений содержаний азота и кислорода. Учитывая линейность полученных зависимостей, можно также определять содержание кислорода в олигомерах при заранее определенном содержании азота.Based on the structure of the samples under study, it is evident that the oxygen content is due to the presence of C — O — C groups, which allows us to use graphs for the dependence of the ratio of the optical densities of the azide and C — O — C groups on the ratios of nitrogen and oxygen contents for oxygen. Given the linearity of the obtained dependencies, it is also possible to determine the oxygen content in the oligomers at a predetermined nitrogen content.

Таким образом, зная содержание азота, определенное по графику (фиг.1), и используя графики (фиг.2-4), можно определить содержание углерода, водорода и кислорода.Thus, knowing the nitrogen content determined by the schedule (figure 1), and using the graphs (figure 2-4), you can determine the content of carbon, hydrogen and oxygen.

Поскольку хлор в олигомерах находится в виде группы С-Cl - это обстоятельство может быть использовано для определения содержания хлора в образце по интенсивности полосы С-Cl. Определение хлора в олигомерах определяли по тому же ИК-спектру, по отношению оптической плотности аналитической полосы поглощения при υ=740 см-1 по отношению к полосе СН2-групп при υ=2900 см-1. В качестве базовой полосы нами была выбрана полоса СН2, поскольку она обладает наибольшей стабильностью. При этом получена линейная зависимость с коэффициентом корреляции R2=0,92 (фиг.5).Since chlorine in the oligomers is in the form of a C-Cl group, this circumstance can be used to determine the chlorine content in the sample by the intensity of the C-Cl band. The determination of chlorine in oligomers was determined by the same IR spectrum as the optical density of the analytical absorption band at υ = 740 cm -1 with respect to the band of CH 2 groups at υ = 2900 cm -1 . As the base band, we chose the CH 2 band, since it has the greatest stability. In this case, a linear relationship with a correlation coefficient R 2 = 0.92 was obtained (Fig. 5).

Также возможно снятие спектров в жидкостной кювете в области 2200-700 см-1. Нами использовалась жидкостная кювета из CaF2 толщиной 0,067 мм, образец готовили в виде раствора в ДМФА в соотношении 0,075 г олиго-БАМО на 10 см3 ДМФА для определения элементного анализа и кювета толщиной 0,02 мм из KBr с концентрацией образца 0,2 г на 1 см3 ДМФА для определения остаточного хлора.It is also possible to take spectra in a liquid cuvette in the region of 2200-700 cm -1 . We used a liquid cuvette from CaF 2 with a thickness of 0.067 mm, the sample was prepared in the form of a solution in DMF at a ratio of 0.075 g oligo-BAMO per 10 cm 3 DMF to determine elemental analysis and a cuvette with a thickness of 0.02 mm from KBr with a sample concentration of 0.2 g per 1 cm 3 DMF to determine the residual chlorine.

Коэффициент корреляции, полученный при использовании жидкостной кюветы немного выше (см. фиг.6, 7), чем при снятии образца в пленке, поскольку в случае использования жидкостной кюветы анализируется исключительно азидная группа и группа С-Cl, и полученная линейная зависимость позволяет определять азот и остаточный хлор в олигомерах.The correlation coefficient obtained when using a liquid cuvette is slightly higher (see Fig. 6, 7) than when taking a sample in a film, since in the case of using a liquid cuvette, only the azide group and the C-Cl group are analyzed, and the obtained linear dependence allows determination of nitrogen and residual chlorine in oligomers.

Определение азота и хлора при использовании жидкостной кюветы дает более точный результат, но оно более трудоемкое в сравнении с использованием пленки на подложке из KBr и неприменимо для образцов с высокой молекулярной массой (>20000 г/моль) в связи с их плохой растворимостью в ДМФА.Determination of nitrogen and chlorine using a liquid cuvette gives a more accurate result, but it is more laborious in comparison with the use of a film on a KBr substrate and is not applicable for samples with a high molecular weight (> 20,000 g / mol) due to their poor solubility in DMF.

Таким образом, нами разработан эффективный, достаточно простой и экспрессный способ определения элементного состава олигомеров на основе БАМО, сокращающий время анализа втрое. В силу широкой распространенности и доступности метод ИК-спектрометрии может быть использован практически в любой лаборатории. Полученная информация позволяет сделать корректный вывод об элементном составе образцов олигомеров.Thus, we have developed an effective, fairly simple and rapid method for determining the elemental composition of BAMO-based oligomers, which reduces the analysis time by three. Due to its wide distribution and availability, the IR spectrometry method can be used in almost any laboratory. The information obtained allows us to draw the correct conclusion about the elemental composition of oligomer samples.

Также предлагаемый способ позволяет одновременно определять азот, водород, углерод, кислород, хлор. Преимуществом предлагаемого метода является то, что отпадает необходимость в использовании дефицитных и дорогостоящих реагентов, взвешивания с высокой точностью, а также работы с газами, простота и экспрессность метода.Also, the proposed method allows you to simultaneously determine nitrogen, hydrogen, carbon, oxygen, chlorine. The advantage of the proposed method is that there is no need to use scarce and expensive reagents, weighing with high accuracy, as well as working with gases, the simplicity and expressness of the method.

Результаты сравнения двух методов анализа представлены в таблице.The results of the comparison of the two analysis methods are presented in the table.

Figure 00000001
Figure 00000001

Источники информацииInformation sources

1. Прянишников Н.Д. Практикум по органической химии. - М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1956. - 244 с.1. Pryanishnikov ND Workshop on Organic Chemistry. - M.: State scientific and technical publishing house of chemical literature, 1956. - 244 p.

2. Гельман Н.Э. Методы количественного органического элементного микроанализа. - М.: Химия, 1987. - 296 с.2. Gelman N.E. Methods of quantitative organic elemental microanalysis. - M.: Chemistry, 1987 .-- 296 p.

3. Климова В.А. Основные микрометоды анализа органических соединений. 2 изд., доп. - М.: Химия, 1975. - 223 с.3. Klimova V.A. The main micromethods for the analysis of organic compounds. 2 ed., Ext. - M .: Chemistry, 1975 .-- 223 p.

4. Коршун М.О., Климова В.А. / ЖАХ. - 1951. Т.6. №4. - 230 с.4. Korshun M.O., Klimova V.A. / SUCH. - 1951.V.6. Number 4. - 230 p.

5. Сборник методов микроанализа различных соединений / Под ред. Н.А. Исаковой. - Л.; ВНИИСК, 1968. - 104 с.5. Collection of methods for microanalysis of various compounds / Ed. ON. Isakova. - L .; VNIISK, 1968 .-- 104 p.

6. Калинина Л.С., Моторина М.А., Никитина Н.И., Хачапуридзе Н.А. Анализ конденсированных олигомеров. - М.: Химия, 1984. - 296 с.6. Kalinina L.S., Motorina M.A., Nikitina N.I., Khachapuridze N.A. Analysis of condensed oligomers. - M .: Chemistry, 1984. - 296 p.

7. Тарасов А.Е. Исследование кинетики и механизма полимеризации замещенных оксетанов под действием эфирата трехфтористого бора в присутствии этиленгликоля. - Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук. Черноголовка - 2011 г. - 8-9 с.7. Tarasov A.E. Investigation of the kinetics and polymerization mechanism of substituted oxetanes under the influence of boron trifluoride etherate in the presence of ethylene glycol. - Abstract of the dissertation for the degree of candidate of chemical sciences. Chernogolovka - 2011 - 8-9 s.

Claims (1)

Способ определения содержания элементного состава олигомеров на основе 3,3-бис(азидометил)оксетана (БАМО), отличающийся тем, что определение элементного состава олигомеров на основе БАМО проводится по оптическим плотностям полос поглощения ИК-спектра образцов в виде пленки, приготовленной из расплава олигомера или его раствора в диметилформамиде, в области 400-4000 см-1, который обуславливает содержание азота, углерода, водорода, кислорода и хлора в исследуемых образцах по интенсивности полос поглощения N3-группы, CCl-групп по отношению к оптическим плотностям СН2- или C-O-C-групп, при этом азот определяют по графику зависимости величины отношения оптической плотности полосы N3 к оптической плотности полосы СОС от содержания азота в олигомере, углерод - по графику зависимости величины отношения оптической плотности полосы N3 к оптической плотности полосы COC от отношения содержания азота и углерода, водород - по графику зависимости величины отношения оптической плотности полосы N3 к оптической плотности полосы СН2 от отношения содержания азота и водорода, кислород - по графику зависимости величины отношения оптической плотности полосы N3 к оптической плотности полосы СОС от отношения содержания азота и кислорода, хлор - по графику зависимости величины отношения оптической плотности полосы ССl к оптической плотности полосы СН2 от содержания остаточного хлора. The method for determining the elemental composition of oligomers based on 3,3-bis (azidomethyl) oxetane (BAMO), characterized in that the determination of the elemental composition of oligomers based on BAMO is carried out by the optical density of the absorption bands of the IR spectrum of the samples in the form of a film prepared from molten oligomer or its solution in dimethylformamide, in the region of 400-4000 cm -1 , which determines the content of nitrogen, carbon, hydrogen, oxygen and chlorine in the samples under study according to the intensity of the absorption bands of the N 3 group, CCl groups with respect to opt nical densities CH 2 - or COC-groups, wherein the nitrogen is determined by plotting the ratio of absorbance bands N 3 to the absorbance SOS the nitrogen content of the strip in the oligomer, carbon - by plotting the ratio of absorbance bands N 3 to the absorbance COC strip on the ratio of nitrogen and carbon, hydrogen - by plotting the ratio of absorbance bands 3 N to an absorbance band of the ratio of CH 2 of nitrogen and hydrogen, oxygen - on schedule for isimosti the ratio of the optical density of band 3 N to an absorbance band SOS on the ratio of nitrogen and oxygen, chlorine - by plotting the ratio of the optical density to CCl band absorbance band CH2 residual chlorine content.
RU2013119671/04A 2013-04-26 2013-04-26 Method of determining element composition of polymers and oligomers based on 3,3-bis(azidomethyl) oxetane (bamo) by method of ir-spectroscopy RU2537387C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013119671/04A RU2537387C2 (en) 2013-04-26 2013-04-26 Method of determining element composition of polymers and oligomers based on 3,3-bis(azidomethyl) oxetane (bamo) by method of ir-spectroscopy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013119671/04A RU2537387C2 (en) 2013-04-26 2013-04-26 Method of determining element composition of polymers and oligomers based on 3,3-bis(azidomethyl) oxetane (bamo) by method of ir-spectroscopy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013119671A RU2013119671A (en) 2014-11-10
RU2537387C2 true RU2537387C2 (en) 2015-01-10

Family

ID=53288315

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013119671/04A RU2537387C2 (en) 2013-04-26 2013-04-26 Method of determining element composition of polymers and oligomers based on 3,3-bis(azidomethyl) oxetane (bamo) by method of ir-spectroscopy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2537387C2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2044736C1 (en) * 1989-12-07 1995-09-27 Санкио Компани Лимитед Fungicidal oxetane derivatives and salts thereof
US6891013B1 (en) * 1992-07-10 2005-05-10 Aerojet-General Corporation Fluorinated polyurethane elastomers prepared from polyether prepolymers formed from mono-substituted fluorinated oxetane monomers and tetrahydrofuran

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2044736C1 (en) * 1989-12-07 1995-09-27 Санкио Компани Лимитед Fungicidal oxetane derivatives and salts thereof
US6891013B1 (en) * 1992-07-10 2005-05-10 Aerojet-General Corporation Fluorinated polyurethane elastomers prepared from polyether prepolymers formed from mono-substituted fluorinated oxetane monomers and tetrahydrofuran

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Гельман Н.Э. Методы количественного органического элементного микроанализа., М., Химия, 1987, с.296. Тарасов Александр Евгеньевич «Исследование кинетики и механизма полимеризации замещенных оксетанов под действием эфирата трехфтористого бора в присутствии этиленгликоля, Автореферат дисс. на соискание ученой степени к.х.н., 2011, Черноголовка, с.128. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013119671A (en) 2014-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3996002A (en) Method and apparatus for measuring the n-nitroso compound content of a sample
US3996008A (en) Specific compound detection system with gas chromatograph
US3884639A (en) Process for analyzing mercury
US3996004A (en) Detection system with liquid chromatograph
RU2537387C2 (en) Method of determining element composition of polymers and oligomers based on 3,3-bis(azidomethyl) oxetane (bamo) by method of ir-spectroscopy
US3996009A (en) Specific compound detection system
CN113049665B (en) Apparatus and method for measuring content of sulfur isotope
US3322504A (en) Organic carbon determination and measurement
Volkov et al. Sorption behavior of strontium ions in humic acid solutions
Barakoti et al. Formaldehyde analysis in non-aqueous methanol solutions by infrared spectroscopy and electrospray ionization
Shott et al. Determination of Traces of Nickel and Vanadium in Petroleum Distillates. An X-Ray Emission Spectrographic Method Based on a New Rapid-Ashing Procedure
Beuerman et al. Determination of Sulfur in Organic Compounds by Gas Chromatography.
Gahler et al. Colorimetric determination of nickel with alpha-furildioxime
Leighton et al. The Photolysis of the Aliphatic Aldehydes. I. Propionaldehyde
NL8000450A (en) METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING VOLATILE METAL HYDRIDES
Baltisberger et al. The differentiation of submicrogram amounts of inorganic and organomercury in water by flameless atomic absorption spectrometry
CN114002174B (en) Ultraviolet absorption spectrometry for accurately measuring silver ion content
US3589868A (en) Apparatus for quantitative analysis of a particular constituent of a sample
Midwood Recent developments in the analysis of light isotopes by continuous flow isotope ratio mass spectrometry
Barton Deuterium isotope effects in the gas phase oxidation of formaldehyde by nitrogen dioxide
KR100411237B1 (en) Kit for Examining Water Quality
Ma et al. Organic microchemistry
Hara et al. Pyrolytic Sulfurization Gas Chromatography. IX. Determination of the Atomic Ratio between C, H, O, N, Cl, Br, and I in an Organic Halogen Compound
CN105319112A (en) Method and device for analyzing hydrogen and diffusible hydrogen
Wardencki Isolation and determination of volatile organic sulphur compounds in aqueous solutions