МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ и СВОЙСТВ ПОЛИМЕРОВ

Лазерно-индуцированный эмиссионный спектральный анализ (LIESA)

Этот метод известен также под названиями «лазерно- индуцированная разрушающая спектроскопия» или «лазерный микро­анализ» и служит для бесконтактного измерения концентрации эле­ментов в твердом или жидком веществе в промышленных условиях (для непрерывного анализа состава жидкой стали, гомогенности рези­новой смеси в процессе смешения, анализа цемента, идентификации и определения толщины слоя наполнителя) [61].

Пульсирующий луч лазера ( продолжительность импульса не­сколько десятков не) фокусируется на поверхности пробы и вызывает кратковременно (Несколько десятков мке) образование горячей плаз­мы (несколько десятков тысяч градусов К). Плазменный луч направ­ляется в спектрометр, расщепляется и представляется в виде спектра. Многочисленные каналы детектора спектрометра регистрируют и преобразуют оптический сигнал в электрический и передают его в расчетное устройство для дальнейшей обработки спектра. Расчетное устройство определяет индивидуальную интенсивность в сложном суммарном спектре, учитывая как высоту пика, так и его ширину.

Например, в установке фирмы "Werner and Pfleiderer Gummitechnik GmbH" свет пульсирующего эксимерного лазера фик­сируется на воздухе или в атмосфере аргона на поверхности резино­вой шкурки (пластинка резины размером 200x200x3 мм). При силе освещения 3x109 Вт/см2 на поверхности примерно 0,2 мм2 возникает плазма; образовавшийся плазменный поток направляется в световой

-243- волновод длиной 1 ми далее - на решетку спектрометра. На фокаль­ной плоскости спектрометра происходит его расщепление в многока­нальном анализаторе. При стационарном положении решетки охваты­вается суммарная ширина спектра примерно 42 нм; другие области длин волн могут наблюдаться при соответствующем повороте решет­ки. Для измерений в области между 180 и 200 нм спектрометр необ­ходимо продувать азотом для удаления кислорода воздуха, который сильно абсорбируется плазмой.

В начальной фазе появления плазмы не фиксируется структура вещества, лишь в охлажденном плазменном облаке после протекания процессов рекомбинации можно установить спектральные линии ней­тральных и простых ионизированных элементов (S, С, Н, Si, Zn, Са, Са+, Mg, Mg+, Al, Fe, Ti), а также связанные группы и молекулы (С2, CN, СН, N2).

Для текущих исследований состава резин лазерные лучи на­правляются на резиновую пластинку двумя параллельными потоками с расстоянием между ними 2-5 см. Каждый из них производит изме­рения в 30 точках, расположенных через равные интервалы в 5 мм. В каждой точке производится 20 измерений, т. е. 20 обстрелов полимера. Разрушенный материал не окисляется, а уносится с резиновой пла­стинки, которая не нагревается и не подвулканизуется. Общая про­должительность измерений для одного потока составляет примерно 1 мин. Если для отдельных элементов стандартные отклонения велики, изменяются или заметен концентрационный градиент, направляют еще параллельный поток с 30 измерительными точками, чтобы уста­новить строго статистическое среднее значение.

LIES А - это метод относительный и поэтому нуждается в ка­либровке. Она производится с помощью внутреннего стандарта, и для определения в пробе отдельных элементов используется не абсолют­ная интенсивность аналитической линии, а соотношение интенсивно - стей аналитических линий относительно внутреннего стандарта (в данном случае - углерод). Чтобы провести калибровку, используют одну или несколько проб известного состава и строят прямолинейную зависимость соотношения интенсивностей от массового соотношения элементов. Калибровочные кривые отдельных элементов позволяют путем измерения соотношения интенсивностей пиков анализируемого

-244- элемента и углерода перейти к концентрационному соотношению Этих элементов. Так как все исследуемые пробы резин аналогичны, то Для пробы известного состава определяют химическим путем содер­жание элемента и дважды находят соотношение интенсивностей. Эта Точка соединяется прямой с нулевой точкой, а оси абсцисс и ординат нормируются в соответствии с данными химического анализа и ана­лиза RELMA (см. далее). Так получают калибровочную линию.