中红外光谱法测定车用尿素含量

2021-08-02谭良锋邹国雁黄俊源

当代化工研究 2021年14期

＊谭良锋邹国雁黄俊源

（广东省茂名市质量计量监督检测所广东 525000）

1.引言

机动车排放的治理成为日益紧迫的任务[1]。车用尿素是柴油车SCR系统的尾气净化液，是柴油车达到国四排放标准的必备产品，车用尿素溶液的规范使用对于柴油车尾气排放控制具有深刻影响[2]。重型卡车、客车等柴油车要达到国四排放标准，在尾气处理上就要选用适合的SCR系统，而这项系统就是利用尿素溶液对尾气中的氮氧化物进行处理。车用尿素溶液中的尿素浓度对SCR系统的NOx转化率有直接影响[3]。

车用尿素术语是柴油发动机氮氧化物还原剂尿素水溶液（AUS32），在我国执行GB 29518-2013[4]。标准规定尿素含量（质量分数，%）为31.8～33.2。国标附录A规定了尿素含量的测定方法。该方法通过将样品燃烧，使样品的氮全部转化为氮氧化物，去除干扰成分后，氮氧化物被定量还原成分子氮，再通过热导检测器来定量，同时需扣除缩二脲中的氮计算出结果。吕飞建立杜马斯燃烧法检测进出口尿素中氮的含量[5]。该测试方法对仪器灵敏度要求高，仪器开机升温需要2～3h才能达到恒定温度，同时需要经常维护灰化管，还原管，成本较高。应强先[6]通过对车用尿素产品中尿素含量测定方法进行研究和系列实验.建立了新的车用尿素中尿素含量的测定方法（甲醛法）[6]。该测试方法步骤相对复杂，操作不方便。

本文利用中红外光谱法进行识别并建立校正模型，从而可以快速对车用尿素的含量进行分析。

2.实验部分

(1)仪器与试剂

傅立叶变换红外光谱仪，iS10，美国赛默-飞世尔；

电子分析天平，BSA224S，德国赛多利斯；

杜马斯燃烧法定氮仪，D100，济南海能；

尿素标准品，纯度99.99%；

超纯水。

(2)标准溶液标准

采用超纯水和尿素标准品，配制尿素含量25%、30%、35%、40%的标准溶液。

(3)红外光谱条件及谱图采集

以空气为背景，扫描次数32次，分辨率2，最终格式“吸光度”，衰减全反射（ATR）附件，使用分析软件TQ Analyst进行光谱数据的出来。

3.结果与讨论

(1)尿素水溶液特征峰识别

尿素CO(NH2)2水溶液红外光谱如图1所示，由图1中可以看出水的吸收峰在3600cm-1～3100cm-1，覆盖了伯胺基（-NH2）在3500cm-1～3350cm-1反对称伸缩振动的吸收峰和3400cm-1～3250cm-1对称伸缩振动的吸收峰；1630cm-1～1690cm-1酰胺（-CO-N）吸收峰；1460cm-1是C-N伸展振动吸收；1157cm-1是NH2的平面摇摆振动。随着浓度的逐渐增大，1460cm-1和1157cm-1两处红外谱图的吸光度也逐渐增大，因此我们可以通过对1460cm-1和1157cm-1两处红外谱图出峰位置进行识别，从而达到定量的目的。

图1 尿素CO(NH2)2水溶液红外光谱图Fig.1 IR Spectrum of urea CO(NH2)2 aqueous solution

(2)校正模型的建立

采用超纯水和尿素标准品，配制尿素含量（质量分数）为25%、30%、35%、40%的工作曲线进行红外光谱分析。使用傅立叶变换红外光谱仪进行光谱数据的采集，利用配套的数据处理软件TQ Analyst对采集好的数据分析处理。在1460cm-1和1157cm-1分别以尿素含量（质量分数）与对应的吸收峰强度，根据Lambert-Beer定律建立校正模型实现定量。采用相关系数（Corr.coeff）来检验尿素定量分析模型的好坏，理想的校正模型相关系数是1，因此相关系数是越接近1说明校正模型的定量结果就越准确。本方法在1460cm-1和1157cm-1两个波段附近建立的校正模型，其相关系数（Corr.coeff）分别为0.9997和0.9997，表明该定量模型在进行尿素含量（质量分数）时准确性很好。在1460cm-1和1157cm-1波数的线性校正结果见图2。