CN115236022A - 表征和预测前驱物火焰合成特性的方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种通过FTIR、TGA测量手段表征和预测前驱物火焰合成特性的方法及***，其中的方法包括：测量常规前驱物固体粉末及化合物为前驱物阳离子和添加剂阴离子的固体物粉末的TGA曲线及DTG曲线；测量前驱物‑溶剂混合溶液的TGA及DTG曲线；测量纯溶剂溶液及前驱物‑溶剂的ATG‑FTIR光谱；测量纯添加剂溶液、溶剂‑添加剂的混合溶液、前驱物‑溶剂‑添加剂的混合溶液的TGA曲线；测量纯添加剂溶液、溶剂‑添加剂的混合溶液、前驱物‑溶剂‑添加剂的混合溶液的ATG‑FTIR光谱。本发明结合衰减全反射傅里叶变换红外光谱和热重分析，测量溶剂与添加剂混合前后的组分变化，能够预测采用不同添加剂‑前驱物溶液配方时溶液内前驱物的转化程度，简便快捷的推测合成产物形貌。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料合成技术领域，尤其涉及通过FTIR、TGA测量手段表征和预测前驱物火焰合成特性的方法。
背景技术
纳米氧化物颗粒材料凭借其出色的物理化学性能，在光学和催化等领域都展现出优异的应用价值，火焰合成作为一种在生成粒径均匀、高纯度、原子尺度均匀掺混的纳米复合颗粒材料上具有天然性能优势的方法，已经在纳米材料领域得到了广泛应用。不同的应用背景和功能需求对纳米颗粒的组成和形貌提出了更加复杂多样的要求，对火焰合成中常常选用价格低廉的无机盐(如金属硝酸盐)来作为前驱物，乙醇作为溶剂的组合，合成颗粒多呈现空心且粒径较大的特点，若采用羧酸作为添加剂，羧酸的存在会使溶液中形成挥发性的金属羧酸盐，从而使得前驱物经由蒸发-成核-碰撞-聚并的气相-颗粒相路径转变形成颗粒。这一结论表明，在采用廉价金属硝酸盐作为前驱物的情况下，可以考虑选择合适的溶剂来实现均相纳米氧化物颗粒的制备，而无需购买价格高昂的有机金属前驱物。但不同添加剂的具体作用机理以及对产物形貌的改善程度仍然未知。
因此，如何简便快捷的表征和预测前驱物火焰合成纳米颗粒物形貌已成为一个重要的研究问题，并有必要建立一套简便易行且能在室温和高温下分别测量前驱物溶液性质的前驱物-溶剂-添加剂***的测试方法。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种通过FTIR、TGA测量手段表征和预测前驱物火焰合成特性的方法，通过结合衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)和热重分析(TGA)方法，测量溶剂与添加剂混合前后的组分变化，能够预测采用不同添加剂-前驱物溶液配方时溶液内前驱物的转化程度，具有简便快捷的推测合成产物形貌的优点。
本发明提供的表征和预测前驱物火焰合成特性的方法，通过热重分析仪和红外光谱仪测量火焰合成过程中前驱物的特性，包括如下步骤：
S110：分别测量常规前驱物粉末和化学式为添加剂阴离子与所述前驱物阳离子结合的固体粉末的第一TGA曲线，并对所述第一TGA曲线进行一阶微分处理，得到第一DTG曲线；其中，所述第一TGA曲线用于表征所述前驱物粉末由固体转变为目标产物的分解过程，所述第一DTG曲线用于表征在所述分解过程中样品质量变化速率随温度的变化过程；
S120：测量所述前驱物粉末的前驱物-溶剂的混合溶液TGA曲线，并对所述混合溶液TGA曲线进行一阶微分处理，得到混合溶液DTG曲线；
S130：分别测量纯溶剂溶液及所述前驱物-溶剂的混合溶液的第一红外吸收光谱；
S140：分别测量纯添加剂溶液、溶剂-添加剂的混合溶液、前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的第三TGA曲线，并对所述第三TGA曲线进行一阶微分处理，得到第三DTG曲线；
S150：分别测量所述纯添加剂溶液、所述溶剂-添加剂的混合溶液、所述前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的第二红外吸收光谱。
进一步，可选的方案为，在S110中，进一步包括，通过对比常规前驱物粉末与所述化学式为添加剂阴离子与前驱物阳离子结合的固体粉末的结果，得到所述添加剂与所述前驱物结合后，对所述前驱物分解形成产物路径的改变。
进一步，可选的方案为，在S120中，进一步包括，根据所述混合溶液TGA曲线和所述混合溶液DTG曲线，通过分析测量所述混合溶液TGA曲线时的升温过程中吸热及放热的信息，得到反映样品质量变化的各阶段的质量损失，将所述混合溶液TGA曲线与S110中的所述前驱物粉末的第一TGA曲线进行对比，以获得所述前驱物加入所述溶剂后，分解路径的改变。
进一步，可选的方案为，在S130中，进一步包括，通过对比纯溶剂溶液的第一红外吸收光谱和所述混合溶液的第一红外吸收光谱中的特征吸收峰，得到所述前驱物溶于溶剂后，是否发生化学反应产生新的物质。
进一步，可选的方案为，在S140中，进一步包括，通过对比所述第三TGA曲线和所述第三DTG曲线与S110中的所述第一TGA曲线和所述第一DTG曲线的特征峰值，确定所述添加剂与所述前驱物是否完全结合；其中，
若所述前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的第三TGA曲线与所述化学式为添加剂阴离子与前驱物阳离子结合的固体粉末的第一TGA曲线的失重阶梯形状类似，且所述第一DTG曲线与所述第三DTG曲线对应的最大质量损失区间内的峰值点相吻合，认为所述添加剂完全与所述前驱物结合。
进一步，可选的方案为，所述添加剂完全与所述前驱物结合，说明所有的前驱物阳离子均与添加剂阴离子相结合，产物生成路线将从常规前驱物分解路径转为化学式为添加剂阴离子与前驱物阳离子结合的物质的分解路径。
进一步，可选的方案为，在S150中，进一步包括，通过对比三种所述第二红外吸收光谱的峰值信息，确定所述添加剂是否与溶剂发生化学反应形成新的物质，以及所述前驱物是否与添加剂发生化学反应形成新的物质。
本发明还保护一种表征和预测前驱物火焰合成特性的***，其特征在于，通过热重分析仪和红外光谱仪测量火焰合成过程中前驱物的特性，包括：
固体粉末热重测量单元，用于分别测量常规前驱物粉末和化学式为添加剂阴离子与所述前驱物阳离子结合的固体粉末的第一TGA曲线，并对所述第一TGA曲线进行一阶微分处理，得到第一DTG曲线；其中，所述第一TGA曲线用于表征所述前驱物粉末由固体转变为目标产物的分解过程，所述第一DTG曲线用于表征在所述分解过程中样品质量变化速率随温度的变化过程；
混合溶液热重测量单元，用于测量所述前驱物粉末的前驱物-溶剂的混合溶液TGA曲线，并对所述混合溶液TGA曲线进行一阶微分处理，得到混合溶液DTG曲线；
第一红外测量单元，用于分别测量纯溶剂溶液及所述前驱物-溶剂的混合溶液的第一红外吸收光谱；
添加剂热重测量单元，用于分别测量纯添加剂溶液、溶剂-添加剂的混合溶液、前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的第三TGA曲线，并对所述第三TGA曲线进行一阶微分处理，得到第三DTG曲线；
第二红外测量单元，用于分别测量所述纯添加剂溶液、所述溶剂-添加剂的混合溶液、所述前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的第二红外吸收光谱。
本发明提供的表征和预测前驱物火焰合成特性的方法及***，具有如下有益效果：
(1)本发明构建的表征和预测前驱物火焰合成特性的方法及***，实现了在液相进给火焰合成的前驱物配制阶段对最终火焰合成产物形貌进行预测，避免了开展高温下液相进给火焰合成，收集产物并对其进行表征来得到前驱物配方对产物颗粒形貌的影响这种耗时长且花费较高的方法；
(2)本发明中所采用的热重分析仪以及红外光谱仪对火焰合成中前驱物特性进行测试，通过改变测试样品的温度，可以实现室温和高温下分别测量添加剂对前驱物的转化程度，能在不同温度下表征的测量前驱物-溶剂-添加剂***的性质，适应性广泛；
(3)本发明适用于对多种前驱物-溶剂-添加剂***，除了本发明实施实例中给出的氧化钇前驱物溶液***，对其他原理类似的，如二氧化钛，二氧化硅等前驱物溶液***，也能进行同样的预测。
附图说明
图1为根据本发明实施例的表征和预测前驱物火焰合成特性的方法的流程框图。
图2为根据本发明实施例的(a,b)硝酸钇和(c,d)2-乙基己酸钇固体粉末的TGA和DTG曲线图；
图3为根据本发明实施例的(a)硝酸钇的乙醇溶液的TGA曲线及(b)乙醇、硝酸钇的乙醇溶液的红外吸收光谱；
图4为根据本发明实施例的EHA、EHA与乙醇混合溶液、硝酸钇溶于EHA与乙醇所得前驱物溶液的(a)TGA和(b)DTG曲线；
图5为根据本发明实施例的EHA、EHA与乙醇混合溶液、硝酸钇溶于混合溶液所得前驱物溶液的红外吸收光谱；
图6为根据本发明实施例的异丁酸、异丁酸与乙醇混合溶液、硝酸钇溶于混合溶液所得前驱物溶液的(a,b)TGA和DTG曲线及(c)红外透射光谱；
图7为根据本发明实施例的前驱物溶液中加入EHA或iBA添加剂最终火焰合成的颗粒形貌图。
具体实施方式
针对前述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种通过FTIR、TGA测量手段表征和预测前驱物火焰合成特性的方法及***，通过结合衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)和热重分析(TGA)方法，测量溶剂与添加剂混合前后的组分变化，能够预测采用不同添加剂-前驱物溶液配方时溶液内前驱物的转化程度，从而以建立一套简便易行且能在室温和高温下分别测量前驱物溶液性质的前驱物-溶剂-添加剂***的测试方案。
本发明将结合附图和下述实施例对本发明的技术方案进行更具体的说明。然而，本发明的保护范围并不受限于下列的实施例。
图1为根据本发明实施例的表征和预测前驱物火焰合成特性的方法的流程框图。如图1所示，本发明提供的表征和预测前驱物火焰合成特性的方法，通过热重分析仪和红外光谱仪测量火焰合成过程中前驱物的特性，包括如下步骤：
S110：分别测量常规前驱物粉末和化学式为添加剂阴离子与所述前驱物阳离子结合的固体粉末的第一TGA曲线，并对所述第一TGA曲线进行一阶微分处理，得到第一DTG曲线；其中，所述第一TGA曲线用于表征所述前驱物粉末由固体转变为目标产物的分解过程，所述第一DTG(微商热重分析)曲线用于表征在所述分解过程中样品质量变化速率随温度的变化过程；
本发明采用的TGA(热重分析)方法，简单来说就是通过一直加热样品，观察样品的质量随温度的变化，根据该变化数据形成TGA曲线，然后对该TGA曲线进行分析的方法。
S120：测量所述前驱物粉末的前驱物-溶剂的混合溶液TGA曲线，并对所述混合溶液TGA曲线进行一阶微分处理，得到混合溶液DTG曲线；
S130：分别测量纯溶剂溶液及所述前驱物-溶剂的混合溶液的第一红外吸收光谱；
S140：分别测量纯添加剂溶液、溶剂-添加剂的混合溶液、前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的第三TGA曲线，并对所述第三TGA曲线进行一阶微分处理，得到第三DTG曲线；
S150：分别测量所述纯添加剂溶液、所述溶剂-添加剂的混合溶液、所述前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的第二红外吸收光谱。
具体的，在步骤S110中，采用热重分析仪，分别测量常规前驱物粉末和化学式为添加剂阴离子与前驱物阳离子结合的固体粉末的热重(TGA)曲线(此处称为第一TGA曲线)，并对该TGA曲线进行一阶微分处理，得到微商热重分析曲线(此处称为第一DTG曲线)。
显然，该第一TGA曲线包括两种，分别是常规前驱物粉末的第一TGA曲线和化学式为添加剂阴离子与前驱物阳离子结合的固体粉末的第一TGA曲线，对应的一阶微分处理后的第一DTG曲线也有两种。
上述两种第一TGA曲线能够反映由固体前驱物粉末转变为目标产物的分解过程，两种第一DTG曲线能够表征了样品质量变化速率随温度的变化过程。
其中，通过对比该常规前驱物粉末与化学式为添加剂阴离子与前驱物阳离子结合的固体粉末的结果，即将两种第一TGA曲线进行对比和将两种第一DTG曲线进行对比，可以反映出添加剂与前驱物结合后，对前驱物分解形成产物路径的改变。
在步骤S120中，采用热重分析仪，测量前述前驱物粉末的前驱物-溶剂的混合溶液TGA曲线作为第二TGA曲线，并对该混合溶液TGA曲线进行一阶微分处理，得到该前驱物-溶剂的混合溶液DTG曲线作为第二DTG曲线。
然后，可以根据该混合溶液TGA曲线和混合溶液DTG曲线，分析测量该混合溶液TGA曲线时的升温过程中吸热及放热的信息，得到反映样品质量变化的各阶段的质量损失，与步骤S110中的纯前驱物固体粉末TGA测试结果(即第一TGA曲线)进行对比，从而获得前驱物加入溶剂后，分解路径的改变。
在步骤S130中，采用红外光谱仪，分别测量纯溶剂溶液与前述前驱物-溶剂的混合溶液的红外吸收光谱，作为第一红外吸收光谱。
然后，可以通过对比两次测试结果的吸收光谱中的特征吸收峰，即通过对比纯溶剂溶液的第一红外吸收光谱和所述混合溶液的第一红外吸收光谱中的特征吸收峰，得到前驱物溶于溶剂后，是否发生化学反应产生新的物质。
在步骤S140中，采用热重分析仪，分别测量纯添加剂溶液、溶剂-添加剂的混合溶液、前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的第三TGA(热重分析)曲线，并对该第三热重分析曲线进行一阶微分处理，得到第三DTG曲线。
显然，该第三TGA曲线包括三种，即纯添加剂溶液的第三TGA曲线、溶剂-添加剂的混合溶液的第三TGA曲线和前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的第三TGA曲线，对应的一阶微分处理后的第三DTG曲线也有三种。
通过对比前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的第三TGA曲线与步骤S110中两种固体粉末的TGA曲线和DTG曲线(即第一TGA曲线和第一DTG曲线)的特征峰值，可以确定所述添加剂与所述前驱物是否完全结合。
其中，若前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的第三TGA曲线与化学式为添加剂阴离子与前驱物阳离子结合的固体粉末的第一TGA曲线的失重阶梯形状类似，且第一DTG曲线与所述第三DTG曲线对应的最大质量损失区间内的峰值点相吻合，则认为添加剂完全与前驱物结合，即所有的前驱物阳离子均与添加剂阴离子相结合，产物生成路线将从常规前驱物分解路径转为化学式为添加剂阴离子与前驱物阳离子结合的物质的分解路径。
在步骤S150中，采用红外光谱仪，分别测量纯添加剂溶液、溶剂-添加剂的混合溶液、前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的红外吸收光谱作为第二红外吸收光谱。
同样，该第二红外吸收光谱包括纯添加剂溶液的第二红外吸收光谱、溶剂-添加剂的混合溶液的第二红外吸收光谱以及的前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的第二红外吸收光谱。
通过对比上述三种第二红外吸收光谱的峰值信息，可以得知添加剂是否与溶剂发生化学反应新城新的物质，以及前驱物是否与添加剂发生化学反应形成新的物质。
将以上结果与TGA的结果相互验证，通过补充提供溶液中生成的其他组分的信息，就能够揭示添加剂在溶液中的反应机制。
具体的，在对比三种第二红外吸收光谱的峰值信息之后，可以进一步利用对比三种第二红外吸收光谱的峰值信息的结果与第三TGA曲线的分析结果进行相互验证；其中，如果第三TGA曲线表明所述添加剂完全与所述前驱物结合，而第二红外吸收光谱的峰值也表明了前驱物与添加物发生化学反应形成了新的物质，则两种诊断方法实现了相互验证；通过补充提供所述溶液中生成的其他组分的信息，如前驱物阳离子发生水解，产生的H+与前驱物阴离子形成新的酸(如HNO3)组分，确定所述添加剂在所述溶液中是否与前驱物阳离子结合，从而判断添加剂是否能提高前驱物的挥发性，是否对火焰合成更有利。
下面将结合更为具体的实施例详细介绍采用ATR-FTIR与热重分析相结合的手段进行表征和预测前驱物火焰合成特性的方法。
实施例一
预测添加剂为2-乙基己酸(EHA)和异丁酸(iBA)的火焰合成氧化钇(Y2O3)产物形貌的过程，具体火焰合成的选用参数如下：
火焰合成氧化钇时，选用的常规前驱物为硝酸钇，溶剂为乙醇(EtOH)；
热重分析测试条件统一选择为升温范围为35-900℃，升温速率优选为10K/min，热重分析仪的载气为氮气，载气流速100ml/min，样品质量为10mg；
在所有含有前驱物的溶液中，Y3+的摩尔浓度均为0.3mol/L；
在所有有添加剂和溶剂存在的溶液中，液体添加剂与溶剂的比例均为1:1；
在确定了上述参数之后，进行具体火焰合成特征的表征和预测的流程如下：
首先，测量硝酸钇和2-乙基己酸钇的固体粉末的TGA曲线，并对其做一阶微分，得到DTG曲线。
图2为本发明实施例的(a,b)硝酸钇和(c,d)2-乙基己酸钇固体粉末的TGA和DTG曲线图。如图2的(a)和(b)所示，固体硝酸钇粉末热重分析曲线呈阶梯式下降，DTG曲线反映最大的样品质量损失速率约在375℃。如图2的(c)和(d)所示，2-乙基己酸钇固体样品的TGA曲线，与硝酸钇的分解曲线差别明显，其仅包含一个主要的失重区间，DTG曲线反映最大的样品质量损失速率约在469.2℃。
其次，测量硝酸钇的乙醇溶液的TGA曲线，并对其做一阶微分，得到DTG曲线。图3为本发明实施例的硝酸钇的乙醇溶液的TGA曲线及乙醇、硝酸钇的乙醇溶液的红外吸收光谱示意图。
其中，图3中的(a)为硝酸钇的乙醇溶液的TGA曲线示意图，图3中的(b)为硝酸钇的乙醇溶液的红外吸收光谱示意图。如图3的(a)所示，硝酸钇的乙醇溶液的TGA曲线与固态硝酸钇粉末的TGA曲线存在明显差异。DTG曲线中，两个失重区间内最大失重速率对应温度分别为323.7℃和394.7℃。
而后，测量纯乙醇溶液和加入硝酸钇的乙醇溶液的红外吸收光谱，如图3的(b)所示，加入硝酸钇后乙醇溶液的红外吸收峰均可在纯乙醇溶液和固体硝酸钇粉末的红外吸收光谱中找到，说明乙醇和硝酸钇之间没有发生化学反应生成新的物质。
进一步，测量2-乙基己酸、2-乙基己酸与乙醇等比例的混合溶液、硝酸钇溶解于2-乙基己酸与乙醇的前驱物溶液的TGA曲线，并对其做一阶微分，得到DTG曲线，结果如图4所示。
图4为本发明实施例的EHA、EHA与乙醇混合溶液、硝酸钇溶于EHA与乙醇所得前驱物溶液的(a)TGA和(b)DTG曲线。如图4所示，对硝酸钇溶解于2-乙基己酸与乙醇的前驱物溶液的TGA曲线形态，不再有图3的(a)的乙醇和硝酸钇溶液的多个失重阶梯，其DTG曲线反映的最大质量损失区间内的峰值点为464.8℃，与2-乙基己酸钇固体样品的失重区间及最大质量损失速率所处温度469.2℃吻合。这一结果充分表明加入2-乙基己酸将溶液中的硝酸钇全部转化为2-乙基己酸钇。
最后，测量2-乙基己酸、2-乙基己酸与乙醇等比例的混合溶液、硝酸钇溶解于2-乙基己酸与乙醇的前驱物溶液的红外吸收光谱，结果如图5所示。
图5为本发明实施例的EHA、EHA与乙醇混合溶液、硝酸钇溶于混合溶液所得前驱物溶液的红外吸收光谱。如图5所示，2-乙基己酸与乙醇混合溶液的红外吸收图谱中包含来自2-乙基己酸和乙醇各自的特征吸收峰，表明添加剂与溶剂未发生反应。对于硝酸钇溶解于乙醇和2-乙基己酸的前驱物溶液，与无硝酸钇的混合溶液对比，大多数吸收峰的位置保持不变。在1520cm-1出现的峰对应2-乙基己酸钇的R-COO-基团，表明硝酸钇转化为2-乙基己酸钇，以上结果与TGA的结果相互验证，通过补充提供溶液中生成的其他组分的信息，揭示了2-乙基己酸在溶液中的反应机制。
实施例二
对于异丁酸添加剂，与考察2-乙基己酸添加剂流程相同。主要结果如图6所示。图6为本发明实施例的异丁酸、异丁酸与乙醇混合溶液、硝酸钇溶于混合溶液所得前驱物溶液的(a,b)TGA和DTG曲线及(c)红外透射光谱。由图6的(a)和(b)所示，异丁酸钇的分解温度区间为260℃至360℃，对于硝酸钇溶解于乙醇和异丁酸的前驱物溶液，失重区间与异丁酸钇的失重区间部分重合，表明存在部分硝酸钇转化为异丁酸钇。由图6的(c)红外光谱图所示，对于硝酸钇溶解于异丁酸和乙醇的前驱物溶液，与异丁酸和乙醇的混合溶液对比，大多数吸收峰的位置保持不变，在1520cm-1出现的峰对应异丁酸钇的R-COO-基团，与热重测量结果相吻合。；
通过结合衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)和热重分析(TGA)方法，发现2-乙基己酸作为添加剂时，硝酸钇全部转换为2-乙基己酸钇，而异丁酸作为添加剂时，硝酸钇部分转换为异丁酸钇，根据火焰合成原理，可以预测2-乙基己酸作为添加剂时，有助于前驱物通过典型的气相-颗粒相转变路径形成纳米颗粒，而异丁酸作为添加剂时，首先发生溶剂蒸发及燃烧，前驱物在液滴表面沉淀析出，形成外壳包裹残余溶剂，最终经由相对复杂的液相-颗粒相路径形成空心，壳状等非均相颗粒；
图7为本发明实施例的前驱物溶液中加入EHA或iBA添加剂最终火焰合成的颗粒形貌图。如图7所示，采用2-乙基己酸和异丁酸分别作为添加剂配制得到相应的前驱物溶液，在高温1500K火焰场中开展合成实验，所得产物的TEM图像中，添加异丁酸时产物中不规则的大颗粒与粒径均匀的小颗粒共存。添加2-乙基己酸时颗粒粒径小而均匀，没有观察到大颗粒的存在。这一合成结果与前驱物溶液中硝酸盐向羧酸盐的转化程度基本相符。
与上述表征和预测前驱物火焰合成特性的方法相对应，本发明还提供一种表征和预测前驱物火焰合成特性的***，用于通过热重分析仪和红外光谱仪测量火焰合成过程中前驱物的特性，该***包括：
固体粉末热重测量单元，用于分别测量常规前驱物粉末和化学式为添加剂阴离子与所述前驱物阳离子结合的固体粉末的第一TGA曲线，并对所述第一TGA曲线进行一阶微分处理，得到第一DTG曲线；其中，所述第一TGA曲线用于表征所述前驱物粉末由固体转变为目标产物的分解过程，所述第一DTG曲线用于表征在所述分解过程中样品质量变化速率随温度的变化过程；
混合溶液热重测量单元，用于测量所述前驱物粉末的前驱物-溶剂的混合溶液TGA曲线，并对所述混合溶液TGA曲线进行一阶微分处理，得到混合溶液DTG曲线；
第一红外测量单元，用于分别测量纯溶剂溶液及所述前驱物-溶剂的混合溶液的第一红外吸收光谱；
添加剂热重测量单元，用于分别测量纯添加剂溶液、溶剂-添加剂的混合溶液、前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的第三TGA曲线，并对所述第三TGA曲线进行一阶微分处理，得到第三DTG曲线；
第二红外测量单元，用于分别测量所述纯添加剂溶液、所述溶剂-添加剂的混合溶液、所述前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的第二红外吸收光谱。
此外，该表征和预测前驱物火焰合成特性的***还可以包括数据分析单元，用于分析上述固体粉末热重测量单元、混合溶液热重测量单元、第一红外测量单元、添加剂热重测量单元以及添加剂热重测量单元的测量结果。
具体的，作为示例，数据分析单元分析固体粉末热重测量单元的测量结果，通过对比所述常规前驱物粉末与所述化学式为添加剂阴离子与前驱物阳离子结合的固体粉末的结果，得到所述添加剂与所述前驱物结合后，对所述前驱物分解形成产物路径的改变。
数据分析单元分析混合溶液热重测量单元的测量结果，根据所述混合溶液TGA曲线和所述混合溶液DTG曲线，通过分析测量所述混合溶液TGA曲线时的升温过程中吸热及放热的信息，得到反映样品质量变化的各阶段的质量损失，将所述混合溶液TGA曲线与S110中的所述前驱物粉末的第一TGA曲线进行对比，以获得所述前驱物加入所述溶剂后，分解路径的改变。
数据分析单元分析第一红外测量单元的测量结果，通过对比纯溶剂溶液的第一红外吸收光谱和所述混合溶液的第一红外吸收光谱中的特征吸收峰，得到所述前驱物溶于溶剂后，是否发生化学反应产生新的物质。
数据分析单元分析添加剂热重测量单元的测量结果，通过对比所述第三TGA曲线和所述第三DTG曲线与S110中的所述第一TGA曲线和所述第一DTG曲线的特征峰值，确定所述添加剂与所述前驱物是否完全结合；其中，若所述前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的第三TGA曲线与所述化学式为添加剂阴离子与前驱物阳离子结合的固体粉末的第一TGA曲线的失重阶梯形状类似，且所述第一DTG曲线与所述第三DTG曲线对应的最大质量损失区间内的峰值点相吻合，认为所述添加剂完全与所述前驱物结合。
数据分析单元分析第二红外测量单元的测量结果，通过对比三种所述第二红外吸收光谱的峰值信息，确定所述添加剂是否与溶剂发生化学反应形成新的物质，以及所述前驱物是否与添加剂发生化学反应形成新的物质。
另外，数据分析单元在对比三种所述第二红外吸收光谱的峰值信息之后，还通过对比三种所述第二红外吸收光谱的峰值信息的结果与所述第三TGA曲线的分析结果进行相互验证。其中，如果第三TGA曲线表明所述添加剂完全与所述前驱物结合，而第二红外吸收光谱的峰值也表明了前驱物与添加物发生化学反应形成了新的物质，则两种诊断方法实现了相互验证；通过补充提供所述溶液中生成的其他组分的信息，如前驱物阳离子发生水解，产生的H+与前驱物阴离子形成新的酸(如HNO3)组分，确定所述添加剂在所述溶液中是否与前驱物阳离子结合，从而判断添加剂是否能提高前驱物的挥发性，是否对火焰合成更有利。
上述表征和预测前驱物火焰合成特性的***的具体实现方式可以参照前述对表征和预测前驱物火焰合成特性的方法的描述，在此不再一一列举。
本发明在实施过程中所涉及的各种实验用品(包括但不限于：化学试剂、仪器等)之中，未经特别说明的，均为常规实验用品，可以通过各种方式(例如购买、自行制备等)很方便地获得。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式以及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改和改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种表征和预测前驱物火焰合成特性的方法，其特征在于，通过热重分析仪和红外光谱仪测量火焰合成过程中前驱物的特性，包括如下步骤：
S110：分别测量常规前驱物粉末和化学式为添加剂阴离子与所述前驱物阳离子结合的固体粉末的第一TGA曲线，并对所述第一TGA曲线进行一阶微分处理，得到第一DTG曲线；其中，所述第一TGA曲线用于表征所述前驱物粉末由固体转变为目标产物的分解过程，所述第一DTG曲线用于表征在所述分解过程中样品质量变化速率随温度的变化过程；
S120：测量所述前驱物粉末的前驱物-溶剂的混合溶液TGA曲线，并对所述混合溶液TGA曲线进行一阶微分处理，得到混合溶液DTG曲线；
S130：分别测量纯溶剂溶液及所述前驱物-溶剂的混合溶液的第一红外吸收光谱；
S140：分别测量纯添加剂溶液、溶剂-添加剂的混合溶液、前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的第三TGA曲线，并对所述第三TGA曲线进行一阶微分处理，得到第三DTG曲线；
S150：分别测量所述纯添加剂溶液、所述溶剂-添加剂的混合溶液、所述前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的第二红外吸收光谱。
2.根据权利要求1所述的表征和预测前驱物火焰合成特性的方法，其特征在于，在S110中，进一步包括，通过对比所述常规前驱物粉末与所述化学式为添加剂阴离子与前驱物阳离子结合的固体粉末的结果，得到所述添加剂与所述前驱物结合后，对所述前驱物分解形成产物路径的改变。
3.根据权利要求1所述的表征和预测前驱物火焰合成特性的方法，其特征在于，在S120中，进一步包括，根据所述混合溶液TGA曲线和所述混合溶液DTG曲线，通过分析测量所述混合溶液TGA曲线时的升温过程中吸热及放热的信息，得到反映样品质量变化的各阶段的质量损失，将所述混合溶液TGA曲线与S110中的所述前驱物粉末的第一TGA曲线进行对比，以获得所述前驱物加入所述溶剂后，分解路径的改变。
4.根据权利要求1所述的表征和预测前驱物火焰合成特性的方法，其特征在于，在S130中，进一步包括，通过对比纯溶剂溶液的第一红外吸收光谱和所述混合溶液的第一红外吸收光谱中的特征吸收峰，得到所述前驱物溶于溶剂后，是否发生化学反应产生新的物质。
5.根据权利要求1所述的表征和预测前驱物火焰合成特性的方法，其特征在于，在S140中，进一步包括，通过对比所述第三TGA曲线和所述第三DTG曲线与S110中的所述第一TGA曲线和所述第一DTG曲线的特征峰值，确定所述添加剂与所述前驱物是否完全结合；其中，
若所述前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的第三TGA曲线与所述化学式为添加剂阴离子与前驱物阳离子结合的固体粉末的第一TGA曲线的失重阶梯形状类似，且所述第一DTG曲线与所述第三DTG曲线对应的最大质量损失区间内的峰值点相吻合，认为所述添加剂完全与所述前驱物结合。
6.根据权利要求5所述的表征和预测前驱物火焰合成特性的方法，其特征在于，所述添加剂完全与所述前驱物结合，说明所有的前驱物阳离子均与添加剂阴离子相结合，产物生成路线将从常规前驱物分解路径转为化学式为添加剂阴离子与前驱物阳离子结合的物质的分解路径。
7.根据权利要求1所述的表征和预测前驱物火焰合成特性的方法，其特征在于，在S150中，进一步包括，通过对比三种所述第二红外吸收光谱的峰值信息，确定所述添加剂是否与溶剂发生化学反应形成新的物质，以及所述前驱物是否与添加剂发生化学反应形成新的物质。
8.根据权利要求7所述的表征和预测前驱物火焰合成特性的方法，其特征在于，在对比三种所述第二红外吸收光谱的峰值信息之后，还包括：通过对比三种所述第二红外吸收光谱的峰值信息的结果与所述第三TGA曲线的分析结果进行相互验证。
9.一种表征和预测前驱物火焰合成特性的***，其特征在于，通过热重分析仪和红外光谱仪测量火焰合成过程中前驱物的特性，包括：
固体粉末热重测量单元，用于分别测量常规前驱物粉末和化学式为添加剂阴离子与所述前驱物阳离子结合的固体粉末的第一TGA曲线，并对所述第一TGA曲线进行一阶微分处理，得到第一DTG曲线；其中，所述第一TGA曲线用于表征所述前驱物粉末由固体转变为目标产物的分解过程，所述第一DTG曲线用于表征在所述分解过程中样品质量变化速率随温度的变化过程；
混合溶液热重测量单元，用于测量所述前驱物粉末的前驱物-溶剂的混合溶液TGA曲线，并对所述混合溶液TGA曲线进行一阶微分处理，得到混合溶液DTG曲线；
第一红外测量单元，用于分别测量纯溶剂溶液及所述前驱物-溶剂的混合溶液的第一红外吸收光谱；
添加剂热重测量单元，用于分别测量纯添加剂溶液、溶剂-添加剂的混合溶液、前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的第三TGA曲线，并对所述第三TGA曲线进行一阶微分处理，得到第三DTG曲线；
第二红外测量单元，用于分别测量所述纯添加剂溶液、所述溶剂-添加剂的混合溶液、所述前驱物-溶剂-添加剂的混合溶液的第二红外吸收光谱。
10.如权利要求9所述的表征和预测前驱物火焰合成特性的***，其特征在于，还包括：
数据分析单元，用于分析所述固体粉末热重测量单元、所述混合溶液热重测量单元、所述第一红外测量单元、所述添加剂热重测量单元以及所述添加剂热重测量单元的测量结果。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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