一种基于X射线粉末衍射技术的β-HMX晶型纯度检测方法技术

本发明专利技术提出一种基于X射线粉末衍射技术的β‑HMX晶型纯度检测方法，采用X射线粉末衍射技术结合化学计量学偏最小二乘法建立β‑HMX晶型纯度定量校正模型及相应的晶型纯度测试方法。本发明专利技术基于多元数据分析方法，可在交叉、重叠的光谱中提取有效信息，适用于无独立特征谱峰的晶型定量分析；能在10min～15min时间内准确测定β‑HMX晶型纯度，且样品用量小于50mg，检测过程无需复杂制样，安全、快捷；能够解决合成样品小试阶段、产品事故究因分析等环节中微量样品晶型纯度难以检测的问题，为β‑HMX产品质量控制、生产工艺和长储过程的晶型稳定性研究提供可靠、高效的检测依据。

A method to detect the crystal purity of \u03b2 - HMX based on X-ray powder diffraction

【技术实现步骤摘要】
一种基于X射线粉末衍射技术的β-HMX晶型纯度检测方法
本专利技术属于火炸药
，具体涉及一种基于X射线粉末衍射技术结合化学计量学偏最小二乘法的β-HMX晶型纯度检测方法。
技术介绍
奥克托金(HMX)是目前单质炸药中密度大、能量高、感度低、综合性能优良的炸药，已广泛应用于高能混合炸药、固体推进剂和发射药等领域的型号装药。HMX有α、β、γ、δ四种晶型，以3,7-二硝基-1,3,5,7-四氮杂双环[3,3,1]壬烷(DPT)为中间体合成制备的HMX终端产品存在α-HMX和β-HMX两种晶型，其中β-HMX感度低、能量高，是性能优异的实用晶型，α-HMX是杂质晶型。为了控制HMX产品质量，需要建立β-HMX晶型纯度的测试方法；此外，β-HMX的晶型纯度检测对于火炸药工艺过程、长储过程中的晶型稳定性研究及其相应的武器弹药安全性、可靠性研究有着重要的意义和价值。同质异晶体的晶型定量方法有X射线粉末衍射法(XRD)、拉曼光谱法、中红外/近红外光谱法、太赫兹光谱法、固体核磁共振法和差示扫描量热法等，上述各方法在药物晶型定量分析中应用较多，在火炸药领域尚未普及。近年来有学者采用近红外光谱法建立了β-HMX晶型纯度检测方法，该方法仅适用于试样量大于5g的样品检测，对于合成样品小试阶段、产品事故究因分析等环节中微量样品晶型纯度检测有一定局限性；此外，由于火炸药材料对摩擦、撞击、热等外界刺激的敏感性，为保证检测过程的技术安全，在测试方法的选择上应尽量选择试样用量少、安全系数高的检测方法。而采用X射线粉末衍射技术则相对样品用量少；光感应无需与样品接触；无需进行样品处理，如稀释、配制样品等步骤，可直接进行检测，其安全、高效等特点在单质炸药晶型定量检测中具有显著优势。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提出一种基于X射线粉末衍射技术的β-HMX晶型纯度检测方法，以解决如何对含有α-HMX杂质晶型的β-HMX进行晶型纯度检测的技术问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于X射线粉末衍射技术结合化学计量学偏最小二乘法的β-HMX晶型纯度的检测方法，该检测方法包括以下步骤：S1、校正集样品的配制：配制一系列不同组分含量的β-HMX、α-HMX混合晶型样品作为校正集样品，β-HMX晶型纯度按下式计算：式中：ωβ为样品中β-HMX晶型纯度，以百分数表示；mβ为样品中β-HMX晶型的称样质量；mα为样品中α-HMX晶型的称样质量；S2、校正集样品的X射线粉末衍射光谱采集：采用X射线粉末衍射仪对校正集样品进行X射线粉末衍射光谱采集；S3、β-HMX晶型纯度定量校正模型的建立：对采集的X射线粉末衍射光谱进行光谱预处理，采用偏最小二乘法建立X射线粉末衍射与β-HMX晶型纯度之间的相关性，获得β-HMX晶型纯度定量校正模型；S4、待测样品的晶型纯度检测：基于步骤S3建立的β-HMX晶型纯度定量校正模型对待测样品进行检测，得出待测样品的β-HMX晶型纯度检测结果。进一步地，在步骤S1中，校正集样品的配制是采用湿法研磨、真空干燥的方式进行不同晶型组分的混合。进一步地，在步骤S1中，选择色谱纯正已烷作为湿法混合研磨试剂。进一步地，在步骤S2中，称取约50mg单个校正集样品，平整铺于X射线衍射专用样品板凹槽内，将铺好样品的样品板放入X射线粉末衍射仪中进行样品的光谱采集，以CuKa射线为衍射源，工作电压40kv，工作电流40mA，扫描角度范围5°～90°，步长0.02°。进一步地，在步骤S3中，采用化学计量学方法建立β-HMX晶型纯度定量校正模型，并基于此模型对待测样品进行β-HMX晶型纯度的检测。进一步地，在步骤S3中，光谱预处理方法包括矢量归一化、最小-最大归一化、多元散射校正。(三)有益效果本专利技术提出的基于X射线粉末衍射技术的β-HMX晶型纯度检测方法，采用X射线粉末衍射技术结合化学计量学偏最小二乘法建立β-HMX晶型纯度定量校正模型及相应的晶型纯度测试方法。本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术检测方法基于多元数据分析方法，可在交叉、重叠的光谱中提取有效信息，适用于无独立特征谱峰的晶型定量分析。(2)本专利技术能在10min～15min时间内准确测定β-HMX晶型纯度，且样品用量小于50mg，检测过程无需复杂制样，安全、快捷。能够解决合成样品小试阶段、产品事故究因分析等环节中微量样品晶型纯度难以检测的问题，为β-HMX产品质量控制、生产工艺和长储过程的晶型稳定性研究提供可靠、高效的检测依据。附图说明图1为本实施例中β-HMX样品预处理后的X射线粉末衍射光谱图与标准光谱对比图；图2为本实施例中α-HMX样品预处理后的X射线粉末衍射光谱图与标准光谱对比图。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。本实施例提出一种基于X射线粉末衍射技术结合化学计量学偏最小二乘法的β-HMX晶型纯度检测方法，该方法采用X射线粉末衍射仪结合化学计量学软件检测β-HMX晶型纯度。具体步骤包括：S1、校正集样品的配制：配制一系列(不少于42个)不同组分含量的β-HMX、α-HMX混合晶型样品作为校正集样品，单个校正集样品的质量约为200mg，β-HMX的含量≥80％，并在80％～100％范围内呈较均匀分布。按照上述校正集设计中单个样品质量及晶型组分含量的要求，称取β-HMX、α-HMX两种晶型标样，精确至0.01mg。将两种晶型标样置于同一玛瑙研钵中，移入5ml～8ml色谱纯正已烷，混合研磨3min后转移至Ф25mm×25mm的称量瓶，置于40℃真空干燥箱内干燥2h，备用。β-HMX晶型纯度按下式计算：式中：ωβ为样品中β-HMX晶型纯度，以百分数表示；mβ为样品中β-HMX晶型的称样质量；mα为样品中α-HMX晶型的称样质量。对于校正集样品的配制：(1)关于校正集样品数的选择：在建模时使用了均值中心化，需要6(k+1)个样品参与建模，其中k为主因子数。本专利技术所建模型的主因子数位为6，因此校正集样品应不少于42个。(2)关于湿法混合研磨试剂的选择：所选试剂应为HMX的非溶剂，其次该试剂应满足杂质含量低、沸程短、易于挥发，在晶体中无残留等特点，因此选择色谱纯正已烷作为湿法混合研磨试剂。(3)关于混合研磨的选择：本专利技术对于研磨时间的选择，是通过黑、白两种不同颜色的固体粉末在同等样品量和试验条件下，混合研磨1min、2min、3min后观察其混合均匀性确定的试验条件。经肉眼观察，混合研磨3min后黑白两种粉末基本混合均匀，因此在校正集样品配制过程中选择3min混合研磨试验条件。(4)关于混合研磨后处理方式的选择：对于低沸点残留溶剂的干燥，一般采用40℃真空干燥箱干燥2h。本专利技术借鉴传统方法，并用X射线粉末衍射方法跟踪观察β-HMX、α本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于X射线粉末衍射技术结合化学计量学偏最小二乘法的β-HMX晶型纯度的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：/nS1、校正集样品的配制：配制一系列不同组分含量的β-HMX、α-HMX混合晶型样品作为校正集样品，β-HMX晶型纯度按下式计算：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于X射线粉末衍射技术结合化学计量学偏最小二乘法的β-HMX晶型纯度的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：
S1、校正集样品的配制：配制一系列不同组分含量的β-HMX、α-HMX混合晶型样品作为校正集样品，β-HMX晶型纯度按下式计算：



式中：ωβ为样品中β-HMX晶型纯度，以百分数表示；mβ为样品中β-HMX晶型的称样质量；mα为样品中α-HMX晶型的称样质量；
S2、校正集样品的X射线粉末衍射光谱采集：采用X射线粉末衍射仪对校正集样品进行X射线粉末衍射光谱采集；
S3、β-HMX晶型纯度定量校正模型的建立：对采集的X射线粉末衍射光谱进行光谱预处理，采用偏最小二乘法建立X射线粉末衍射与β-HMX晶型纯度之间的相关性，获得β-HMX晶型纯度定量校正模型；
S4、待测样品的晶型纯度检测：基于步骤S3建立的β-HMX晶型纯度定量校正模型对待测样品进行检测，得出待测样品的β-HMX晶型纯度检测结果。


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【专利技术属性】
技术研发人员：王明，潘清，陈智群，李晓宇，栾洁玉，
申请(专利权)人：西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61