FT-IRによる爆発物工業製品の分析（PDF形式、848kバイト）

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FT-IRによる爆発物工業製品の分析
IR/Raman
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News Letter
サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社 IR/Raman 営業部
編集発行 ： マーケティング部
M94004
はじめに
Key Words
y FT-IR
y 爆発物
y 含有量
y 拡散反射
y ATR
y 顕微赤外
フーリエ変換赤外分光装置（FT-IR）とその多彩な測定アクセ
サリによる応用範囲が広がるにつれて、FT-IRは爆発物産業
においても分析を簡単に、かつ信頼のおけるやり方で解決
する手段となっている。
爆発物産業においては、超高エネルギーを伴う反応物質を
対象に分析および解析を行っており、例えば、酸化反応プロ
セスでの窒素を含む段階的な反応を伴う試料を分析してい
る例がある。窒素の大部分は混合物として含まれており、こ
れらは、強く、そして特徴的なピークとしてスペクトル上で簡
単に検出できる。今回、FT-IRにより、爆発物の工業製品の
分析を行い、さらに定量分析も行ったので報告する。
実験
試料としてTNT、RDX、HMX、ニトロセルロース、そしてアジ
化鉛を比較した。測定に使用したアクセサリとして拡散反射
アクセサリ、ATR、赤外顕微鏡を使用した。
結果と考察
アジ化鉛を含む信管中の黄色／緑色粉体の確定
信管衝撃試験の後、黄色／緑色の粉体物質が発見された。
赤外顕微鏡より得た赤外スペクトルから判断すると、その製
品は、信管を製造する段階で一般的によく使用される充塡
剤のシノキサイドと判断した（図1）。さらに高湿度中、昇温過
程での信管の爆露試験の際、黄色／緑色の物質は同じタイ
プの信管でも発見された。赤外スペクトルからの解析により
（図2）、その物質はアジ化銅であると断定した。別のサンプ
ルもSEM-EDS（X線回折装置）で分析した結果、銅を検出し
たため、定性結果を裏づけている。
砲撃後の大砲のバレルの分析
砲撃中に形成されたバレル内の堆積物の分析を行った。使
用された発射用火薬には炎光を抑える物質であるKNO3（図
3）が含まれている。この物質は堆積物中からは検出できな
いが、主な構成要素は各種の青酸塩であることが判明して
いる。その中の一例として図4に示すようにKCNが、拡散反
射測定装置を用いて確認された。
オクトール内のTNT含有率の分析
吸光度スペクトルのピークの高さまたは面積は、含有量と相
関を持っている。混合物の場合、溶媒や他の物質の干渉作
用が起こらないピークを選ぶことにより、定量分析が行える。
10mℓクロロフォルムに約350mgのオクトールが特殊フラスコ
の中で溶けるが、この溶媒ではTNTだけが溶解してもHMX
は溶解しない。測定は、NaClセルの中で0.1mmの光路長を
持つ液体セルで行った。定量分析に使用した波数領域は
1800～1100cm-1間の非対称振動と対称振動、NO2の伸縮振
動に基づくピークについて行った。
この領域ではクロロフォルムの干渉を受けないため（図5）、キ
検量線はR=0.9998で良い相関を示している。オクトール内
のTNTの量は、定量精度のサンプル量350mgで±0.2％の
精度を持っているので、充塡剤内の極めて微量試料におい
ても、品質管理として充分な制度を誇ることができる。これは
例えば、およそ5000mgのサンプルが必要な従来の比重計を
用いた測定方法では不可能である。
PBXに含まれるバイトン含有量の分析
分析したプラスチック爆弾（PBX）は～5%バイトン（フッ素ゴ
ム）を含むHMXである。純品のHMXとPBXのスペクトルの比
較では、バイトンのスペクトルも部分的に一致するが、バイト
ンの低数測の強い吸収のために解析が煩雑である。総バイ
トン量を算出するために、HMXを30～150mg、特殊フラスコ
内で10mℓのジメチルスルホキシド（DMSO）で溶解し、標準
サンプルを測定して検量線を作成した（図6）。この検量線は
R=0.999で完全な一次曲線が描かれている。
ニトロセルロース（NC）に含まれる窒素含有率の分析
もっとも興味深いアプリケーションとして、ニトロセルロース
（NC）に含まれる窒素含有率の定量分析の例を示す。
一般的に、NCは経時的に減少する場合が多く、例えば
HPLCでこれらの減少量を知ることができる。その他、数多く
の測定方法が提案されているが、これらは間接的に経時変
化を解釈する方法であり、発射燃料から発生するNO2を考え
ても、全ての発生したNO2が安定剤に反応するわけではない
ので定量的な評価は煩雑である。それに対し、赤外分光法
は、NC内の窒素の総量をダイレクトに分析が行えるのが特
長である。
発射燃料をエチルアセテートで溶解し、この溶液をKBr窓材
上に滴下した。溶液を乾固させた後に赤外顕微鏡で測定
し、NO2 のピークが吸光度1.0に近い吸収ピークがある波数
領域を定量に使用した。CH2伸縮運動のピークを内部標準
ピークとして用い、NO2/CH２の強度比によって得た検量線を
図7に示す。さらに、窒素の含有量が広範囲である場合は、
赤外スペクトル内の全てのピークを多変量解析により解析す
ると、より優れた定量結果を算出することが可能である（図
8）。数点の試料は完全な相関が得られなかったが、これは
材料各成分の相互作用によるスペクトルへの影響があったと
考えられる。
発射燃料に含まれる燃焼減速剤の測定
発射燃料に添加し燃焼が始まると、燃焼の制御をするため
に発射燃料の表面は多種の物質で処理されている。使用さ
れている物質の中の１つに、フタル酸ジブチル（DBP）があ
る。発射燃料にDBPの浸透する深さを制御するための多種
の方法が工夫されており、この分析にFT-IRを使用した。
発射燃料自体をミクロトームを用いて薄くスライスした後、赤
外顕微鏡のステージに置き、端からDBPが無いポイントまで
～50umのアパーチャサイズでマッピングを行った。1750cm-1
のC=Oピーク（図9）について、測定点の端からの距離による
強度の変化を図10に示す。このチャートにより発射燃料に
DBPの浸透具合が判断できる。
燃料に含まれる充塡剤のSiによる品質低下
無機物の測定にもFT-IRを利用することができる。点火充塡
剤を16週間に渡り温度60℃、湿度75%条件下で保管した
後、Pb3O4 、Fe2O3 から構成されている物質を検出したが、Si
は検出できなかった。この充塡剤には、点火を遅らせる B、
KCLO4、酸化スズ及び酸化チタンを含む物質が含まれてい
る。この測定ではATRアクセサリを使用し、スペクトルを未処
理のものと比較した。
Pb3O4 とFe2O3には変化はなかったが、SiはSiO2に組成変化
をしており、充塡剤により近い所のサンプルにはもっとも多く
SiO2を検出することができた（図11）。充塡剤の表面近くから
SiO2 の濃度と深さ方向のバリエーションのチャートを図12に
示す。明らかに、Siを酸化させる物質が充塡剤から出現して
いることが理解できる。
まとめ
M94004
以上のように数種の爆発物の分析に、FT-IRが威力を発揮
する例を示した。各種サンプリングアクセサリと測定方法によ
り、どのような試料にも対応でき、応用範囲は広がっている。
今回紹介した例により、FT-IRは、爆発物産業という新しい
分野でもその有用性を示すことができた。
爆発物産業、燃焼燃料の分野において、FT-IRの測定方法
の可能性について情報交換し合うことになれば、より興味深
い分析が可能であろう。
サーモフィッシャー
サイエンティフィック株式会社
スペクトロスコピー営業本部
IR/Raman 営業部
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大阪支店
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図1 シノキサイド（混合物）のスペクトル
図2 黄緑色の異物のスペクトル
図5 TNTのスペクトル
キャリブレーション用の2本のピーク
図9 発射燃料の表面深さによる違い
図10 C=Oとエッジからの距離の関係
図6 HMXの検量線
www.thermofisher.co.jp
(日本)
図3 KNO3のスペクトル
図7 NC内の窒素の検量線
図11 SiのSiO2への組成変化のスペクトル
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(グローバル)
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図4 大砲バレル中のKCNのピーク
図8 多変量解析による窒素の検量線
図12 SiO2のバリエーション
TNT ： トリニトロトルエン
RDX ： へキソーゲン