碳纖維是核磁20世紀60年代迅速發展起來的新型無機纖維材料。目前應用於複合材料中的共振碳纖維主要是聚丙烯腈基碳纖維，屬於高分子合成纖維，波谱其製備工藝過程主要包括前驅體聚合、法测原絲製備、定碳預氧化處理和碳化處理4個階段。原丝浴中亚砜原絲製備技術是凝固生產優質聚丙烯腈基碳纖維的關鍵技術之一，目前美國和日本幾乎壟斷了高性能聚丙烯腈基原絲生產技術，甲基並且左右著國際碳纖維市場供求關係。核磁原絲製備過程主要包括初生絲形成、共振沸水牽伸、波谱多段水洗、法测幹燥致密化、定碳蒸汽牽伸、原丝浴中亚砜熱定型和收絲等階段。凝固紡絲原液在壓力作用下被擠出噴絲孔進入凝固浴中，紡絲原液細流逐漸凝固成PAN初生纖維，再經預牽伸、高溫空氣牽伸、水洗、致密化牽伸、蒸汽牽伸和熱定型等工序被進一步加工成聚丙烯腈（PAN）原絲。PAN初生纖維作為原絲整個製備流程中的第一步，也是最為關鍵的一步。溶劑從纖維內部擴散進入凝固浴，非溶劑從凝固浴中擴散進入纖維，雙擴散過程使擠出原液快速固化成初生態絲條，隨後在凝固浴中繼續固化，經拉伸、幹燥等一係列後處理工序得到成品纖維。凝固浴中二甲基亞碸（DMSO）與H₂O的比例對擴散係數、擴散速率以及最終成形纖維的微觀結構等有重要影響，因此凝固浴中DMSO與H₂O的比例控製及精準測定對控製原絲質量具有重要作用，然而目前對於凝固浴中二甲基亞碸含量的測定未見報道。

核磁共振波譜（NMR）法主要研究磁矩不為零的原子核，在外加磁場的作用下，自旋能級間發生躍遷而出現的共振現象。核磁共振波譜技術在有機化合物的定性、定量分析方麵有著廣泛的應用，如用其測定分子的化學結構，核磁共振波譜圖可提供有機化合物分子中化學官能團的數目和種類。凝固浴中DMSO與H₂O屬於小分子化合物，結構明確，氫質子譜圖具有較高的分辨性，筆者首次采用核磁共振氫譜（1H–NMR）法對凝固浴中DMSO與H₂O的比例進行測定，進而計算出凝固浴中DMSO的質量分數。該方法用於凝固浴組分分析數據可靠，與其它儀器測試方法相比，無需建立標準曲線，提高了測定結果的準確度。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

核磁共振波譜儀：AVANCEIIIHD600MHz型，配有5mmBBO探頭，德國布魯克公司。電子分析天平：ME204型，感量為0.1mg，瑞士梅特勒–托利多公司。二甲基亞碸（DMSO）：色譜純，西格瑪化學試劑公司。凝固浴樣品：由山東大學提供。

1.2 溶液配製

DMSO–H₂O標準溶液：DMSO的質量分數為70.25%，根據凝固浴樣品組成，采用重量法配製，準確稱取3.6776g二甲基亞碸於樣品瓶中，加水至總質量為5.2350g，混合均勻。

1.3 儀器工作條件

測試溫度：207K；單脈衝程序，脈衝偏轉角為30°；采樣數據點：65536；譜寬：11904Hz；采樣時間：2.75s；弛豫延遲時間：40s；采用手動方式調整譜圖，同時手動積分；脈衝寬度：10.00μs；掃描次數：128；空掃次數：2。

1.4 實驗原理

采用核磁共振氫譜首先對化合物的分子結構進行分析，再利用化合物特征基團的質子數與相應特征峰峰麵積之間的關係進行定量分析。核磁共振譜響應信號的積分峰麵積與樣品中被激發的質子數目成正比。在選定的測定條件下，核磁共振氫譜中各信號的響應值（峰麵積）按式(1)計算：

式中：Ax—圖譜中信號的積分峰麵積；

Nx—所檢測信號峰的質子數；

K_S—光譜常數，在相同測試條件下，所有激發原子的K_S值相同。

1.5 實驗方法

取適量待測凝固浴樣品，置於直徑為5mm的核磁共振管中。在1.3儀器工作條件下進行測定，通過調整儀器參數、調諧、控溫、勻場、采樣，得到核磁共振氫譜譜圖（如圖1所示），然後對相位和基線進行校正，對二甲基亞碸和水的定量峰從基線平滑處分別進行積分，得到積分峰麵積。

1.6 結果計算

二甲基亞碸的結構式中含有兩個甲基，即6個質子；水的結構式中含有2個質子。二甲基亞碸與水的信號峰麵積的比值即為摩爾比。凝固浴中DMSO的質量分數按照式(2)計算：

式中：w(DMSO)—凝固浴中DMSO的質量分數；

A_h—水中氫原子信號峰麵積；

A_d—DMSO中氫原子信號峰麵積；

M_h—H2O的摩爾質量，g/mol；

M_d—二甲基亞碸的摩爾質量，g/mol。

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