红外光谱在分析制样技术中的应用研究

摘要[目的] 为了选用合适的制样方法。[方法] 介绍了样品的常规制样方法——固体样品的KBr压片和KCl压片法以及液体样品的可拆液体池法，并且比较了这些方法的优缺点，对于压片法的不足之处，提出了一种改进的制样方法：以空白KBr压片作片基，通过浸渍法制样。[结果] 对于固体样品，将其溶解于挥发性有机溶剂，浸渍法制样；对于高沸点液体样品，将样品用挥发性有机溶剂稀释，采用浸渍法制样，即把空白KBr压片在稀释后的溶液中浸渍后在红外灯下挥发掉有机溶剂后制样。[结论] 通过与常规压片法对比，这种改进的制样方法所得的谱图能达到定性分析的要求，且弥补常规压片法的不足。

关键词红外光谱；制样技术；压片；片基；浸渍法

中图分类号S121文献标识码A文章编号0517-6611（2014）29-10063-03

作者简介文吉昌（1987- ），男，苗族，贵州凯里人，助理工程师，硕士，从事环境监测技术工作。

现代红外光谱分析技术被广泛用于无机化合物和有机化合物的结构单元解析。在目前的红外光谱制样技术中，关键是针对不同的样品类型和实验条件进行不同制样方法。选择适合的制样方法，要结合工作实际，从影响谱图质量的因素、样品的要求、样品的预处理和各类物相不同分子大小的样品制样方法等方面进行对比[1]。试样的红外制样方法对不同的样品采用不同的制样方法是现代红外光谱研究中取得正确、可靠信息的关键，要注意到化合物红外光谱图中的特征谱带频率、强度和吸收峰形状因制样方法的不同而可能带来的变化。因此，选用合适的制样方法，要从被测样品和试验目的2个方面考虑。由于红外光谱的试样可以是气态、液态或固态，根据试样物相的不同[2-3]，其制样方法及其适用对象也不同。

1材料与方法

1.1红外光谱KBr压片法KBr压片法被广泛用于红外定性分析[4-5]和结构分析，通过称量压片质量可方便地用于常量组分的定量分析。在制备KBr压片时，应取约1 mg样品研磨，然后与150 mg左右干燥KBr粉末充分混合，在玛瑙研钵中研磨。然后，转入合适的模具中，使之分布均匀，抽空下压成透明薄片。装入压片夹，以KBr空白压片作参比，用傅里叶变换红外分光谱仪扫描红外光谱。

1.2红外光谱KBr压片法的改进方法将苯甲酸溶于无水乙醇中作为待测样品，取一备用的空白KBr片基，在待测样品中浸渍一下，取出，用滤纸吸去过多的部分，固定在样品架上，放入样品室，在红外光谱仪上进行扫描。也可先将样品用低沸点有机溶剂（乙醇）稀释，将KBr片基浸渍其中，取出，固定在样品架上，在红外灯下挥去有机溶剂，放入样品室，绘制红外光谱。

1.3可拆液体池法将液体池的一片KBr窗片装上，在其上放置好0.05 mm厚的铅垫片后，将N，N二甲基甲酰胺（DMF）滴在铅垫片上，之后再盖上另一片KBr窗片，此时液层厚度一般控制在0.05 mm左右。最后，测试、绘制红外光谱图，剖析纯样的红外光谱，指出特征峰的归属。

2结果与分析

2.1红外光谱KBr压片法KBr在不添加任何样品的情况下，在分辨率4 cm-1、扫描次数20次、扫描范围4 000～5 00 cm-1条件下绘制红外光谱图（图1）。由于KBr在空气中吸水，在波数约为3 400 cm-1 处出现水的吸收峰。

苯甲酸与KBr混合压片在同样条件所绘红外光谱图结果见图2。由图1可知，在波数约为3 400 cm-1 时有水的吸收峰，但是由于其含量远比苯甲酸含量少，在苯甲酸红外光谱图中水的吸收峰比苯甲酸的各原子基团的吸收峰小。苯甲酸中存在羟基，在波数为3 200～2 500 cm-1处出现吸收峰，水的吸收峰不影响苯甲酸羟基吸收峰的判断。

KBr粉末未烘干或研磨时间过长致使KBr吸空气的较多水分，会在光谱3 530、3 250 cm-1处出现水的吸收峰，KBr中的水峰会与苯甲酸中的羟基的吸收峰叠加在一起形成很强的吸收峰（图3）。当KBr粉末和样品混合物研磨颗粒尺寸在2.5～25.0 μm之间时，就会引起红外光的散射。光的散射与光的波长有关。当颗粒大于光的波长时，光线在颗粒上会发生散射，其散射程度与颗粒的分布有关。当混合物研磨细度达不到要求时，在红外光的高频端易出现光的散射，使得光谱的高频端基线降低，光谱基线倾斜。

使用未经过干燥器干燥的KBr样品，在不添加任何样品的情况下测得红外光谱图（图4）。在1 600 cm-1 附近出现吸收峰，说明样品不能保证为100%的纯样，其中混有少量别的杂质。这也是使得KBr红外光谱图透过率较低的原因之一。

KBr对钢制模具的平滑表面有极强的腐蚀性，而且KBr的玻璃状附着物很难用眼睛检查出来。在模具的各部件使用之后，应用纸巾湿搽干净后置于干燥器中。

2.2红外光谱KBr压片法的改进方法空白KBr片基浸渍在低沸点有机溶剂（乙醇）稀释溶解的苯甲酸溶液中，在红外灯下挥发去有机溶剂后绘制红外光谱（图5）。在分辨率4 cm-1、扫描次数20次、扫描范围4 000～500 cm-1条件下绘制红外光谱图。

图5无水乙醇浸渍法制备的苯甲酸红外光谱测试时，将仪器的分辨率升高至2 cm-1，其他条件不变，可观察到光谱中微小峰的波动。在光谱信噪比满足条件的前提下，升高分辨率可观察到细微变化的光谱（图6）。

图6分辨率为2 cm-1 的苯甲酸红外光谱图采取浸渍法制样，绘制红外图谱。如果样品过多，那么可用滤纸吸掉过多的部分或将溶液稀释后另取空白KBr片浸渍；如果样品过少，那么可增加浸渍次数或增大溶液的浓度后另取空白KBr片测试，省去耗时较长的重新压片过程。

2.3可拆液体池法在液体池中加入N，N二甲基甲酰胺（DMF）后，测得DMF的红外光谱图（图7）。

图7可变液体池测得的DMF红外光谱图N，N二甲基甲酰胺（DMF）的沸点为152.8 ℃，熔点为-61 ℃，在常温条件下为液体，易挥发。在测试过程中应该快速操作，KBr易溶解于水，因此试验后KBr窗片不能用水洗，测试完后应尽快用无水乙醇将窗片上附着的有机液体冲洗掉，并且马上用纸巾后镜头纸擦干净。

可拆液体池法操作简便，易测得样品的高质量的光谱，但是清洗液体池KBr窗片使用无水乙醇而不能用水，且随着KBr窗片使用次数增多，窗片表面的划痕越来越多，使得窗片表面下凹，对测定结果有影响，KBr窗片的使用寿命因此而缩短。

3结论与讨论

现代红外光谱制样技术关键是针对不同的样品类型和试验条件采用不同制样方法[6]。选择适合的制样方法，要结合工作实际，从影响谱图质量的因素、样品的要求、样品的预处理和各类物相不同分子大小的样品制样方法等进行讨论，并且对不同类型、不同性质的样品确定合理的制样方法。

液体样品可以用液体法或压片浸渍法。这2种方法都能达到定性分析的要求。可测液体池法只需将液体样品滴加在窗片上，不用压片，操作简单，可避免KBr法中因KBr吸收空气中水汽而影响谱图，理论上不出现水的吸收峰，但由于液体样品并非100%纯度，因此谱图中水的吸收峰不可避免。可测液体池法不足在于：窗片易受到水或水蒸气的侵蚀，当水被它们的表面所吸收时，这些盐类会产生局部的溶解[7]，形成蚀斑或雾翳，起雾的窗片将通过它的辐射发生散射，使样品透过率降低，并且不大容易清除样品在其表面留下的最后痕迹，亦即液体池窗片维护起来相当不易[8]。对于挥发性不强的液体，可采用KBr片基浸渍法，不仅可绘制出同等效果的图谱，而且可对含水的或吸水性强的化合物进行测试，避免了晶体盐窗受损[9]。对于未知化合物，该方法可以检测出是否有水的存在，然后决定是否用晶体盐窗制样绘制出较高质量的红外图谱[10]。另外，KBr压片一次性使用，避免了清洗窗片的烦琐过程。相对于昂贵的液体池窗片来说，该法成本也很低。

固体样品可用压片法和浸渍法[11]。这2种方法都能达到定性分析的要求。压片法为常规方法，其成本低，操作简单，不足的是样品的浓度、厚度不易控制，样品太稀或太薄会使弱峰或光谱细微部分消失，样品太浓或太厚会使强峰超过零透过率而无法确定其峰位，常要返工多次才能得到高质量的红外谱图。能用低沸点有机溶剂溶解的样品可用浸渍法，制样，绘制红外图谱。该方法样品用量易控制，样品过多，可用滤纸吸掉过多的部分或将溶液稀释后另取空白KBr片浸渍；若样品过少，则可增加浸渍次数或增大溶液的浓度后另取空白KBr片测试。这种方法省去了耗时较长的重新压片过程。采取浸渍法绘制样品的红外图谱比压片法更加快速、经济、简洁易行。其局限性为：对于不能用低沸点有机溶剂溶解的样品，不能用该法，还得借助常规的压片法制样。

总之，根据自己的体会、经验和工作条件的需要，总结出一套适合于自己工作的制样方法，得到高质量的红外光谱图。

参考文献

[1] 韩海洪，张德.现代红外光谱分析中的试样制备技术[J].青海师范大学学报，2003（1）：47-51.

[2] 吴汉福.红外光谱技术的应用[J].六盘水师范高等专科学校学报，2006， 18（3）：51-54.

[3] 林德娟，尤秀丽.傅里叶变换红外光谱固体制样技术[J].光谱实验室， 2003， 20（1）：48-50.

[4] 朱蕾，苏艳.傅里叶红外光谱分析在环境试验中的应用[J].环境技术，2002（3）：5-9.

[5] 何旭元，陈远斗，蔡湘雯，等.基于空白KBr压片的红外光谱制样方法[J]. 湖南文理学院学报，2004， 18（2）：31-33.

[6] 郭文芳.现代制样技术中影响因素的研究[J].工艺·材料汽车科技，2007（5）：47-51.

[7] 李攻科，胡玉玲，阮贵华.样品处理前仪器与装置[M].北京：化学工业出版社，2007：12-309.

[8] 时亮，丁佳.红外光谱样品制备中常见问题及解决办法[J].分析仪器，1999（4）：45-48.

[9] 陈韵，史振志，徐可欣，等.溶液近红外光谱分析中温度影响的修正[J].光谱学与光谱分析，2009，28（11）：46-48.

[10] 范雪芳，徐淼，侯晓涛，等.红外光谱分析技术及其应用[J].成都医学报，2009，17（3）：53-56.

[11] 林德娟，尤秀丽.傅里叶变换红外光谱固体制样技术[J].光谱学与光谱分析，2008，19（6）：27-30.

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