红外光谱分析的六种样品制备技术

红外光谱分析样品制备简介

正确制样的重要性

正确的样品制备对于获得高质量的红外光谱至关重要。制备方法的选择取决于样品的具体特征和实验目的。制备不当会导致结果不准确，掩盖样品的真实性质。

为确保分析的可靠性，必须减少样品中的异质性。这意味着样本应能代表所研究的人群，从而消除任何可能导致结果偏差的变异性。制备过程中的一致性是获得可重复结果的关键，因为即使是微小的偏差也会带来显著的变异性。

此外，适当的样品制备有助于消除杂质和污染物的干扰。这些不需要的元素会扭曲光谱数据，导致错误的结论。通过精心制备样品，可以提高分析的灵敏度，从而检测到痕量水平的分析物，否则这些分析物可能会被忽视。

总之，正确的样品制备方法不仅能确保红外光谱的准确性和可靠性，还能提高分析结果的整体质量。

特定样品制备方法

溴化钾压片法

溴化钾压制法是一种广泛采用的红外光谱法固体粉末样品制备技术。该方法包括几个关键步骤，以确保样品转化为适合精确光谱分析的形式。

溴化钾压制法

首先，将固体粉末样品与溴化钾（KBr）粉末仔细混合。这种混合至关重要，因为溴化钾在红外区域是一种惰性透明材料，可将光谱分析过程中的干扰降至最低。样品与 KBr 的比例通常保持在较低的浓度，通常约为 1-2%，以确保样品的光谱特征不会被 KBr 遮盖。

接下来，对混合粉末进行压制。通常使用液压机对混合物施加高压。施加的压力很大，通常在 7 到 10 吨之间，以便将粉末压制成致密、透明的锭片。这种锭片的形成至关重要，因为它提供了一个均匀、平整的表面，非常适合红外光谱分析。

这样得到的锭片就可以进行红外光谱分析了。锭片的透明度确保红外光可以穿过锭片，而不会被 KBr 大量散射或吸收，从而可以精确检测样品的光谱特性。这种方法尤其适用于难以溶解的样品或需要最少样品操作的样品，从而保持了样品结构和特性的完整性。

总之，溴化钾压制法是制备用于红外光谱分析的固体粉末样品的一种稳健可靠的技术。通过将样品与 KBr 仔细混合并压制成透明片状，该方法可确保获得高质量的光谱数据，因此成为许多分析实验室的首选。

卤化物晶体涂层法

卤化物晶体涂层法是一种专门用于直接测量液体样品的技术，尤其是那些未固化且具有粘性的样品，如树脂和油墨。这种方法是将液体样品细致地涂在卤化物晶片上，作为红外光谱分析的透明基底。

这种方法的主要优点之一是简单高效，是对快速分析要求极高的实验室和研究机构的理想选择。与其他需要复杂制备步骤或使用额外试剂的方法不同，卤化物晶体涂层法可以直接使用并立即进行测量，从而节省了时间并减少了潜在的误差来源。

选择卤化物晶片材料（通常是氯化钠或溴化钾）至关重要，因为这些材料对红外光高度透明，可确保获得清晰准确的光谱。晶片作为一种介质，可促进红外辐射的传输，从而实现对样品化学成分特征的特定分子振动的检测。

此外，这种方法对于使用传统固态制备技术难以处理的样品尤其有效。将粘性液体直接涂覆在卤化物晶片上，无需额外的处理步骤，如干燥或研磨，因为这些步骤可能会改变样品的特性，损害数据的完整性。

总之，卤化物晶体涂层法为分析未固化的粘稠树脂和油墨提供了一种直接可靠的方法，为研究人员提供了一种只需最少的样品制备就能获得高质量红外光谱的宝贵工具。

裂解法

裂解法是专为热固性树脂和交联聚合物量身定制的，由于其复杂的分子结构和高度的交联性，分析起来非常困难。这种技术是将样品加热到足以引起热裂解的温度，从而将聚合物链分解成更小、更易处理的碎片。

达到临界温度后，聚合物会经历一个受控的分解过程，产生富含挥发性成分和低分子量物质的液相。然后，这些液体被小心地收集起来，并以均匀薄层的形式涂抹在氯化钠晶片上。氯化钠晶片表面光滑平整，是进行红外光谱分析的理想基底，可确保得到的光谱清晰可辨。

这种方法尤其适用于高度交联或对传统样品制备技术有抵触的样品。通过将样品转化为更容易获得的形式，裂解法可对聚合物的化学成分和结构特征进行详细分析，为了解其特性和行为提供宝贵的信息。

溴化钾三角富集法

溴化钾三角富集法专为含有极少量无机杂质的痕量样品而设计。该技术利用了溴化钾的独特性质，溴化钾以其高纯度和在红外光谱中的透明度而著称。

在这种方法中，样品在专门设计的三角形溴化钾块上进行细致的富集。该块既是浓缩器，又是基质，可以精确地积累微量元素。三角块的形状不仅有利于样品的有效分布，还能确保富集的均匀性，这对于获得准确、可重复的红外光谱至关重要。

这种方法的主要优点包括对低浓度杂质的敏感性和有效处理少量样品的能力。该过程在分析化学中尤其有用，因为痕量元素的检测是最重要的。通过将样品集中在溴化钾块上，研究人员可以提高信噪比，从而提高光谱分析的准确性。

此外，溴化钾三角富集法用途广泛，可适应各种实验条件。无论样品是固体、液体还是气体，该技术都能提供可靠的制备方法，确保获得高质量和信息丰富的光谱。

反射法（ATR）

衰减全反射 (ATR) 方法特别适用于分析需要进行非破坏性测试的薄涂层和材料。该技术利用红外光谱原理，在不改变样品物理状态的情况下，详细了解样品的化学成分和结构。

在 ATR 光谱法中，一束红外光射入一个内部反射元件，该元件通常由硒化锌或锗等高折射率材料制成。当光线以特定角度进入该元件时，会在与样品的界面上发生全内反射。在此过程中，一部分光线会穿透样品，即所谓的蒸发波，与样品分子发生相互作用。这种相互作用会导致光线衰减，从而产生光谱，通过分析该光谱可确定样品的成分。

ATR 方法的主要优势之一是能够分析难以用传统技术制备的样品。例如，它可用于研究各种基底上涂层的特性，如金属表面上的涂料或玻璃上的聚合物薄膜。ATR 的非破坏性使其成为质量控制和法医分析的理想选择，在这些分析中，保持样品的完整性至关重要。

衰减全反射 (ATR) 方法

此外，ATR 方法用途广泛，可用于多种类型的样品，包括液体、固体和气体。这种多功能性加上其易于使用和最低的样品制备要求，使 ATR 成为研究和工业环境中的重要工具。

热压法

热压法是一种复杂的技术，它将压制成型和热烧结整合为一个单一的同步过程。这种方法可以精确控制样品的结构完整性和密度，因此对于研究聚合物结晶度的变化尤为有利。

在热压过程中，聚合物样品通常在不锈钢模具中受到热量和压力的双重作用。在这些条件下，聚合物的热塑性状态大大降低了其变形阻力，使其易于塑性流动和致密化。这种易变形性意味着所需的成型压力相对较低，从而使该工艺既高效又经济。

热压成型的主要优点之一是能够增强聚合物颗粒之间的接触、扩散和流动。这种相互作用不仅降低了烧结温度，还缩短了烧结时间，有效抑制了晶粒的生长。因此，该方法可生产出接近理论密度的烧结体，孔隙率接近于零，晶粒结构细腻。

优势	说明
低变形阻力	聚合物的热塑性降低了对高成型压力的需求。
增强粒子相互作用	同时加热和加压可改善颗粒之间的接触、扩散和流动。
抑制晶粒生长	该工艺可降低烧结温度和时间，防止晶粒过度生长。
高密度和精细晶粒结构	烧结体接近理论密度，孔隙率最小，晶粒细腻。