如何为红外光谱准备样品？掌握固体、液体和气体的技术

为红外（IR）光谱准备样品时，必须将其置于对红外光透明的介质中。具体方法完全取决于您的样品是固体、液体还是气体，但目标始终是达到一个能产生清晰、明确的光谱而不会使检测器过载的浓度。为此目的常用的红外透明材料是溴化钾（KBr）和氯化钠（NaCl）等盐类。

红外样品制备的核心原理不仅是容纳样品，而是以一种方式将其呈现给仪器，从而最大限度地提高目标化合物的信号，同时最大限度地减少来自光散射、样品支架或水等大气污染物的干扰。

基本原理：红外透明性

红外光谱的第一个规则是，放置在仪器光束路径中的任何物质（样品除外）都必须对红外光是不可见的。这就是为什么玻璃和石英等在紫外-可见光谱中常见的材料不能用于红外光谱的原因；它们的硅键会强烈吸收红外辐射，从而掩盖您化合物的光谱。

为什么盐是标准材料

氯化钠（NaCl）和溴化钾（KBr）等材料是红外光谱的“主力军”。它们简单的离子晶格不含在中红外区域振动的共价键，因此它们实际上是透明的。

这些盐通常被压制成透明的窗口或圆片，用作样品支架。它们非常适合这个角色，但有一个主要弱点：它们具有吸湿性，意味着它们很容易从空气中吸收水分。

制备不同类型的样品

您的方法将根据样品的物理状态而变化。目标始终是让化合物形成一个薄而均匀的层进入红外光束中。

方法 1：制备固体样品

固体带来的挑战最大，因为它们会散射光线，从而可能扭曲光谱。必须将样品研磨成非常细的粉末，比红外光的波长还小，以最大限度地减少这种散射。

• KBr 压片法：这是获得高质量光谱的黄金标准。将少量精细研磨的样品（约 1-2 毫克）与约 100-200 毫克的干燥 KBr 粉末混合。然后将混合物在模具中在高压下压缩，形成一个小而透明的压片，可以直接放入样品支架中。
• Nujol 研磨法：这是一种更快捷的替代方法。将固体研磨成细粉末，然后与一两滴矿物油（Nujol）混合，制成浓稠的糊状物或“研磨物”。然后将这种糊状物薄薄地涂抹在两个盐片之间。矿物油有助于减少光散射，但它也会在光谱中引入其自身的 C-H 键信号，您必须在脑海中减去这些信号。

方法 2：制备液体样品

制备纯液体是最直接的方法。

• 纯样品（盐片法）：将一滴液体放在一个抛光盐片的面上面。小心地将第二个盐片盖在上面，在它们之间形成一个非常薄的液体毛细管膜。然后将盐片安装并放入光谱仪中。

方法 3：制备气体样品

气体的密度非常低，因此红外光束需要更长的路径才能与足够多的分子相互作用以产生信号。

• 气体池：将样品引入一个专门的气体池中，该气体池是一个长管（通常 10 厘米或更长），两端由红外透明窗口（如 KBr 或 NaCl）密封。长的光程补偿了气体的低浓度。

了解常见的陷阱

正确的技术至关重要。制备不当的样品是获得不良红外光谱的最常见原因。

水分问题

由于 KBr 和 NaCl 会吸收水分，任何暴露于潮湿空气都会在 3400 cm⁻¹ 附近引入一个宽而明显的 O-H 峰。这很容易掩盖您实际样品中重要的 N-H 或 O-H 信号。务必将盐片和 KBr 粉末存放在干燥器中。

样品浓度不当

样品过多和样品过少一样糟糕。如果薄膜或压片浓度过高，最强的吸收带将完全“平顶”或饱和。这意味着检测器在那些频率上接收不到光，您将失去那些峰的所有定量信息。

固体研磨不充分

如果固体样品没有研磨成均匀的细粉末，颗粒会散射红外光。这会导致光谱失真，基线倾斜，峰形不佳，这种伪影被称为克里斯蒂安森效应 (Christiansen effect)。

根据您的目标做出正确的选择

根据您的样品类型和分析需求选择制备方法。

• 如果您有固体样品并需要高质量：使用 KBr 压片法以获得干净且无干扰的光谱。
• 如果您有固体样品并需要快速检查：使用 Nujol 研磨法，但要准备好忽略矿物油中的 C-H 峰。
• 如果您有纯液体样品：使用两个盐片之间的“夹心”法，因为这是最简单直接的技术。
• 如果您有气体样品：您必须使用具有长光程的专用气体池才能获得可用的信号。

最终，掌握样品制备是获得可靠且可解释的红外光谱的最重要技能。

摘要表：

样品类型	关键制备方法	关键注意事项
固体	KBr 压片或 Nujol 研磨	精细研磨以避免散射；KBr 提供更清晰的光谱。
液体	纯样品（盐片法）	在两个盐片之间使用薄毛细管膜以获得最佳信号。
气体	长光程气体池	需要一个专用池来补偿低密度。

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正确的样品制备是可靠的红外光谱的基础。无论您处理的是固体、液体还是气体，使用正确的设备和耗材对于获得清晰、可解释的结果都至关重要。

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