红外光谱技术有哪些不同类型？选择正确方法的指南

红外光谱的主要技术取决于红外光与样品如何相互作用，而不仅仅是样品如何制备。主要方法是透射（Transmission），即光穿过样品；以及反射（Reflectance），即光从样品表面反射回来。反射本身又细分为关键技术，如衰减全反射（ATR）、镜面反射和漫反射。

红外光谱中最关键的决定是将测量技术与样品的物理性质相匹配。在透射、ATR 或其他反射方法之间的选择决定了从样品制备到可以获得的信息类型的一切。

基础：透射光谱

透射是经典的红外光谱方法。它的原理很简单：红外光直接穿过样品，检测器测量在每个波长下有多少光被吸收。

工作原理

分光光度计将一束红外辐射引导穿过样品。到达检测器的光量与光束的初始强度进行比较。所得的光谱显示出样品分子吸收能量的“波谷”。

样品要求

为了成功进行透射测量，样品必须对红外光具有一定的透明度。如果样品太厚或浓度太高，它将吸收所有光，从而产生无用的光谱。这就是为什么固体和浓缩液体通常需要大量的样品制备。

透射的常见制备方法

这就是您可能听说过的“矿物油分散体”和“压片法”发挥作用的地方。它们本身不是测量技术，而是为透射测量制备固体的​​方法。

• 压片法 (KBr)： 将固体样品与红外透明盐（溴化钾，KBr）一起精细研磨，然后在高压下压缩成薄而透明的圆片。
• 矿物油分散体技术 (Mull Technique)： 将固体研磨成与矿物油（如 Nujol）混合的细糊状物。然后将这种糊状物涂抹在两个红外透明窗口之间。
• 流延薄膜法 (Cast Film)： 将固体溶解在挥发性溶剂中。将一滴溶液滴在红外透明窗口上，蒸发溶剂，留下样品薄膜。

现代主力：衰减全反射 (ATR)

由于其极大的便利性，ATR 已成为现代实验室中最常见的红外技术。它是一种反射方法，可以对固体和液体样品进行分析，只需很少甚至无需制备。

工作原理

与让光穿过样品不同，红外光束被引导到一个特殊的高折射率晶体（通常是金刚石、硒化锌或锗）中。在晶体表面，光会产生一个非常浅的、不传播的“倏逝波”，它会穿透到紧密接触的样品表面几微米深处。

仪器测量这个波是如何被样品“衰减”或吸收的。因为它只探测最顶层表面，即使是完全不透明的样品也可以轻松分析。

样品要求

唯一的要求是样品能够与 ATR 晶体紧密、均匀地接触。这使其成为粉末、聚合物片材、粘稠液体、糊状物甚至软固体的理想选择。

专业工具：其他反射方法

当 ATR 不适用时，其他反射技术用于特定类型的样品，这些样品需要光从表面反弹回来。

镜面反射 (Specular Reflectance)

该技术测量直接从光滑、镜面状表面反射回来的红外光。它是分析反射基底上薄涂层（例如金属板上的聚合物涂层）的理想方法。

漫反射 (DRIFTS)

漫反射红外傅里叶变换光谱（Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy）的缩写，该方法专为表面粗糙的固体和粉末而设计。红外光从不规则的表面向许多方向散射。特殊的光学元件收集这种“漫散射”光以生成光谱。它非常适合分析药物粉末、土壤和催化剂。

理解权衡

选择技术需要在便利性、样品类型和分析目标之间取得平衡。

透射：高质量，高投入

透射通常提供“最干净”、质量最高的光谱，这非常适合定量分析。然而，所需的样品制备（例如制作 KBr 压片）可能非常耗时，对样品具有破坏性，并且需要正确的操作技巧。

ATR：极致便利，聚焦表面

ATR 非常快速且无损，您只需将样品压到晶体上即可进行测量。其主要限制在于它是一种表面技术。它只分析最顶部的几微米，如果样品不均匀，这可能不能代表主体材料。

反射：特定情况下的强大工具

镜面反射和漫反射不如 ATR 通用，但在它们设计的特定样品类型中是不可或缺的。尝试用其他技术分析金属上的涂层或粗糙的粉末，很可能会得到较差或没有结果。

为您的目标做出正确的选择

您样品的物理形态是选择正确红外技术的主要指导。

• 如果您有澄清的液体、气体或可溶性固体： 透射是经典且最定量的方法。
• 如果您有固体粉末、聚合物、糊状物或不透明液体： 从 ATR 开始。它是对大多数样品最快、最简单、最通用的方法。
• 如果您需要分析固体的整体而非仅仅其表面： 使用透射法，这将需要制备 KBr 压片或矿物油分散体。
• 如果您正在分析反射表面上的薄而光滑的薄膜： 镜面反射是专为此任务设计的唯一技术。
• 如果您正在分析表面粗糙的固体或细粉末： 漫反射 (DRIFTS) 将提供最佳的光谱。

最终，选择正确的技术可确保您的光谱数据是样品化学成分的真实和准确的表示。

总结表：

技术	最适合	主要优势	主要限制
透射	澄清液体、气体、可溶性固体	高质量、定量的光谱	需要大量的样品制备（例如 KBr 压片）
ATR	粉末、聚合物、糊状物、不透明液体	最少或无需样品制备，分析速度快	只探测表面（最顶部的几微米）
镜面反射	反射表面上的薄膜（例如金属涂层）	分析表面涂层的理想选择	需要光滑的镜面
漫反射 (DRIFTS)	粗糙固体、细粉末（例如催化剂、土壤）	无需溶解即可分析块状粉末的绝佳选择	需要专业的光学元件

使用正确的红外技术释放样品的全部潜力

选择正确的红外光谱方法对于获得准确、可靠的数据至关重要。无论您的实验室需要透射的高质量光谱、ATR 的便利性，还是反射方法的专业功能，拥有正确的设备都是关键。

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