红外光谱中的压片技术是什么？高品质固体样品分析指南

压片技术是用于制备固体样品进行红外（IR）光谱分析的标准方法。它涉及将细磨的固体样品与大量红外透明盐（最常见的是溴化钾 (KBr)）充分混合，然后在此混合物下施加高压进行压缩，形成适合分析的薄而透明的圆片。

该技术的核心目标是将固体分析物悬浮在不吸收、不散射的介质中。通过制作高质量、透明的 KBr 压片，您可以获得固体本身的干净的红外光谱，避免了如果直接分析原始粉末会发生的干扰和光散射。

原理：创建光学清晰的固体

为什么需要基质

固体颗粒会自然散射红外光，这种现象会导致基线倾斜和光谱质量差。为了获得有用的光谱，样品必须均匀地分散在对红外辐射透明且折射率相似的基质中。

溴化钾 (KBr) 的作用

溴化钾是用于此目的的最广泛使用的材料。选择它是因为它在整个中红外区域（通常为 4000 cm⁻¹ 至 400 cm⁻¹）都是透明的，这意味着它本身没有吸收峰会干扰样品的谱图。在压力下，KBr 还会表现出塑性流动，使其能够形成包裹样品颗粒的玻璃状透明圆片。

颗粒大小的重要性

为了使该技术成功，样品颗粒的尺寸必须研磨到小于所用红外辐射波长的尺寸。这最大限度地减少了光散射（称为米氏散射），对于产生清晰的压片和平坦的光谱基线至关重要。

分步制备过程

步骤 1：研磨样品和 KBr

首先，将极少量的固体样品（通常为 1-2 毫克）研磨成极其细的粉末，通常使用玛瑙研钵和研杵。光谱级 KBr（约 100-200 毫克）也必须完全干燥，通常通过在烤箱中加热来干燥，因为它很容易从大气中吸收水分。

步骤 2：混合粉末

将研磨后的样品与干燥的 KBr 混合。常见的比例约为 1 份样品对 100 份 KBr。必须轻轻但彻底地将此混合物一起研磨，以确保样品均匀地分散在盐中。

步骤 3：装载压片模具

将细粉末混合物小心地转移到专用的压片模具中。这由一个空心筒和两个适合其内部的抛光钢螺栓或砧座组成。在将第二个砧座放置在顶部之前，将粉末均匀地分布在第一个砧座的表面上。

步骤 4：压缩压片

将装载的模具放入液压机中。施加非常高的压力，通常在 15 到 40 吨之间，持续几分钟。这种巨大的压力使 KBr 熔合形成一个固体、透明或半透明的圆片，样品颗粒被困在其中。然后小心地将压片从模具中取出，并放入光谱仪的样品架中。

理解权衡和常见陷阱

水分问题

KBr 具有很强的吸湿性，意味着它很容易从空气中吸收水分。如果 KBr 或样品没有完全干燥，水分就会被掺入压片中。这是最常见的问题，会导致光谱中在 3400 cm⁻¹ 和 1630 cm⁻¹ 附近出现宽的、干扰性的吸收峰，从而可能掩盖样品的重要特征。

不完美或不透明的压片

浑浊或不透明的压片是制备失败的标志。这可能由几个因素引起：

研磨不足：较大的样品颗粒会散射光线。
混合不佳：样品分布不均匀会导致浑浊。
压力不足：如果压力太低，KBr 将无法正确熔合。

不透明的压片将产生非常差的光谱，基线严重倾斜且峰值很弱。

样品可能发生变化的风险

用于形成压片的高压有时可能会引起样品晶型的变化（多晶型现象）。这意味着所得的光谱可能无法代表样品在其原始状态下的情况。对于对压力敏感的材料来说，这是一个罕见但重要的考虑因素。

根据您的目标做出正确的选择

如果您的主要重点是获得最高质量、无干扰的光谱：只要您非常小心地消除水分并确保正确研磨，KBr 压片技术就是黄金标准。
如果您的主要重点是快速的定性分析：Nujol 研磨（将样品在矿物油中研磨）是一种更快捷的替代方法，但您必须准备好识别和忽略油在光谱中自身的 C-H 吸收峰。
如果您的样品对压力敏感或难以研磨：请考虑使用衰减全反射 (ATR) 附件，这是一种现代的、非破坏性的技术，可以分析固体表面，只需最少的准备工作。

掌握压片技术是一项宝贵的实验室技能，它为通过红外光谱对固体材料进行结构分析提供了无与伦比的清晰度。

摘要表：

方面	关键细节
主要目标	制备固体样品，以便进行清晰的红外光谱分析。
常见基质	溴化钾 (KBr)，红外透明。
关键步骤	高压压缩（15-40 吨）以形成透明圆片。
关键因素	样品颗粒大小必须小于红外波长。
常见陷阱	KBr 吸收水分，导致光谱干扰。

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