为什么在红外光谱中使用Kbr压片？固体样品分析的关键优势

在红外（IR）光谱学中，溴化钾（KBr）之所以被使用，是因为它作为待分析样品的理想固态溶剂。它的主要功能是创建一个固体、透明的基质，使样品均匀地置于光谱仪红外光束的路径中。选择KBr是因为它在中红外区域不吸收光，确保所得光谱纯粹来自样品，而非KBr本身。

用红外光谱分析固体样品的核心挑战是，如何将样品置于光束路径中，而又不让样品架本身干扰测量。KBr压片通过在红外范围内创建一个透明的“窗口”来解决这个问题，使光谱仪只能看到被研究物质的化学键。

样品基质的目的

红外光谱测量化学键吸收红外辐射时的振动。为了从固体样品中获得清晰可读的光谱，必须正确制备样品。

对于透射红外光谱，红外光束必须穿过样品。如果你使用一块固体有机化合物，它通常太厚，会吸收所有光线，导致无用、平坦的光谱。

样品必须稀释并均匀分散，以允许可测量的光量通过。像KBr这样的基质提供了这种稀释的介质。

将固体样品与大量纯净、干燥的KBr粉末研磨成极细的粉末。然后将这种混合物放入模具中，并在巨大的压力（数吨）下压制。

在这种压力下，KBr表现出塑性流动，使其晶体颗粒融合在一起，形成一个固体、玻璃状、透明的圆盘或“压片”，样品颗粒被困在其中。

KBr并非唯一可用的材料，但其特性组合使其成为通用固体采样的近乎完美的选择。

这是最关键的特性。KBr是一种离子盐，在标准中红外范围（4000 cm⁻¹至400 cm⁻¹）内没有吸收光的分子振动。这意味着它创建了一个“空白”背景，因此你在最终光谱中看到的每个峰都可以归因于你的样品。

KBr在压力下变形并熔合形成透明圆盘的能力是一种独特的物理特性，使得压片技术成为可能。其他盐可能会碎裂或保持不透明。

KBr是一种稳定的盐，不与绝大多数有机和无机化合物反应。这确保你测量的是原始样品，而不是压片内部反应形成的新化合物。

虽然KBr是一个出色的工具，但它并非没有挑战。正确的技术对于避免产生低质量或误导性光谱至关重要。

KBr具有吸湿性，这意味着它很容易从大气中吸收水分。水在3400 cm⁻¹（O-H伸缩）和1640 cm⁻¹（H-O-H弯曲）附近有非常强、宽的红外吸收。

如果你的KBr不够干燥，这些大的水峰可能会掩盖样品的重要峰，特别是来自-OH或-NH基团的峰。这就是为什么KBr必须储存在干燥器中，并且在使用前通常要在烘箱中烘烤。

如果样品没有研磨成比红外光波长更小的颗粒，可能会发生显著的光散射。这种现象被称为克里斯蒂安森效应，会导致光谱基线扭曲倾斜，从而难以准确解释光谱。

对于某些敏感的结晶材料，用于形成压片的高压可能会导致样品多晶型（其晶体结构）发生变化。这可能导致光谱无法代表原始的、未受压的材料。

在分析某些盐，特别是卤化物盐如盐酸盐（R-NH₃⁺Cl⁻）时，KBr可能会参与离子交换。溴离子可以取代氯离子，在压片内形成盐的混合物，并产生混淆的光谱，不能代表纯净的起始材料。

KBr压片技术虽然是一种经典方法，但在许多现代实验室中已在很大程度上被更简单的技术取代。

ATR是当今最常用的采样方法。它涉及将固体或液体样品直接放置在小型硬质晶体（通常是金刚石或硒化锌）上。红外光束以与样品表面相互作用的方式穿过晶体。

ATR几乎不需要样品制备，是非破坏性的，并且不像KBr那样受水污染的影响。它更快、更容易、更可靠，适用于常规分析。

在ATR普及之前，KBr的主要替代品是石蜡油糊。将样品与几滴矿物油（Nujol）研磨，制成浓稠的糊状物。然后将这种糊状物涂抹在两块盐片（如NaCl或KBr）之间。主要缺点是矿物油本身具有C-H吸收峰，这些峰将始终出现在光谱中。

选择正确的样品制备方法对于从红外光谱仪获取有意义的数据至关重要。

最终，理解这些采样原理使您能够选择最能揭示材料真实化学特性的技术。