为什么 Kbr 在红外光谱中是惰性的？透明样品分析的关键

简而言之，溴化钾 (KBr) 在红外 (IR) 光谱中是惰性的，因为其晶格振动不会引起其整体偶极矩的变化。由于吸收红外辐射的根本上取决于分子在振动时其偶极矩的变化，因此 KBr 不吸收辐射，因此在中红外范围内是透明的。

KBr 的惰性不是缺陷；它是一个关键特性。像 KBr 这样的材料被特意选择用于红外分析，正是因为它们提供了一个透明的“窗口”，使光谱仪能够单独测量样品的振动而没有干扰。

红外光谱的基本规则

要理解为什么 KBr 是惰性的，我们必须首先了解一个分子具有红外活性的最重要要求。

红外光谱的工作原理是将红外光照射到样品上，并测量哪些频率的光被吸收。

只有当红外辐射的频率与其自然振动（如伸缩或弯曲）的频率相匹配时，分子才会吸收该红外辐射。

至关重要的是，为了能量的传递，振动必须引起分子净偶极矩的变化。这是红外光谱绝对、不可协商的“选择规则”。

将红外光的振荡电场想象成一只试图推秋千上孩子的手。

一个红外活性振动（如丙酮中的 C=O 伸缩）就像一个孩子前后倾斜，改变他们的重心。手可以及时配合这种运动进行推动，从而传递能量，使秋千荡得更高。

一个红外惰性振动就像一个孩子一动不动地坐在秋千上。无论手如何尝试推动，它都无法有效地传递能量。振动和光是“不同步的”。

KBr 是一种离子化合物，形成由 K⁺ 和 Br⁻ 离子组成的、高度有序的对称晶格。虽然 K-Br 键本身具有很强的极性，但其在固体晶体中的行为才至关重要。

在固态 KBr 晶格中，离子可以振动。主要的振动是相邻 K⁺ 和 Br⁻ 离子之间的“伸缩”运动。

然而，由于晶体非常均匀和对称，对于每一个伸展的键，相邻的键也会以抵消任何潜在的整体电场变化的方式进行伸展或压缩。宏观晶体的净偶极矩不会改变。

由于没有振荡的偶极矩，KBr 晶体无法从红外光束中吸收能量。

光线会不受影响地穿过材料，使 KBr 在最常用的光谱区域（通常是 4000 至 400 cm⁻¹）具有红外透明性。

这种透明性使 KBr 成为红外光谱样品制备中一种极其有用但并非完美无缺的工具，通常以压片或窗口的形式使用。

对于固体样品，一种常见技术是将少量样品与纯净、干燥的 KBr 粉末一起研磨。然后将这种混合物在高压下压制成一个小而透明的圆盘或“压片”。

由于 KBr 基质是透明的，因此在所得光谱中看到的任何吸收峰都仅归因于分析物，而不是容纳它的 KBr。

KBr 最大的缺点是它具有吸湿性，这意味着它很容易吸收大气中的水分。

这是实验室中经常令人沮丧的原因。如果 KBr 没有保持完全干燥，水中会出现在您的光谱中，可能会掩盖您实际样品的重要峰。

KBr 压片中的水污染很容易发现。它会产生两个特征信号：

虽然在-IR 中是透明的，但 KBr 本身确实会在非常低的频率下开始吸收光。其有用的透射范围在 400 cm⁻¹ 左右结束，因此不适合远红外光谱。

了解 KBr 的特性可以帮助您有效地使用它，并知道何时选择替代品。

如果您的主要重点是稳定固体的常规中红外分析：KBr 是行业标准和最具成本效益的选择，但您必须确保其正确干燥。
如果您的样品在 3400 或 1640 cm⁻¹ 附近有关键峰：您必须采取极端措施保持您的 KBr 干燥，或者使用非吸湿性替代基质，如氯化银 (AgCl)。
如果您在远红外区域（低于 400 cm⁻¹）工作：您不能使用 KBr。您必须选择专门适用于该范围的材料，例如聚乙烯 (PE) 或硅 (Si)。

最终，选择正确的采样材料与运行光谱仪本身一样重要。