为什么在红外光谱中将Kbr压片用作参比？实现清晰、无干扰的分析

溴化钾（KBr）并非用作参比，而是用作透明基质来承载固体样品进行分析。在红外（IR）光谱学中，目标是测量样品如何吸收红外辐射，因此用于制备和承载样品的材料必须对光谱仪是“透明”的。选择KBr是因为其简单的离子键在中红外区域不吸收光，从而形成一个清晰的“窗口”，可以通过它测量样品的光谱而不会受到干扰。

用红外光谱分析固体样品的核心挑战是将样品的光谱与其周围环境的光谱分离。KBr被用作样品制备介质，因为它对红外光是透明的，允许光谱仪只“看到”样品，而不是承载它的材料。

基本原理：红外透明性

要理解为什么KBr是标准，我们首先必须理解为什么大多数材料不适合承载红外样品。

为什么大多数材料会阻挡红外光

红外光谱学通过测量红外能量的吸收来工作，这会导致分子内的化学键振动。

几乎所有有机化合物和许多无机化合物都由共价键（例如C-H、O-H、C=O）构成。这些键在特定频率下吸收红外辐射，从而产生我们用于识别的独特光谱指纹。

由于大多数材料都具有这些类型的键，它们对红外辐射是不透明的，因此不适合用作样品支架。

KBr的独特特性

KBr是一种碱金属卤化物盐。它由钾离子（K⁺）和溴离子（Br⁻）通过离子键结合在一个刚性晶格中。

这些简单而强大的离子键的振动发生在非常低的频率。这些频率落在远红外区域（通常低于400 cm⁻¹），远超出用于大多数化学分析的中红外范围（4000–400 cm⁻¹）。

KBr作为“红外窗口”

由于它在关键的中红外范围内不吸收光，KBr充当了一个完美的窗口。它允许光谱仪的光束畅通无阻地穿过它，与分散的样品分子相互作用，并到达检测器。

这确保了所得光谱纯粹是样品的结果，而不是样品和基质材料的组合。

实际需求：制备固体样品

简单地将一块固体放入光谱仪中是无效的。光束无法穿过它，并且粗糙表面散射的光会产生显著的噪声。KBr压片法解决了这个问题。

目标：均匀分散

为了获得清晰的光谱，样品必须被稀释并均匀分散。常见的比例大约是1份样品对100份KBr。

这种稀释可以防止样品自身的吸收过强（使检测器饱和），并确保红外光束与具有代表性的物质进行相互作用。

制作光学透明的圆盘

样品和KBr粉末首先一起研磨成极其细的粉末。这可以最大限度地减少称为散射的光学伪影，散射会扭曲光谱。

然后将细粉混合物放入模具中，并用液压机压制。这种高压将KBr颗粒融合形成一个坚固的半透明圆盘，易于处理并安装在光谱仪的样品架中。

了解权衡和陷阱

虽然KBr是行业标准，但它并非没有挑战。正确的技术对于获得高质量光谱至关重要。

主要挑战：水污染

KBr具有吸湿性，这意味着它很容易从大气中吸收水分。水具有非常强且宽的红外吸收带（在3400 cm⁻¹附近有一个宽峰，在1640 cm⁻¹附近有一个尖峰）。

如果您的KBr是“湿的”，这些水峰将出现在您的光谱中，并且很容易掩盖您实际样品的重要峰。为避免这种情况，KBr粉末必须储存在干燥器中，并且可以在使用前在烘箱中干燥。

压力的影响

用于形成压片的高压有时会引起样品晶体结构的变化（多晶型）。这可能导致红外光谱的轻微位移或变化。

离子交换的可能性

在极少数情况下，来自KBr基质的溴离子（Br⁻）可能与某些类型的样品发生反应，例如含有不同卤素的盐。这种交换会产生一种新化合物，最终您测量的是反应产物的光谱，而不是原始样品的光谱。

根据您的目标做出正确选择

虽然KBr压片是一种强大且常用的技术，但它是固体红外分析的几种可用方法之一。

如果您的主要关注点是对稳定固体进行高分辨率分析： KBr压片法，如果小心操作以排除水分，可以提供出色、高质量的光谱。
如果您的样品对水分或压力敏感： 考虑使用石蜡油糊（Nujol mull），将样品研磨成矿物油糊，然后涂抹在两块盐片之间。
如果您的目标是快速、无损分析： 衰减全反射（ATR）光谱法是一种现代替代方法，它需要最少的样品制备，并直接分析材料表面。

了解样品的特性和分析目标是获取清晰、准确和有意义的红外光谱的关键。

总结表：

方面	要点
主要用途	承载固体样品的透明基质，而非参比。
关键特性	离子键在中红外区域（4000-400 cm⁻¹）透明。
主要优点	创建清晰的“窗口”，仅测量样品的光谱。
主要挑战	吸湿性；会吸收水分，污染光谱。
替代方法	石蜡油糊（Nujol mull）（对水分敏感的样品），ATR（快速分析）。