为什么红外光谱只使用KBr？关于样品最佳材料的真相

虽然溴化钾 (KBr) 在红外光谱中非常常见，但认为它是唯一使用的材料是一个严重的误解。它的普遍性是由于其高效的综合特性：它在最常用的频率范围内对红外辐射透明，对大多数有机样品具有化学惰性，并且其柔软的晶体结构非常适合在压力下形成透明的压片。这使其成为分析固体样品的多功能且经济高效的选择。

选择红外光谱材料的核心原则不是忠于单一化合物，而是对感兴趣的红外区域的光学透明性的基本需求。所选物质，无论是压片基质还是窗口，都不能有自己的吸收带，以免掩盖被分析样品的谱特征。

红外基质材料的基本特性

为了理解为什么KBr如此受欢迎，我们必须首先定义用于红外分析样品材料的理想特性。

对红外透明的至关重要性

KBr等材料的主要功能是充当固态溶剂或样品的“窗口”。它必须对红外光谱仪“不可见”。

KBr没有在典型的中红外范围（4000 cm⁻¹至400 cm⁻¹）内振动的共价键。其离子晶格振动发生在非常低的频率，远低于标准分析区域。这使得它成为一个几乎完全清晰的背景，可以在此背景下准确测量样品的分子振动。

化学惰性

基质材料不得与样品发生反应。任何化学反应都会产生具有自身红外信号的新物质，从而破坏数据。

包括KBr和NaCl在内的碱金属卤化物通常与大多数有机和许多无机化合物不反应，确保了分析过程中样品的完整性。

样品制备的物理特性

对于固体样品，最常见的制备方法是KBr压片技术。这是KBr物理特性的一大优势所在。

KBr是一种相对柔软的结晶盐。当与样品一起精细研磨并施加高压（数吨）时，KBr粉末会流动并熔合，形成一个对红外光透明的固体玻璃状圆盘。这个过程将样品嵌入均匀的基质中，最大限度地减少光散射，并允许获得高质量的光谱数据。

何时KBr是错误的选择（以及替代品）

尽管KBr有其优点，但它并非万能。它的主要弱点决定了需要使用几种常见的替代品。

水问题：KBr的主要弱点

KBr具有吸湿性，这意味着它很容易从大气中吸收水分。水在红外光谱中具有非常强且宽的吸收带，这很容易掩盖实际样品的信号。

这要求KBr压片必须快速制备和处理，并且必须储存在干燥器中以防止水污染。关键是，KBr完全不适用于分析含水样品。

满足不同需求的常见替代品

KBr的局限性导致了针对特定应用使用其他材料。

• 氯化钠 (NaCl)：与KBr一样，NaCl是一种廉价的碱金属卤化物，在中红外的大部分区域透明。然而，其可用范围在600 cm⁻¹左右结束，切断了KBr仍然透明的低频“指纹”区域。它也具有吸湿性。
• 氯化银 (AgCl)：AgCl的一个主要优点是它不溶于水且不吸湿。这使其成为分析水溶液或潮湿样品的合适选择。然而，它更昂贵、更软，并且可能被紫外线变色。
• ATR附件（ZnSe、Ge、金刚石）：现代光谱学通常更倾向于衰减全反射 (ATR) 而非压片制备。这种技术只需要将样品直接接触高折射率晶体。硒化锌 (ZnSe)、锗 (Ge)，尤其是金刚石等材料被用于这些晶体，因为它们非常坚硬、化学惰性且不溶于水，几乎无需样品制备即可快速分析固体、液体和糊状物。

为您的分析做出正确选择

选择正确的红外透明材料是一个基于您的样品、预算和您需要研究的光谱区域的实际决策。

• 如果您的主要重点是干燥固体样品的常规分析： KBr是创建高质量透射压片的经济高效的行业标准。
• 如果您的主要重点是分析水溶液或湿样品： 避免使用KBr等吸湿性盐，并使用带有ZnSe或金刚石晶体的ATR附件。
• 如果您的主要重点是预算有限且分析范围在600 cm⁻¹以上： NaCl是KBr的一种可行、成本较低的替代品，但请注意其光谱范围更有限。
• 如果您的主要重点是方便和最少的样品制备： ATR技术，使用金刚石或ZnSe等晶体，是适用于各种样品类型的卓越现代选择。

最终目标是选择一种光学和化学特性与您的样品和分析的特定要求完美匹配的材料。

总结表：

材料	主要特性	最适合	主要局限性
KBr（溴化钾）	红外透明，化学惰性，可形成压片	干燥固体样品的常规分析	吸湿性（吸收水分）
NaCl（氯化钠）	成本低，600 cm⁻¹以上红外透明	600 cm⁻¹以上预算分析	光谱范围有限，吸湿性
AgCl（氯化银）	不溶于水，不吸湿	水溶液或潮湿样品	昂贵，柔软，对紫外线敏感
ATR晶体（ZnSe、Ge、金刚石）	坚硬，不溶于水，最少制备	固体、液体、糊状物的便捷分析	附件初始成本较高

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