为什么红外光谱要用KBr？实现固体样品清晰、无阻碍的光谱

简而言之，溴化钾（KBr）用于红外光谱学是因为它在最具诊断意义的频率范围内对红外辐射是透明的。这一特性确保仪器测量的是样品本身的分子振动，而不是用于容纳或盛放样品的材料。

核心原理很简单：要用光分析物质，你透过观察的“窗口”必须是隐形的。KBr就像一个完全透明的红外光窗口，允许记录样品的独特光谱指纹而不会受到干扰。

基本要求：红外透明性

“红外透明”的含义

在光谱学中，您测量的是样品如何吸收、透射或反射不同能量的光。由此产生的光谱是样品化学键的独特指纹。

为此，容纳样品的材料——无论是液体池中的窗口还是固体的基质——都不能在相同的能量范围内吸收光。

KBr是一种离子盐。K-Br离子键的振动发生在非常低的频率（远红外），远低于用于识别大多数有机官能团的标准中红外区域（4000至400 cm⁻¹）。

KBr透射窗口

由于其自身的吸收不碍事，KBr从近紫外到中红外范围，一直到约400 cm⁻¹都是透明的。

这个宽广、清晰的窗口至关重要。它覆盖了整个指纹区，即区分不同分子的复杂振动发生的地方。使用KBr可确保您能够捕获化合物完整、无阻碍的光谱。

KBr物理性质的重要性

除了光学透明性，KBr的物理特性使其非常适合一种常见的红外采样技术：KBr压片。

创建固态“溶液”

许多样品是固体粉末，难以直接用红外光谱分析。KBr压片法通过将固体样品有效地溶解在固体、红外透明的基质中来克服这一问题。

将少量样品与纯净、干燥的KBr粉末精细研磨。然后将该混合物放入模具中，并在巨大压力（数吨）下压缩，形成一个薄的、透明或半透明的圆盘。

延展性的重要性

KBr是一种相对柔软、塑性强的盐。在压力下，其晶体结构会流动并融合在一起，形成一个坚固的玻璃状圆盘而不会破裂。

这个过程确保样品均匀分散在KBr基质中，最大限度地减少光散射，并允许红外光束穿过以进行准确测量。

了解权衡和局限性

虽然KBr是红外光谱的主力，但它并非没有挑战。其主要缺点是显而易见的。

吸湿性问题

KBr具有吸湿性，这意味着它很容易从大气中吸收水分。这是它在实验室环境中最大的弱点。

水分污染如何影响光谱

水（H₂O）在红外光谱中有一个非常强、宽的吸收带，中心在3400 cm⁻¹附近。它还有一个弯曲振动在1640 cm⁻¹附近。

如果您的KBr吸收了水分，这些水峰将出现在您的光谱中。它们很容易与重要的样品峰（特别是O-H和N-H伸缩带）重叠或完全掩盖，导致分析不准确。

关键处理和储存

由于其吸湿性，KBr必须储存在干燥器中或在使用前在烘箱中干燥。所有研磨和压片操作都必须尽快完成，以尽量减少暴露在潮湿空气中。

KBr的常见替代品

虽然KBr最常用于压片，但其他材料也用于不同的应用和技术。

氯化钠（NaCl）

与KBr一样，NaCl是一种廉价、红外透明的盐。然而，其透射窗口较小，在600 cm⁻¹左右截止。它适用于许多分析，但当低频指纹区至关重要时则无法使用。

氯化银（AgCl）

AgCl是一种较软的材料，也不溶于水，这是优于KBr的一个主要优点。然而，它昂贵得多，可能对光敏感，通常用于特殊应用。

ZnSe、金刚石和锗

这些材料通常不用于压片。相反，它们是坚硬、耐用、不溶于水的晶体，用于一种称为衰减全反射（ATR）的技术。ATR是一种现代替代方法，它将液体或固体样品直接与晶体接触，只需最少的样品制备。

为您的目标做出正确选择

• 如果您的主要重点是固体有机化合物的常规分析： KBr压片提供了一种经济高效且可靠的方法，可以获得高质量、全范围的光谱，前提是您仔细管理水分。
• 如果您的主要重点是分析水溶液或避免样品制备： 使用ZnSe或金刚石晶体的ATR-FTIR是更优越的选择，尽管成本更高。
• 如果您的预算紧张且不需要完整的指纹区： 对于许多标准分析，NaCl板或压片可以是KBr的可行替代品。

最终，KBr的宽透明窗口、理想的物理特性和低成本的独特组合使其成为固体样品红外分析的默认标准。

总结表：

关键特性	为何对红外光谱很重要
红外透明性（4000-400 cm⁻¹）	提供一个清晰的“窗口”，用于测量样品振动而无干扰。
压力下具延展性	允许形成透明压片以进行固体样品分析。
成本效益高	使其成为常规实验室使用的标准选择。
吸湿性	需要小心处理和干燥，以避免光谱中出现水峰。

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