了解傅里叶红外光谱（FT-IR）测试

一、原理

红外线和可见光一样都是电磁波，而红外线是波长介于可见光和微波之间的一段电磁波。红外光又可依据波长范围分成近红外、中红外和远红外三个波区，其中中红外区(2.5~25um;4000~400 cm-1)能很好地反映分子内部所进行的各种物理过程以及分子结构方面的特征，对解决分子结构和化学组成中的各种问题最为有效，因而中红外区是红外光谱中应用最广的区域，一般所说的红外光谱大都是指这一范围。

红外光谱属于吸收光谱，是由于化合物分子振动时吸收特定波长的红外光而产生的，化学键振动所吸收的红外光的波长取决于化学键动力常数和连接在两端的原子折合质量，也就是取决于分子的结构特征。这就是红外光谱测定化合物结构的理论依据。

傅里叶红外光谱（FT-IR）仪由光源、迈克尔逊干涉仪、样品池、检测器和计算机组成由光源发出的光经过干涉仪转变成干涉光，干涉光中包含了光源发出的所有波长光的信息。当上述干涉光通过样品时某一些波长的光被样品吸收，成为含有样品信息的干涉光，由计算机采集得到样品干涉图，经过计算机快速傅里叶变换后得到吸光度或透光率随频率或波长变化的红外光谱图。

FT-IR的特点:(1)扫描速度快，扫描时间内同时测定所有频率的信息。(2)具有很高的分辨率。(3)灵敏度高。不用狭缝和单色器，更高的能量通过。(4）高精度优点。

二、应用

红外光谱作为“分子的指纹”广泛用于分子结构和物质化学组成的研究。根据分子对红外光吸收后得到谱带频率的位置、强度、形状以及吸收谱带和温度、聚集状态等的关系便可以确定分子的空间构型，求出化学键的力常数、键长和键角。从光谱分析的角度看主要是利用特征吸收谱带的频率推断分子中存在某一基团或键，由特征吸收谱带频率的变化推测临近的基团或键，进而确定分子的化学结构，当然也可由特征吸收谱带强度的改变对混合物及化合物进行定量分析。傅立叶变换红外光谱仪目前比较集中的应用领域有以下几个方面:(1)在医药化工行业上的应用(2)在高分子材料研究上的应用(3)在石油化工行业上应用(4)在矿物学领域的应用(5)在材料生产领域上的应用(6) 在生物医学研究方面的应用 (7) 在半导体材料领域上的应用 (8)有在刑侦鉴定上的应用(9)在气体分析方面的应用(10)在大气环境监测上的应用

三、样品要求及制备

要获得一张高质量红外光谱图，除了仪器本身的因素外，还必须有合适的样品制备方法。

1.红外光谱法对试样的要求红外光谱的试样可以是液体、固体或气体，一般应要求:a.试样应该是单一组份的纯物质，纯度应>98%或符合商业规格，才便于与纯物质的标准光谱进行对照。多组份试样应在测定前尽量预先用分馏、兹取、重结晶或色谱法进行分离提纯，否则各组份光谱相互重叠，难于判断。b.试样中不应含有游离水。水本身有红外吸收，会严重干扰样品谱，而且会侵蚀吸收池的盐窗。c.试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于10%~80%范围内。

2.样品制备

制样的方法

a. 气体样品气态样品可在玻璃气槽内进行测定，它的两端粘有红外透光的NaCl或KBr窗片。先将气槽抽真空，再将试样注入。

b. 液体和溶液试样(1)液体池法沸点较低，挥发性较大的试样，可注入封闭液体池中，液层厚度一般为0.01-1 mm。(2)液膜法沸点较高的试样，直接滴在两片盐片之间，形成液膜。对于一些吸收很强的液体，当用调整厚度的方法仍然得不到满意的谱图时，可用适当的溶剂配成稀溶液进行测定。一些固体也可以溶液的形式进行测定。常用的红外光谱溶剂应在所测光谱区内本身没有强烈的吸收，不侵蚀，对试样没有强烈的溶剂化效应等。

c. 固体试样(1)压片法将12 mg试样与200 mg纯KBr研细均匀，置于模具中,用(510)x10 Pa压力在油压机上压成透明薄片，即可用干测定。试样和 KBr 都应经干燥处理，研磨到粒度小于2 um，以免散射光影响。(2)石蜡糊法将干燥处理后的试样研细，与液体石蜡或全氟代烃混合，调成糊状，夹在盐片中测定。(3)薄膜法主要用于高分子化合物的测定。可将它们直接加热熔融后涂制或压制成膜。也可将试样溶解在低沸点的易挥发溶剂中，涂在盐片上，待溶剂挥发后成膜测测定。当样品量特别少或样品面积特别小时，采用光束聚光器并配有微量液体池、微量固体池和微量气体池，采用全反射系统或用带有卤化碱透镜的反射系统进行测量。

四、常见问题解答

Q1：红外测试样品干燥的目的？含水的样品可以测试吗？

A：含水的样品不能直接测试，测出来的水峰（3000-3500cm-1左右）太明显，会影响附近峰的分析，含水的样品测试前必须干燥，干燥的目的就是除水。

Q2：高温红外数据，基线不平，和室温测试结果差距较大是什么原因？

A： 基线是否平和透过情况，是样品本身决定的，高温红外和普通红外测试一样，都不会太平滑，使基线变平整就修改了本身特征（红外测试完是可以手动调整基线的，但是有修改数据、数据造假的嫌疑，不建议调整）。

Q3：红外图测试吸收率，在波数较小的地方图谱出现很多竖直线，怎么回事?

A：测试无机样，红外吸收不好，不建议测试吸收，一般透过率效果还好一些。

Q4：红外数据，吸收可以转出透过吗？

A：可以转，但仅限视图，无法得到转后的数据，如果想要原始数据，需要重新测试。

Q5：液态试样是否可以进行红外测试，如何测？

A：液态样品是可以进行红外测试的，对于液态样品（本身为液态，但是不含水），具体测试方法是：（1）ATR法：将样品滴加在ATR晶体表面，用ATR技术测试；（2）液体涂膜法：直接将液体样品涂在盐片上测试；（3）液体池法：将液体样品用注射器注入液体池测试；如果是水溶液，或液态样品含水，必须烘干后测试，因为含水的样品测出来的水峰（3000-3500cm-1左右）太明显，会影响附近峰的分析。

Q6: 红外漫反射模式的数据只能得到反射率吗？

A：不是的，漫反射只是一种模式，既可以得到反射率，也可以得到吸收率或透过率，一般漫反射会选K-M模式，是漫反射函数校正后的结果。

Q7：红外测试结果的透过率、反射率大于100%（吸收小于0）是怎么回事？

A：透过率、反射率大于100%或吸收小于0，说明样品某些波数区域的透过率、反射率要好于背景（吸收比背景弱），可能是以下原因：（1）有可能是溴化钾片表面毛糙了，杂散光较多，所以背景透过率较小（吸收较大）；（2）没有扣除背底进行校正，这种情况不影响定性结果，可以直接用。

Q8：测试曲线出现部分位置透过率为0，无法看出峰位，是什么原因造成的？

A：这种数据无法看出真实峰位，不能用来进行分析；造成这种曲线的的原因可能是：（1）粉末样品的话，这种情况一般是样品量放太多了，需要重新测试；（2）块体的话应该是样品吸收能力较强，需要用全反射模式进行测试。

Q9：红外测试是如何定性定量的？

A：定性：组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱上将处于不同位置，从而可获得分子中含有何种化学键或官能团的信息；

定量：依据朗伯-比尔定律，峰的吸收强度A=a*b*c（其中a为吸收系数，常数；b为厚度；c为浓度）有内标法和外标法两种，一般采用内标法，利用不同基团吸收峰的面积的比值进行定量分析，但是红外定量只能算是半定量。