紅外光譜譜圖質(zhì)量影響因素分析6.20-2

1、紅外光譜譜圖質(zhì)量影響因素分析耿春英 徐沛龍 林 青（ 青島大學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地 , 山東 青島 266071）摘要 ：紅外光譜是多項(xiàng)科研項(xiàng)目必需的表征手段，但是由于紅外譜圖質(zhì)量的影響因素復(fù)雜， 人們對(duì)其了解甚少， 所以一般不易得到理想的紅外譜圖。 本文通過(guò)十二烷基硫酸鈉對(duì)影響紅 外譜圖的諸多因素， 如樣品的制備、 掃描次數(shù)、掃描速度、分辨率和數(shù)據(jù)處理等進(jìn)行大量的 實(shí)驗(yàn)和詳細(xì)的分析， 得知一個(gè)高質(zhì)量的紅外光譜圖， 不僅需要掌握紅外光譜的分析方法、 樣 品的制備技術(shù)， 還要了解樣品的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)、 選擇合適的制樣方法和科學(xué)的操作技術(shù)才能得 到滿意的結(jié)果。關(guān)鍵詞： 紅外光譜，操作技術(shù)，影響因素，

2、譜圖質(zhì)量中圖法分類號(hào)： TH744.1-65 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 AAnalysis of factors affecting quality of infrared spectrumGeng ChunyingXu peilong lin qing(Laboratory of New Fibre Materials and Modern Textile, the growing Base for State KeyLaboratory, Qingdao University, Qingdao 266071, PRC)Abstract: In order to obtain a qualified in

3、frared spectrum, it is essential to master the methods for IR spectra analysis and the techniques for sample preparation. Additionally, being aware of sample characteristics, choosing the proper testing approach and scientific operation technology are necessary to record a satisfying infrared spectr

4、um. Based on plentiful infrared spectroscopy experiments, this paper gives a detailed study on the effects of various factors on the quality of infrared spectrum.Key words: infrared spectroscopy, operation technology, influence factor, quality of infrared spectrum.傅里葉變換紅外光譜是根據(jù)物質(zhì)的分子振動(dòng)時(shí)所吸收的光的頻率不同而得 到的

5、紅外譜圖， 同一個(gè)基團(tuán)在不同的分子和狀態(tài)中振動(dòng)頻率不同。 紅外光譜技術(shù) 作為一種非侵入性的檢測(cè)技術(shù)， 可以無(wú)損傷地提供豐富的分子結(jié)構(gòu)特征和物質(zhì)成 分信息，從分子水平上反映物質(zhì)的結(jié)構(gòu)差異， 為研究物質(zhì)的性質(zhì)提供有力的依據(jù) 1-4 ，在各個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。紅外光譜與物質(zhì)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)， 所以在紅外光譜實(shí)驗(yàn)中， 要想得到一個(gè)高質(zhì)量的紅外譜圖必須要掌握樣品的性質(zhì) 和結(jié)構(gòu)。此外，譜圖的質(zhì)量還與樣品的制備和科學(xué)的操作技術(shù)有著重要的關(guān)系。 本文對(duì)影響紅外譜圖質(zhì)量的主要因素進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，并詳細(xì)分析了樣品的制 備、掃描次數(shù)、掃描速度、分辨率和數(shù)據(jù)處理等因素對(duì)譜圖質(zhì)量的影響。研究結(jié) 果對(duì)實(shí)際的儀器

6、使用者和科研工作者具有很好的指導(dǎo)和借鑒作用。1樣品制備技術(shù)對(duì)譜圖的影響紅外光譜分析中樣品的制備方法與制備技術(shù)非常重要。最常見(jiàn)的是固體物 質(zhì)，固體不僅由于分子之間的作用力大，締合力強(qiáng)，而且由于顆粒大小、晶形和 結(jié)晶場(chǎng)效應(yīng)等因素，使固體光譜與溶液光譜發(fā)生顯著的差異。紅外光譜的形狀， 特別是譜帶的強(qiáng)度，與制樣技術(shù)有密切的關(guān)系，對(duì)于固體粉末需要溴化鉀壓片， 常常由于研磨不勻或壓的不透明而產(chǎn)生光的散射，使紅外譜圖基線上移、產(chǎn)生干涉條文使譜圖不光滑，使吸收峰的頻率產(chǎn)生明顯的位移。充分研磨樣品，掌握研磨 時(shí)間和方法是很重要的。對(duì)于不同樣品需要靈活采用不同的測(cè)試方法。 消除以上 現(xiàn)象樣品顆粒直徑必須小于入射光

7、的波長(zhǎng)（2卩m 4-5。這是紅外光譜測(cè)試中固 體粉末制樣的關(guān)鍵。固體樣品制樣時(shí)除了對(duì)樣品顆粒大小的要求以外，關(guān)鍵的還 有稀釋劑溴化鉀與樣品的比例。樣品比例高則信息太豐富特征峰不突出， 造成分 析困難或吸收峰成平頂，若樣品比例過(guò)高，發(fā)射的紅外光全部被樣品吸收，這時(shí) 的透過(guò)率接近于零，無(wú)法進(jìn)行分析。圖i是十二烷基硫酸鈉樣品適量與過(guò)量紅外 譜圖的比較。從圖i可以看出樣品比例過(guò)高強(qiáng)度太大， 使多個(gè)峰成為平頂，很難 分析。5圖1十二烷基硫酸鈉樣品適量與過(guò)量紅外譜圖的比較對(duì)于聚合物的薄膜或者片狀材料需要做衰減全反射（ATR，樣品如果非常 光滑，光反射從而產(chǎn)生干涉條文，使譜圖不光滑或影響譜帶強(qiáng)度，定量分析要

8、特 別注意。對(duì)于不同的聚合物樣品有液體鑄膜法、熱壓膜法、糊法、熱裂解法6-7。在紅外光譜分析中選擇適當(dāng)?shù)闹茦臃椒?、掌握較高的制樣技術(shù)是紅外光譜研究取 得正確信息的關(guān)鍵。2掃描次數(shù)對(duì)譜圖的影響傅里葉變換紅外光譜法通過(guò)測(cè)量干涉圖并對(duì)其進(jìn)行傅里葉積分變換的方法 測(cè)得的，檢測(cè)器同時(shí)測(cè)量、記錄所有的吸收信號(hào)，比傳統(tǒng)的色散光譜儀有較高的 信噪比。但在實(shí)際的紅外試驗(yàn)中由于環(huán)境和操作等原因會(huì)有很多噪音信號(hào)，這些噪音信號(hào)會(huì)加在樣品的光譜信號(hào)中，信噪比與掃描次數(shù)的平方成正比4，5。增加掃描次數(shù)降低分辨率可以提高光譜信噪比，同時(shí)降低水汽吸收峰的影響。圖2是十二烷基硫酸鈉改變掃描次數(shù)時(shí)紅外譜圖比較（由于天氣潮濕所以有

9、水峰）。從圖不難看出隨著掃描次數(shù)的提高信噪比逐漸增大，紅外譜圖越來(lái)越光滑。A度光吸圖2十二烷基硫酸鈉不同掃描次數(shù)時(shí)測(cè)定的紅外譜圖4#3掃描速度對(duì)譜圖的影響傅里葉變換紅外光譜儀動(dòng)鏡的掃描速度是可以改變的，使用不同的檢測(cè)器可 以選擇不同的掃描速度，使用 DTGS僉測(cè)器時(shí)可選擇較慢的掃描速度，可得到較 高的信噪比。也不是越慢越好，在其他條件不變的情況下，速度太慢會(huì)使干涉圖 的強(qiáng)度增高，放大器產(chǎn)生的低頻噪聲會(huì)變成光譜噪聲的主要來(lái)源，測(cè)試時(shí)間太長(zhǎng), 光譜的水汽吸收峰增高8-9。用同一速度下的背景，測(cè)定不同速度下樣品的紅外 光譜，掃描速度越快，紅外譜圖的基線越高。在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中背景的掃描速度必 須與樣品的

10、掃描速度一致。圖3是用某一動(dòng)鏡移動(dòng)速度下的本底，測(cè)定的不同速 度下樣品的吸收譜圖。4000350030002500200015001000500波數(shù)-cm-1A度光吸圖3用某一動(dòng)鏡移動(dòng)速度下的本底，測(cè)定的不同速度下樣品的吸收譜圖4分辨率對(duì)譜圖的影響分辨率是指分辨兩條相鄰譜線的能力。紅外光譜的分辨率與儀器的光程差有 關(guān)，光程差越大儀器的分辨率越高。動(dòng)鏡移動(dòng)的有效距離越長(zhǎng)，數(shù)據(jù)采集的越多。 一臺(tái)傅里葉變換紅外光譜儀的最高分辨率在數(shù)字上等于多少，取決于這臺(tái)儀器的動(dòng)鏡移動(dòng)的最長(zhǎng)有效距離是多少2,10,11,。，分辨率數(shù)字越小分辨率越高，儀器的 性能越好。對(duì)于一般的紅外光譜測(cè)定，通常選用4cm1分辨率就

11、足夠了，分辨率越高，信噪比越低，水汽的影響越大。圖4是不同分辨率下測(cè)定的十二烷基硫酸 鈉的紅外譜圖。從圖中可看出分辨率越高信噪比越低。A度 光 吸4000350030002500200015001000500波數(shù)-cm-1圖4十二烷基硫酸鈉不同分辨率時(shí)測(cè)定的紅外譜圖5數(shù)據(jù)處理對(duì)譜圖質(zhì)量的影響平滑：利用光譜平滑數(shù)據(jù)處理技術(shù)可以降低光譜的噪聲， 通過(guò)平滑可以看清 楚被噪聲掩蓋的真正的譜峰。光譜平滑技術(shù)是對(duì)光譜中數(shù)據(jù)點(diǎn) Y值進(jìn)行數(shù)據(jù)平均 計(jì)算2，4。光譜平滑后光譜的噪聲降低的同時(shí)光譜的分辨率也降低了。基線校正：基線校正就是將光譜的基線人為的拉回到 0基線上。在校正之前 通常轉(zhuǎn)換成吸光度光譜，如果是透

12、光率光譜校正后應(yīng)和100%線重合。在溴化鉀壓片制樣中，由于研磨不細(xì)錠片不透明，紅外光產(chǎn)生散射，使光譜的高頻端基線 抬高8，10。為使譜圖美觀需要基線校正，譜圖經(jīng)過(guò)基線校正后會(huì)使峰面積增大， 定量分析一般不能基線校正。從圖5可看出紅外譜圖校正前與校正后面積明顯增 大。圖5十二烷基硫酸鈉校正前與校正后比較影響紅外譜圖質(zhì)量的因素很多，常用的溴化鉀壓片中的溴化鉀的質(zhì)量非常重 要，必須是光譜純。它在高壓下可變成透明的錠片， 無(wú)機(jī)和配位化合物通常都含 有離子，樣品和溴化鉀在研磨和加壓時(shí)會(huì)發(fā)生離子交換，使樣品的譜帶發(fā)生位移和變形，不適應(yīng)溴化鉀壓片4、。溴化鉀粉末極易吸潮，水峰很大，當(dāng)操作環(huán)境 相對(duì)濕度大于7

13、0%寸，溴化鉀吸潮是不可避免的，可選用聚四氟乙烯粉末作為基 質(zhì)壓片可克服這一困難1314。為避免以上問(wèn)題，盡可能把樣品制成薄膜做投射效 果最好，也可以做成液態(tài)。 采取不同的制樣技術(shù)測(cè)試同一樣品時(shí)， 可能會(huì)得到不 同的光譜。 因此，要根據(jù)測(cè)試目的采用合適的制樣方法， 制樣技術(shù)和制樣技巧也 是非常重要的， 同一個(gè)樣品采取同一種制樣方法， 不同操作者測(cè)得的光譜可能會(huì) 有差別2,10 。最好使用帶有抽真空的壓片模具，加壓前可以抽真空，抽真空能除 去研磨過(guò)程中溴化鉀粉末吸附的部分水分，并且壓出的錠片比較透明。結(jié)束語(yǔ) 根據(jù)資料和大量的實(shí)驗(yàn)充分證明了紅外光譜的影響因素是非常復(fù)雜的。 在紅 外光譜的實(shí)驗(yàn)中要獲

14、得一個(gè)高質(zhì)量的紅外光譜圖， 要根據(jù)樣品的性質(zhì)、 結(jié)構(gòu)、狀 態(tài)，綜合考慮影響譜圖質(zhì)量的一切因素， 選擇合適的制樣方法， 掌握科學(xué)的操作 技能，才能得到理想的紅外光譜譜圖。除了本文分析的因素以外，還與環(huán)境、天 氣、操作的時(shí)間有關(guān)系。 目前關(guān)于紅外光譜譜圖質(zhì)量的研究是以制樣、 操作等單 項(xiàng)研究為主。 本文綜合分析研究了影響紅外譜圖的因素， 并得出結(jié)論。 研究結(jié)果 對(duì)紅外光譜工作者和廣大的科研工作者有著重要的指導(dǎo)作用。參考文獻(xiàn) （ References ）1 汪昆華 , 羅傳秋 , 周 嘯. 聚合物近代儀器分析（第二版）M. 北京: 清華大學(xué)出版社 ,1998.2 翁詩(shī)甫. 傅里葉變換紅外光譜儀 M.

15、 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社 ,2005.3 馬禮敦 . 高等結(jié)構(gòu)化學(xué) M. 上海: 復(fù)旦大學(xué)出版社 ,2002.4 吳謹(jǐn)光.近代傅里葉變換紅外光譜技術(shù)及應(yīng)用（下冊(cè)） M. 北京: 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社 ,1994.5 林淼, 范曉莉.實(shí)用傅里葉變換紅外光譜學(xué) M. 北京:中國(guó)環(huán)境出版社 ,1991.6 潘家來(lái). 激光拉曼光譜在有機(jī)化學(xué)上的用 M. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社 ,1986.7 多林希.有機(jī)化合物的特征拉曼頻率 M. 朱自瑩,譯. 北京: 中國(guó)化學(xué)會(huì)出版社 ,1980.8 許振華.FT-Raman光譜及其應(yīng)用J.光譜學(xué)與光譜分析，1993,13（1）: 13-83.9 中本一雄 . 無(wú)機(jī)和配位化合物的紅外和拉曼光譜 M. 黃德如，汪仁慶，譯. 北京: 化學(xué)化工出版社 ,