紅外光譜的樣品制備

1、紅外光譜的樣品制備-第一部分每年各地紅外光譜的實驗室制備和利用紅外光譜儀分析成千上萬個樣品。這些樣品范圍從商業(yè)產(chǎn)品像高聚物顆粒和液體表面活性劑，一直到高純度有機化合物。為了從這些不同的材料中得到高質(zhì)量的紅外譜圖，我們必須采用多種多樣的制樣技術(shù)。這篇文章的旨在與您交流紅外制樣技術(shù)。在這篇文章中，將對基于樣品的物理特性進行的技術(shù)選擇作討論。液體液樣的制備是將少量樣品涂于兩片紅外透明的窗片、等丿之間。窗片的互相擠壓形成一個樣品薄層，樣品的成分決定了選擇哪種窗片。對于無水的樣品，窗片材料是。對于含水樣品較為適合。固體固體樣品對光譜學(xué)家提出挑戰(zhàn)。樣品的熔點為我們指出首先該考慮哪種技術(shù)。對于熔點低于。的樣

2、品，用適當?shù)娜軇悠啡芙?，成膜于窗片上是最先考慮的。如果因為基線不好或是溶解性差而不成功，可以考慮在兩片窗片內(nèi)熔化成膜。如果這也不行，樣品可進行壓片。對于熔點高于。的樣品，首選的技術(shù)是壓片。對于聚合物樣品，成膜法是首選，接著是熱熔法和壓片法。對于熔點未知的樣品，結(jié)晶度的檢測將會指明哪種技術(shù)將會成功。高結(jié)晶度的樣品用壓片法較好，對于低結(jié)晶度的樣品，成膜和熱熔會得到更好的譜圖。紅外光譜的樣品制備第二部分液體樣品液體樣品的分析有多種方法。在本文中，我們主要探討所使用的制樣方法及一些有關(guān)的潛在問題。純樣品技術(shù)分析液體樣品的最常用方法就是將一滴液體夾在兩片鹽片中間，過程如下：將一滴樣品滴于合適的鹽片上

3、，幾秒鐘后，將另外一塊鹽片合上，這樣液體被夾在兩塊鹽片之間，變成薄膜狀。當然,選用的鹽片要與分析的液體樣品兼容。不含水的樣品可采用KBr(32x5mm)鹽片，含水樣品則采用KRS-5鹽片，這幾種晶體材料的選用主要是根據(jù)它們在紅外段的透光范圍(優(yōu)于4000450cm-1)和穩(wěn)定性。每次一個樣品做好后，用帶合適的溶劑的棉花清洗，然后在倒有甲醇的鹿皮或雞皮上拋光。KBr鹽片需要經(jīng)常進行拋光，以維持其表面的光潔。由于KRS-5晶體有毒，所有只有當其表面被劃傷或污染時才需要拋光，而且要求專業(yè)人員來完成。ATR技術(shù)水平的單反射ATR主要是由一個ZnSe晶體的凹槽組成，盡管ZnSe晶體的截止頻率為65070

4、0CM-1,但它比其它寬頻帶的材料要更加耐用。在樣品分析好后，要用適當?shù)娜軇悠窙_掉，再用棉花球擦洗干凈，這種材料不需要經(jīng)常拋光。潛在問題：但它最大的問題就是樣品譜圖的非線性，主要指峰位的位置和強度不滿足BeerLambert法則:A=abc這里/A=吸收值a=摩爾吸收系數(shù)b=光程c=濃度TheBeer-LambertLawistypicallydiscussedinregardstoquantitativeanalysis.Spectralsearchingisatypeofquantitativeanalysis,sincemostsearchingalgorithmsusebandin

5、tensityasafactor.LinearityduetosamplingtypicallyoccursintransmissionanalysisandnotinATR,duetothenatureoftheATRtechnique.Beer-Lambert定理主要是針對定量分析的，譜圖檢索是定量分析的一種類型，因為譜圖檢索是以吸收強度為基礎(chǔ)的，非線性主要出現(xiàn)在透射中，在ATR中則沒有，這主要是由于ATR的技術(shù)特點導(dǎo)致的。Themostcommoncauseofnon-linearityisinconsistentpathlengthacrossthesamplingarea.Forou

6、rinstrumentsat2cm-1resolution,thesamplingareais6mmatfocus.Ifthereareanyairbubblesorunevennessinthesamplingarea,thepathlengthofthesamplewillvaryacrossthesamplearea.最常見的導(dǎo)致非線性的原因是透過樣品的光程的不連續(xù)性。分辨率為2時，樣品區(qū)紅外光的聚焦點僅有6MM,如果此時樣品區(qū)樣品厚度薄厚不均或碰巧有氣泡或，就會引起此處光程不同。Thesevariationswillcauseinaccuraciesinthebandintensiti

7、esinthespectrum.Inotherwords,thebandswillbeweakerorstrongerthantheyshouldbe.Thisconditionwillleadtoreducedspectralsearchquality.Figure1isaplotofaspectrumof3,4-dichlorotolueneanalyzedasaneatwithaconsistentpathlength.Thepeakintensityofthebandat808cm-1is0.39,whilethepeakintensityoftheadjacentbandat870c

8、m-1is0.24(A808cm-1/A870cm-1=1.6).這些不同將導(dǎo)致譜圖在各個波段的吸收強度與實際值產(chǎn)生差異，從而降低譜圖檢索的質(zhì)量，圖是純3,4-dichlorotoluene的吸收圖，在808cm-1波段處的吸收度為0.39,鄰近870cm-1處是0.24(A808cm-1/A870cm-1=1.6)Figure2isthesamesampleanalyzedwithunevencoatingofthesampleonthecrystals.Asyoucansee,thebandintensitiesaredifferent.Forthisspectrum,thepeakint

9、ensityofthebandat808cm-1is0.76,whilethepeakintensityoftheadjacentbandat870cm-1is0.62(A808cm-1/A870cm-1=1.2).Thisrepresentsachangeof25%fromthepreviousspectrum.Thiscouldleadtoapoorspectralsearchmatch.We870cm-1checkforunevennessbyanalyzingthesampleusinga6mmsamplingarea,followedbyanalysiswitha3mmsamplin

10、garea.Thetwospectraaresubtractedfromeachotherandtheresidualspectrumisexamined.圖二是同一個樣品但是通過在晶體上做成一層薄厚不均的膜而得到的譜圖，它的吸收率與上圖已經(jīng)有差別了，808cm-1處的吸收率是0.76而870cm-1處卻為0.62(A808cm-1/A870cm-1=1.2)，與圖一相比，已有25%的差距，這必然會導(dǎo)致譜圖檢索結(jié)果正確率的下降，將樣品聚焦斑為6mm時得到的的圖與聚焦斑為3mm時得到的圖相減，用差譜的結(jié)果來進行分析：Non-linearitiesduetounevennesswouldshowu

11、pasalargeresidual.Wealsominimizeunevennessbyfrequentpolishingofthecrystals.由薄厚不均導(dǎo)致的非線性將會使差譜的結(jié)果非常明顯，我們可以通過定期對晶體進行拋光來降低這種誤差。Thesecondcauseofnon-linearityinthespectrumofaliquidsampleissamplethickness.Alargepercentageofspectraofliquidsamplessubmittedtousforspectralsearchanalysishavebeenruntoothick.MostF

12、T-IRspectrometers/detectorshavealinearresponseuptoapproximately1.2absorbanceunits.Anybandabove1.2absorbanceunitsisofquestionablelinearity.Non-linearitycansometimesbeseenas“choppiness”onthetopoftheband.Weonlyacceptspectrafromourlabthathaveamaximumabsorbancevalueof1.2absorbanceunits.Figure3isaplotofth

13、espectrumofthesamesampleusedpreviously.However,thesamplethicknesswasmuchlargerthanthepreviousspectrum.經(jīng)常引起液體樣品譜圖的非線性的另一個原因是樣品的厚度。液樣太濃將會導(dǎo)致譜圖的吸收太強，而多數(shù)紅外儀器的檢測器的線性響應(yīng)范圍是0到1.2個吸收單元，大于1.2時就會引起線性問題。有時非線性會使譜圖中吸收峰的頭部成平頭狀，在我們的實驗室中只接受吸收單元1.2的譜圖，圖三也是上面提到的樣品的譜圖，但樣品的厚度卻遠遠大于前者。Thestrongestbandinthespectrumisover30a

14、bsorbanceunits.Forthisspectrum,thepeakintensityofthebandat808cm-1is1.66,whilethepeakintensityoftheadjacentbandat870cm-1is0.94(A808cm-1/A870cm-1=1.76).Thisrepresentsachangeinrelativeintensityof10%,comparedtothenormalspectruminFigure1.Thischangeinrelativebandintensitieswillhaveanegativeeffectonsearcha

15、ccuracy.譜圖中最強的吸收單元已經(jīng)超過了30個吸收單元，808cm-1處的吸收度為1.66,870cm-1處為0.94(A808cm-1/A870cm-1=1.76)，相比而言，產(chǎn)生了10的誤差，這種不同波段的吸收值的相對性的差異將會給譜圖檢索帶來負面影響HJLHeavyspretnisnio(3.4-dicliloraolneineFlfunJNijmniapKcniffi討J.4Cliciltirc4cilu-KirrSRCIMIHjJJLlhii丨伽1XHfeUneven軒emm乩4*di匚111血訂站c叫_-!_!_1SamplePreparationforIRSpectra-P

16、artIII紅外樣品的制備第三部分III成膜技術(shù)FilmTechnique在的實驗室，涂膜技術(shù)是用在熔點低于。的樣品和低結(jié)晶度的樣品，比如象高聚物，涂膜法也可在其他方法失敗后試用。涂膜的主要程序先將樣品溶于適當?shù)娜軇┲?。然后將?shù)滴溶液滴于惰性的基質(zhì)上，溶液揮發(fā)后在基質(zhì)上留下一層薄膜。如果惰性基質(zhì)是紅外透明的，可直接檢測或?qū)⒈∧兿聶z測。選擇合適的溶液選擇溶液最主要的標準是容易去除（除了最明顯的一點，可溶解樣品）。這意味著必須要有低的沸點。蒸發(fā)溶劑所需的熱量越少，樣品所受的影響就越小。另外，溶劑越容易去除，越少的溶劑將會留下。在我們的實驗室，以下列出的溶劑將首先考慮：氯仿C丙酮C三氯乙醇C鄰二氯

17、苯和水。在選擇成膜技術(shù)時這五種溶劑適用于%的樣品。純?nèi)芤旱墓庾V也應(yīng)準備著作為參照。將溶劑的譜圖與成膜樣品的譜圖作比較是判斷是否有溶劑殘留的一個好方法。每取用一次溶劑便將其參比譜圖更新一下也是一個好習(xí)慣選擇基質(zhì)在的實驗室，沒有試圖將薄膜從基質(zhì)上取下，基質(zhì)和薄膜是一起放入光譜儀的。所以需要對紅外透明的基質(zhì)。除了溶劑是水采用晶體外，一般最常用的基質(zhì)是晶體。如果決定將薄膜取下，玻璃將是不錯的選擇。成膜經(jīng)驗告訴我們最好使用少量的稀溶液（35滴），在基質(zhì)上形成幾層薄膜，這將比用濃溶液形成的厚膜和大量的溶液一次成膜要好的多.這將使薄膜中的溶劑殘留最少。有時，當你成膜的是晶體樣品，譜圖上會顯示非常嚴重的散射和

18、基線傾斜。這在單層成膜時經(jīng)常發(fā)生，在多層成膜時也會出現(xiàn)。我們認為這是因為最先沉淀的晶體成為了形成大晶體的晶核，正是這些大晶體造成光的散射，使基線傾斜。在我們實驗室為了防止這種問題的發(fā)生，我們經(jīng)常在晶體的兩面都涂上一層薄膜，有時在兩塊晶體的兩面都涂上一層薄膜，一共形成四層膜。這個能解決絕大部分的散射問題。在蒸發(fā)溶劑時，使晶體上的溶液保持流動。這將幫助您得到厚度均勻的膜。我們經(jīng)常將晶體放在一小片可反復(fù)使用的紙卡上（大約”x”丿，后不停的敲擊紙卡的背面，使溶液保持流動，或者用移液管末端不停的攪拌攪拌如果去除溶劑需要加熱，而晶體又是水溶性物質(zhì)，比如B那你應(yīng)該先加熱卡片，去除其中含有的水汽。如果你不這樣

19、作，晶體的底部會吸水霧化，這將使你的譜圖的基線傾斜。在我們的實驗室，我們使用加熱燈來慢慢清除水汽，如果是在一個較為的環(huán)境中，因該一直用燈加熱以去除環(huán)境中水汽的影響。注意任何必須預(yù)防的情況，尤其是在使用易燃溶劑時。潛在問題在成膜技術(shù)中最嚴重的兩個問題是薄膜厚度不均勻和溶劑殘留。薄膜的厚度不均將導(dǎo)致譜圖的非線性。而在薄膜技術(shù)中應(yīng)該時刻注意溶劑殘留的問題?？偸菍⒔Y(jié)果譜圖與溶劑譜圖的主峰作比較。如果結(jié)果顯示有溶劑殘留，有時可通過繼續(xù)加熱來去除溶劑。如果你不能確定某個特征峰是溶劑還是樣品產(chǎn)生，那樣品必須用另一種方法檢測或使用另一種不會產(chǎn)生該特征峰的溶劑。另一個可能產(chǎn)生的問題是，某些樣品在加熱和有氧氣的情

20、況下易發(fā)生氧化。這將導(dǎo)致在上有一個的小峰。有幾種方法可以防止或最小化這種氧化。在惰性氣氛中蒸發(fā)溶劑，比如在氮氣中，這樣可以減少氧氣的存在?；蚴菧p少加熱量來化小這個問題?？赡艿脑挘憧梢允褂酶头悬c的溶劑，或用真空泵來抽取溶劑。紅外樣品制備IIIFilmTechnique制膜技術(shù)InSadtlerslaboratories,thefilmtechniqueisusedforsampleswithmeltingpointsbelow72Candforsampleswithlowcrystallinity,suchaspolymers.Thefilmtechniqueisalsoattemptedw

21、henothermethodsfailtoproduceagoodspectrum.在薩特勒實驗室，制膜技術(shù)主要應(yīng)用于熔點小于72C而且是低結(jié)晶率的樣品，例如聚合物，有時當一個樣品用其它方法都作不出好圖時，也會采用制膜法。GeneralProcedureforCastingaFilm制膜流程Thesampleisfirstdissolvedinasuitablesolvent.Severaldropsofthesolutionarethenplacedonaninertsubstrateandthesolventisevaporatedoffleavingbehindathinfilmofth

22、esampleonthesubstrate.Thefilmistheneitherpeeledoffandplacedinthespectrometer;or,ifthesubstrateistransparentintheinfrared,thesubstratewiththesamplecanbeplacedintothespectrometer.首先將樣品溶到溶劑中，滴幾滴溶液放到惰性基底上，將溶劑蒸發(fā)，然后在基底上留下一層薄膜，再將薄膜揭下來放到儀器中作圖。如果惰性基底能透紅外光，可將它們一塊放到儀器中測量。SelectingaSuitableSolvent選擇合適的溶劑Themain

23、criterionforasolvent(besidestheobviousone,dissolvingthesample)isthatitshouldbeeasytoremove.Thisimpliesalowboilingsolvent.Thelessheatappliedtoevaporatethesolvent,thelessthesamplewillbeaffected.Inaddition,theeasieritistoremovethesolvent,thelesssolventwillbeleftbehind.對溶液而言，最關(guān)鍵的是要便于分離，即溶的沸點低，稍微加熱即可將溶劑揮

24、發(fā)而溶質(zhì)幾乎不受影響，而且溶液越容易分離，溶劑揮發(fā)的就越干凈。Inourlaboratories,thefollowinglistofsolventsareattemptedfirst:chloroform(BP.61.2C),acetone(BP.56.2C),trichloroethanol(BP.151C),o-dichlorobenzene(BP.180.5C),andwater(BP.100C).Thesefivesolventsaresuitableforabout85%ofthesamplesforwhichthefilmtechniqueisattempted.Thespect

25、raofthepuresolventsshouldalsobekeptonhandasareference.在我們實驗室，常用下列溶劑：chloroform(BP.61.2C),acetone(BP.56.2C),trichloroethanol(BP.151C),o-dichlorobenzene(BP.180.5C),和water(BP.100C).對準備采用制膜測量的樣品，85的樣品可運用上述的五種溶劑，純?nèi)軇┻€可用來測參考譜圖。Comparisonofthesolventsspectrumtothecastfilmisconsdieredmandatorytodetermineifan

26、ysolventwasleftbehind.Itisalsoagoodpracticetogenerateanewreferencespectrumeachtimeasolventisreordered.對照純?nèi)軇┑淖V圖，可檢驗是否有溶劑遺留在樣品中，同時樣品的譜圖又可作為經(jīng)過重新處理的樣品的譜圖的參照圖。SelectingtheSubstrate選擇基底InSadtlerslaboratories,noattemptismadetopeelthefilmoffthesubstrate.Thesubstrateisplacedwiththefilmintothespectrometer.The

27、reforeasub-stratewhichistransparentintheinfraredisneeded.ThemostcommonchoiceisaKBrcrystalunlessthesolventiswater,inwhichcaseaKRS-5crystalisused.Ifthedecisionismadetopeeloffthefilm,thenglassisgenerallyagoodchoice.在薩特勒實驗室，從不直接從基底上撕膜，而是直接將基底帶膜一塊放到儀器中，這就需要一個對紅外光完全不吸收的基底，只有溶劑不是水，大多數(shù)我們都采用KBr晶體，如果是水則用KRS-5

28、，如要揭膜下來，完全可以采用玻璃作基底。CastingtheFilm鑄膜Itisourexperiencethatitisbesttouseasmallamountofadilutesolution(3-5drops)andcastseveralthinfilmsontopofeachother,ratherthantoproduceonethickfilmfromaconcentratedsolutionorfromusingalargeamountofthesolution.Thisminimizesthepossibilityoftrappinganysolventwithinthefi

29、lm.我們在實驗中，經(jīng)常只采用35滴經(jīng)過稀釋的溶液，重復(fù)的澆多次薄膜，而不是用濃溶液作一張厚膜或是用大量的溶液，這都是為了盡可能減少遺留在薄膜中的溶劑。Sometimes,whencastingfilmsofcrystallinematerials,aspectrummayshowasignificantamountofscatteringandgiveapoorslopingbaseline.Thisproblemismorecommonwhentryingtocastasinglethickfilm,butalsooccurswhencastingseveralthinfilmsontop

30、ofeachother.Itisourbeliefthatthisisaresultofthefirstcrystalsprecipitatingoutandactingas”seed”crystalstoproducelargercrystals.Itistheselargecrystalswhichcausethelighttobescattered,henceapoorbaseline.Toavoidthisprobleminourlaboratories,wewilloftencastathinfilmonbothsurfacesofthecrystal,andoccasionally

31、onbothsurfacesoftwocrystals,resultinginatotaloffourthinfilms.Thistechniquecorrectsmostscatteringproblems.有時，當我們鑄成膜后，在譜圖中會由于散射而導(dǎo)致基線傾斜，多數(shù)情況是出現(xiàn)在一次性澆鑄成的厚膜上，有時經(jīng)多次澆鑄的薄膜也會出現(xiàn)這種情況。首先我們要相信這是晶體沉淀的結(jié)果，即就象晶體種子“逐漸生成大晶體一樣。大晶體容易引起散射從而出現(xiàn)基線傾斜，為了避免這種情況，我們實驗室經(jīng)常在晶體的兩面同時鑄膜，偶爾也會在兩塊晶體的兩面進行，總共生成四層膜，以解決散射問題。Whenevaporatingoff

32、thesolvent,keepthesolutionmovingoverthecrystal.Thiswillhelpyougetafilmofeventhickness.Weusuallyplacethecrystalonasmalldisposablecardboardcard(about2”x3”)andeitherrockthecardbackandforthtokeepthesolutionmoving,orusetheendofthepipettosmearthesolutionoverthecrystal.Ifheatisrequiredtoremovethesolventand

33、thecrystalisahydroscopicmaterialsuchasKBr,thenyoushouldfirstheatthecardtodriveoffanyresidualmoistureinthecard.Ifyoudonotdothis,thebottomsurfaceofthecrystalwillabsorbthismoistureandcauseittobecomecloudy,whichcancauseaslopingbaselineinyourspectrum.在溶劑蒸發(fā)過程中，盡量使溶液在基底上不停流動，這將有助于得到一張薄厚均勻的膜。具體方法是將澆有溶液的晶體放在

34、一塊小板子(2”x3)”上，然后前后晃動板子，使溶液不停運動，或者可以用吸耳秋不停的對著溶液吹，如果需要加熱，而基底又類似KBr之類，那您需要先對基底加熱出濕，如果不這樣，基底將會吸濕潮解，從而引起譜圖的基線不準。Inourlaboratories,weuseaheatlamptogentlyevaporateoffthesolvent.Thisshouldalwaysbedoneinafumehoodtoremovethevaporsfromthelabenvironment.Observeallnecessaryprecautions,especiallywhenworkingwithflammablesolvents.在我們實驗室中，常常使用紅外照燈，除去環(huán)境中的濕汽，切記不可用于可燃性溶液。PotentialProblems潛在問題Thetwomostseriousproblemsthatcanoccurwiththefilmtechniqueareanunevenfilmorresidualsolventinthespectrum.Theprobl