摘要：本文简要介绍了红外吸收光谱的原理和红外光谱检测分析的广泛应用，对红外光谱分析常用的制样方法，尤其对薄膜法的涂膜技术要点，进行技术探讨和总结，旨在交流多种多样的红外制样技术，便于从不同的材料中得到高质量的红外谱图，以此确保聚合物红外光谱分析的准确性。
关键词：红外吸收光谱，样品，制备
前言
红外光谱分析是将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱，对物质分子进行结构鉴定、定量分析和化学动力学研究等。可用于研究分子的结构和化学键，作为表征和鉴别化学物种的方法,利用化学键的特征波数来鉴别化合物的类型。在物理、天文、气象、遥感、生物、医学等领域应用广泛。
一、红外吸收光谱的产生原理
红外吸收光谱是由分子不停地作振动和转动运动而产生的，分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动，多原子分子可组成多种振动图形。分子振动的能量与红外射线的光量子能量正好对应，因此当分子的振动状态改变时，就可以发射红外光谱，也可以因红外辐射激发分子振动而产生红外吸收光谱。
二、红外光谱分析常用的制样方法
聚合物红外光谱分析中非常关键的一步是样品的制备，红外光谱的质量在很大程度上取决于制样方法。聚合物的一般制样方法有以下四种：(1)浇铸薄膜法，是在一定条件下将聚合物溶解于适当的溶剂中，然后将样品溶液滴在适当的载体上，挥发掉溶剂，将膜取下，制得样品膜。但此法揭膜困难，而且还可能由于铸膜引起分子取向和晶形的改变。若是在盐窗上成膜，虽可直接用于测定，但盐窗比较昂贵，稍微使用不当就容易破裂；(2)热压薄膜法，是将样品放在模具中加热到软化点以上或熔融后再加压力压成厚度合适的薄膜。由于此法要求在一定的热压装置和较高的温度条件下进行，在制样过程种，某些聚合物会因受热而氧化，或者在加压时产生状态改变，从而使光谱发生某些变化；(3) KBr压片法，试样和KBr经干燥处理后，混合研磨到粒度小于2微米，以免散射光影响。装入模具内放在油压机上加压，使成为透明的晶片。但多数高聚物难于直接研成很细的粉末，因此难于制作KBr晶片；(4)切片法，用于不能采用溶解、熔融或加压等手段改变其物理状态的高聚物样品的制备。此法关键是要掌握切削技巧，正确选择切削条件。
三、液体样品的制备
液样的制备采用纯样品技术，是将少量样品涂于两片红外透明的窗片（KBr、NaCl等）之间，窗片的互相挤压形成一个样品薄层，样品的成分决定了选择哪种窗片。对于无水的样品，窗片材料是KBr；对于含水样品, KRS-5较为适合。这几种晶体材料的选用主要是根据它们在红外段的透光范围（优于4000－450cm-1）和稳定性。
当样品分析完后，用带合适溶剂的棉花清洗，然后在倒有甲醇的鹿皮上抛光。KBr盐片需要经常进行抛光，以维持其表面的光洁。由于KRS-5晶体有毒，所以只有当其表面被划伤或污染时才需要抛光，而且要求专业人员来完成。
四、固体样品的制备
固体样品的制备是最复杂、最困难的。先根据样品的熔点考虑采用哪种制样技术。
对于熔点低于72℃的样品，可以用适当的溶剂将样品溶解，成膜于KBr窗片上。如果效果不好，样品可进行KBr压片。
对于熔点高于72℃的样品，首选的技术是KBr压片。对于聚合物样品，成膜法是首选，接着是热熔法和压片法。
对于熔点未知的样品，可根据结晶度的检测来选择制样技术。高结晶度的样品用KBr压片法较好；对于低结晶度的样品，成膜和热熔会得到更好的谱图。
固体样品，常用的制样方法有以下四种：（１）压片法，是把固体样品的细粉，均匀地分散在碱金属卤化物中并压成透明的薄片；（２）粉末法，是把固体样品研磨成２μm以下的粉末，悬浮于易挥发溶剂中，然后将此悬浮液滴于KBr片基上铺平，待溶剂挥发后形成均匀的粉末薄层；（３）薄膜法，是把固体试样溶解在适当的的溶剂中，把溶液倒在玻璃片上或KBr窗片上，待溶剂挥发后生成均匀的薄膜；（４）糊剂法，是把固体粉末分散或悬浮于石蜡油等糊剂中，然后将糊状物夹于两片KBr窗片间。
五、涂膜的一般过程
先将样品溶于适当的溶剂中。然后将数滴溶液滴于惰性的基质上，溶液挥发后在
基质上留下一层薄膜。如果惰性基质是红外透明的，可直接检测或将薄膜剥下检测。
5.1 溶剂的选择
选择溶剂最主要的标准是容易挥发，必须采用低沸点溶剂。蒸发溶剂所需的热量越少，样品所受的影响就越小。另外，溶剂越容易去除，残留的溶剂越少。常用的溶剂有：氯仿、丙酮、三氯乙醇、邻二氯苯和水。将溶剂的谱图与成膜样品的谱图作比较是判断是否有溶剂残留的一个好方法。
5.2 基质的选择
一般不将薄膜从基质上取下，基质和薄膜是一起放入光谱仪的，所以需要的是对红外光透明的基质。除了溶剂是水采用KRS-5晶体外，一般最常用的基质是KBr晶体。如果决定将薄膜取下，玻璃将是不错的选择。
5.3 成膜
在成膜技术中最严重的两个问题是薄膜厚度不均匀和溶剂残留。尤其是针对湿膜法检测，无法测定涂膜的厚度，但是涂膜过程总的原则是要求薄膜厚度均匀。下面这个例子是不同的实验员对同一样品分别制样涂膜，进行红外光谱的检测，以此来判断薄膜厚度的变化对红外光谱峰位测定结果的影响。
从上面这个例子可以看出，在正常操作的情况下，薄膜厚度的变化对红外光谱峰位的测定结果几乎没有影响。
经验告诉我们最好使用少量的稀溶液（3～5滴），多次在基质上形成薄膜，这将比用浓溶液形成的厚膜和大量的溶液一次成膜要好，这将使薄膜中的溶剂残留最少。
六、结论
一张高质量的红外光谱图，要基线平稳，分辨率高，很弱的峰也能清晰的显示出来而不被噪音所掩盖，从而将化合物的结构单元信息尽可能多的反映出来。因此，试样的预处理和制样方法是谱图质量的关键。对于不同类型，不同性质的聚合物样品要确定科学合理的制样方法，便于从不同的材料中得到高质量的红外谱图，以此确保聚合物红外光谱分析的准确性。
参考文献：
[1] GB/T 6040 红外光谱分析方法通则
[2] GB/T 7764 橡胶鉴定 红外光谱法
[3] 仪器分析串讲，北京大学
[4] 翁诗甫，傅里叶变换红外光谱分析
论文作者:李岩,
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第11期
论文发表时间:2019/10/24
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