光谱基础

红外光谱指南

我们简要解释红外(IR)光谱的基本原理,并重点介绍有关FT-IR、ATR、传输和反射的基本问题。

FT-IR 光谱基础

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什么是IR和FT-IR光谱?有区别吗?

关于红外 (IR) 光谱

红外光谱(IR)的原理:分子能选择性吸收电磁光谱中红外区域的光,从而引起分子振动。 该吸收特异性的对应于样品分子中的特征化学键。

 使用光谱仪可以测得光谱图,横坐标为波数(常见4000-600 cm-1),纵坐标为样品对红外辐射的吸光值。该光谱图提供了独特的“分子指纹”,可用于筛选,扫描和鉴定有机及无机样品。

 

关于傅立叶变换红外光谱(FTIR)

过去,样品的分析是一步一步的,即用不同的单波长(色散)照射样品。而FT-IR则一次收集所有波长的光谱数据。

在这里,连续光源可产生各种红外波长的红外光。然后,红外光通过干涉仪,直接照射到样品上。

与色散测量不同的是,我们首先得到一个需要转换成红外光谱的干涉图。

IR与FT-IR的区别

此干涉图(原始信号)表示的光强度不是波长的函数,而是干涉仪内镜子位置的函数。

因此,信号必须首先进行傅里叶变换(FT),以产生更熟悉的红外强度表示为波数的函数。因此被称为FT-IR或FTIR。

FT-IR光谱的采集不仅比常规色散仪器快得多。

此外,这些光谱明显有更高的信噪比,并且由于使用非常精确的激光校准了波长尺度,因此具有更高的波长精度。

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如何测量红外光谱?

此图显示了测量透射或反射红外光谱的最基本光路设置。

这取决于需要分析的样本。通常,固体样品要么用能透过红外的溴化钾(KBr)一起研磨并压成圆片,要么切成薄片放在KBr窗口上,而液体则直接测量或用能透过红外的溶剂(如CCl4)稀释。如果样品足够薄(<15 μm),例如聚合物薄膜、金属表面的涂层或生物组织部分,则足够的红外光可以透过样品直接分析,而无需在 KBr 或溶剂中稀释。

另一种技术是反射。在这种情况下,红外光仅与材料表面相互作用以收集化学信息。漫反射红外傅里叶变换光谱(DRIFTS)是一种特殊的反射采样技术,可以收集固体样品的高质量光谱,这些样品利用透过的方法很难进行分析,如土壤或混凝土。

然而,到目前为止,ATR FT-IR光谱技术是许多其他采样技术的继任者,因为它主要是无损的,非常易于应用并且适合于分析当前状态下的固体和液体。

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什么是 ATR 或衰减总反射率?

此图显示了红外光束如何通过ATR晶体,并在晶体和样品之间的界面反射。

ATR的全称为衰减全反射,其已成为测量FTIR光谱的标准技术之一。在ATR检测中,样品被置于某种特定材料(金刚石,硒化锌或锗)的晶体上,红外光穿过该晶体并与样品发生相互作用,从而获得显示物质特征峰的红外吸收光谱。请注意,样品和晶体之间的良好接触是非常重要的。

此光谱中不同吸收峰之间的强度比可能由于物理效应而不同于传统的透射光谱。

但这并不意味着 ATR 光谱更难解释,相反。ATR 和透射光谱可以轻松地相互转换。如果要将最近获得的 ATR 数据与光谱参考库中包含的较旧光谱进行比较,这尤其有用。

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什么是红外反射?什么是红外漫反射?

红外光谱中使用的三种不同类型的反射

反射式FT-IR测量在红外光谱中具有特殊的地位。原则上,除了漫反射外,反射测量是非破坏性的,例如用于分析有价值的艺术品和绘画。

反射的强度由折射率决定,因此,只要有吸收带,反射的范围也会改变。 因此,(镜面)反射光谱看起来与透射光谱非常不同。

原因在于吸光度特性,我们来看看孤立的红外信号,对于一个孤立的吸收带,折射率在高波长处呈现最大值,在低波长处呈现最小值。同样地,光谱也会呈现出同样的模式, 即一阶导数的模式。

FT-IR 视频和教程

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FT-IR 基础知识教程视频

该视频阐述了红外 (IR) 光是如何用于创建光谱的。
该视频阐述了最常见的红外技术:ATR(衰减全反射)。
该视频阐述了如何使用红外反射来创建光谱。
实用知识

FT-IR光谱的应用

FT-IR 基础知识 - 化学识别。
FT-IR 基础知识 - 物质验证。
FT-IR 对吸烟热沥青/沥青的分析。

FT-IR常见问题解答

最重要知识点

有关 FT-IR 的常见问题

什么是红外光?

红外(IR)光(或更精确的说是红外辐射)是一种波长比可见光长的电磁辐射 (EMR)。因此,人眼看不见它,但可以以热辐射的形式感知。有趣的事实:太阳辐射的能量有一半以上是以红外线的形式到达地球的。

红外光如何与材料相互作用?

当红外线辐射到物质时,它能激发分子和原子键的运动。这种运动可以采取各种形式,如旋转或振动。根据分子被激发的方式,我们可以获得有关辐照材料的结构和特性的信息。

红外光能分析所有材料吗?

一般来说,是的,因为有机和无机物都可以用红外辐射很好地检测。红外分析的基本要求是材料吸收红外辐射。然而,某些物质,包括金属和单原子气体(例如惰性气体)不能直接检测。

通常分析哪些材料?

特别是对于有机物质,红外光谱是获取大量信息的常用工具。 这包括聚合物,药物,药品或工业化学品的鉴定,以及水中油等含量的测定。 红外光谱非常灵活,其应用非常广泛,您可以在所有行业和研究领域找到红外用户。

什么样的分析是可能的?

使用红外,可以找出样品是由什么组成的,也可以知道某种成分或成分的含量。定性分析是红外光谱学最常见的应用,主要用于原材料的质量控制、失效分析和科学研究。定量分析广泛应用于工业过程中对生产参数进行评价。

我需要成为使用红外光谱的专家吗?

当然不是。如今红外光谱仪比以往任何时候都更容易使用。大多数情况下,有简单的软件解决方案(如触摸操作),允许非专家以简单的方式执行红外分析。甚至分析都可以自动化,所以任何人都可以成为光谱学家!

红外分析需要多久?

这在很大程度上取决于所提出的分析问题。但是,简单验证一种化学物质的身份几乎只需要一分钟。

衰减全反射 (ATR)是什么?

ATR是获得IR信息的一种特殊采样技术。 红外光穿过由透红外光材质(例如钻石)的晶体。 然后,红外辐射将与与钻石紧密接触的样品和材料相互作用。 观看有关ATR基础知识的视频,以了解更多信息!

我在哪里使用 ATR?

几乎在任何地方,因为 ATR 是一种真正通用的方法。无论是固体还是液体,有机的还是无机的 - 您只需将样品放在晶体上。无需切割、稀释或准备样品就可以测试了。近几十年来,ATR已成为红外光谱学的标准技术。

什么是透射?

与 ATR 不同,此方法需要红外光穿透整个样品。这意味着样品必须非常薄或被稀释过的。为了稀释,样品通常与溴化钾(KBr)混合并压成小圆片。或者,用切片机制作非常薄的样品,然后放在KBr窗口上。这些准备工作需要大量的时间和精力。

何时使用透射率?

目前,只有非常具体的分析问题才需要透射法测量。 包括对液体中低浓度成分的定量或红外显微镜的应用上。 在某些工业部门中,也存在需要透射法测量的标准化程序(例如Pharma)。

什么是反射率?

反射是红外光谱中的第三种主要技术。 它基于红外光的反射,并可以得出有关材料表面的信息。 如果不能直接测量样品表面,则通常需要用KBr稀释, 也可以将非常薄的样品放在金属镜上(透反射)。

在哪里使用反射率?

由于反射率测量的特殊要求,它用于非常特定的分析目标。 例如,可以完全无损且仔细地检查有价值的艺术品,以便进行修复。