红外光谱谱图质量影响因素分析6.20-2

1、红外光谱谱图质量影响因素分析耿春英 徐沛龙 林 青（ 青岛大学国家重点实验室培育基地 , 山东 青岛 266071）摘要 ：红外光谱是多项科研项目必需的表征手段，但是由于红外谱图质量的影响因素复杂， 人们对其了解甚少， 所以一般不易得到理想的红外谱图。 本文通过十二烷基硫酸钠对影响红 外谱图的诸多因素， 如样品的制备、 扫描次数、扫描速度、分辨率和数据处理等进行大量的 实验和详细的分析， 得知一个高质量的红外光谱图， 不仅需要掌握红外光谱的分析方法、 样 品的制备技术， 还要了解样品的性质和结构、 选择合适的制样方法和科学的操作技术才能得 到满意的结果。关键词： 红外光谱，操作技术，影响因素，

2、谱图质量中图法分类号： TH744.1-65 文献标识码 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.傅里叶变换红外光谱是根据物质的分子振动时所吸收的光的频率不同而得 到的

5、红外谱图， 同一个基团在不同的分子和状态中振动频率不同。 红外光谱技术 作为一种非侵入性的检测技术， 可以无损伤地提供丰富的分子结构特征和物质成 分信息，从分子水平上反映物质的结构差异， 为研究物质的性质提供有力的依据 1-4 ，在各个领域具有广泛的应用前景。红外光谱与物质的性质和结构密切相关， 所以在红外光谱实验中， 要想得到一个高质量的红外谱图必须要掌握样品的性质 和结构。此外，谱图的质量还与样品的制备和科学的操作技术有着重要的关系。 本文对影响红外谱图质量的主要因素进行了多次实验，并详细分析了样品的制 备、扫描次数、扫描速度、分辨率和数据处理等因素对谱图质量的影响。研究结 果对实际的仪器

6、使用者和科研工作者具有很好的指导和借鉴作用。1样品制备技术对谱图的影响红外光谱分析中样品的制备方法与制备技术非常重要。最常见的是固体物 质，固体不仅由于分子之间的作用力大，缔合力强，而且由于颗粒大小、晶形和 结晶场效应等因素，使固体光谱与溶液光谱发生显著的差异。红外光谱的形状， 特别是谱带的强度，与制样技术有密切的关系，对于固体粉末需要溴化钾压片， 常常由于研磨不匀或压的不透明而产生光的散射，使红外谱图基线上移、产生干涉条文使谱图不光滑，使吸收峰的频率产生明显的位移。充分研磨样品，掌握研磨 时间和方法是很重要的。对于不同样品需要灵活采用不同的测试方法。 消除以上 现象样品颗粒直径必须小于入射光

7、的波长（2卩m 4-5。这是红外光谱测试中固 体粉末制样的关键。固体样品制样时除了对样品颗粒大小的要求以外，关键的还 有稀释剂溴化钾与样品的比例。样品比例高则信息太丰富特征峰不突出， 造成分 析困难或吸收峰成平顶，若样品比例过高，发射的红外光全部被样品吸收，这时 的透过率接近于零，无法进行分析。图i是十二烷基硫酸钠样品适量与过量红外 谱图的比较。从图i可以看出样品比例过高强度太大， 使多个峰成为平顶，很难 分析。5图1十二烷基硫酸钠样品适量与过量红外谱图的比较对于聚合物的薄膜或者片状材料需要做衰减全反射（ATR，样品如果非常 光滑，光反射从而产生干涉条文，使谱图不光滑或影响谱带强度，定量分析要

8、特 别注意。对于不同的聚合物样品有液体铸膜法、热压膜法、糊法、热裂解法6-7。在红外光谱分析中选择适当的制样方法、掌握较高的制样技术是红外光谱研究取 得正确信息的关键。2扫描次数对谱图的影响傅里叶变换红外光谱法通过测量干涉图并对其进行傅里叶积分变换的方法 测得的，检测器同时测量、记录所有的吸收信号，比传统的色散光谱仪有较高的 信噪比。但在实际的红外试验中由于环境和操作等原因会有很多噪音信号，这些噪音信号会加在样品的光谱信号中，信噪比与扫描次数的平方成正比4，5。增加扫描次数降低分辨率可以提高光谱信噪比，同时降低水汽吸收峰的影响。图2是十二烷基硫酸钠改变扫描次数时红外谱图比较（由于天气潮湿所以有

9、水峰）。从图不难看出随着扫描次数的提高信噪比逐渐增大，红外谱图越来越光滑。A度光吸图2十二烷基硫酸钠不同扫描次数时测定的红外谱图4#3扫描速度对谱图的影响傅里叶变换红外光谱仪动镜的扫描速度是可以改变的，使用不同的检测器可 以选择不同的扫描速度，使用 DTGS佥测器时可选择较慢的扫描速度，可得到较 高的信噪比。也不是越慢越好，在其他条件不变的情况下，速度太慢会使干涉图 的强度增高，放大器产生的低频噪声会变成光谱噪声的主要来源，测试时间太长, 光谱的水汽吸收峰增高8-9。用同一速度下的背景，测定不同速度下样品的红外 光谱，扫描速度越快，红外谱图的基线越高。在实际的实验中背景的扫描速度必 须与样品的

10、扫描速度一致。图3是用某一动镜移动速度下的本底，测定的不同速 度下样品的吸收谱图。4000350030002500200015001000500波数-cm-1A度光吸图3用某一动镜移动速度下的本底，测定的不同速度下样品的吸收谱图4分辨率对谱图的影响分辨率是指分辨两条相邻谱线的能力。红外光谱的分辨率与仪器的光程差有 关，光程差越大仪器的分辨率越高。动镜移动的有效距离越长，数据采集的越多。 一台傅里叶变换红外光谱仪的最高分辨率在数字上等于多少，取决于这台仪器的动镜移动的最长有效距离是多少2,10,11,。，分辨率数字越小分辨率越高，仪器的 性能越好。对于一般的红外光谱测定，通常选用4cm1分辨率就

11、足够了，分辨率越高，信噪比越低，水汽的影响越大。图4是不同分辨率下测定的十二烷基硫酸 钠的红外谱图。从图中可看出分辨率越高信噪比越低。A度 光 吸4000350030002500200015001000500波数-cm-1图4十二烷基硫酸钠不同分辨率时测定的红外谱图5数据处理对谱图质量的影响平滑：利用光谱平滑数据处理技术可以降低光谱的噪声， 通过平滑可以看清 楚被噪声掩盖的真正的谱峰。光谱平滑技术是对光谱中数据点 Y值进行数据平均 计算2，4。光谱平滑后光谱的噪声降低的同时光谱的分辨率也降低了。基线校正：基线校正就是将光谱的基线人为的拉回到 0基线上。在校正之前 通常转换成吸光度光谱，如果是透

12、光率光谱校正后应和100%线重合。在溴化钾压片制样中，由于研磨不细锭片不透明，红外光产生散射，使光谱的高频端基线 抬高8，10。为使谱图美观需要基线校正，谱图经过基线校正后会使峰面积增大， 定量分析一般不能基线校正。从图5可看出红外谱图校正前与校正后面积明显增 大。图5十二烷基硫酸钠校正前与校正后比较影响红外谱图质量的因素很多，常用的溴化钾压片中的溴化钾的质量非常重 要，必须是光谱纯。它在高压下可变成透明的锭片， 无机和配位化合物通常都含 有离子，样品和溴化钾在研磨和加压时会发生离子交换，使样品的谱带发生位移和变形，不适应溴化钾压片4、。溴化钾粉末极易吸潮，水峰很大，当操作环境 相对湿度大于7

13、0%寸，溴化钾吸潮是不可避免的，可选用聚四氟乙烯粉末作为基 质压片可克服这一困难1314。为避免以上问题，尽可能把样品制成薄膜做投射效 果最好，也可以做成液态。 采取不同的制样技术测试同一样品时， 可能会得到不 同的光谱。 因此，要根据测试目的采用合适的制样方法， 制样技术和制样技巧也 是非常重要的， 同一个样品采取同一种制样方法， 不同操作者测得的光谱可能会 有差别2,10 。最好使用带有抽真空的压片模具，加压前可以抽真空，抽真空能除 去研磨过程中溴化钾粉末吸附的部分水分，并且压出的锭片比较透明。结束语 根据资料和大量的实验充分证明了红外光谱的影响因素是非常复杂的。 在红 外光谱的实验中要获

14、得一个高质量的红外光谱图， 要根据样品的性质、 结构、状 态，综合考虑影响谱图质量的一切因素， 选择合适的制样方法， 掌握科学的操作 技能，才能得到理想的红外光谱谱图。除了本文分析的因素以外，还与环境、天 气、操作的时间有关系。 目前关于红外光谱谱图质量的研究是以制样、 操作等单 项研究为主。 本文综合分析研究了影响红外谱图的因素， 并得出结论。 研究结果 对红外光谱工作者和广大的科研工作者有着重要的指导作用。参考文献 （ References ）1 汪昆华 , 罗传秋 , 周 啸. 聚合物近代仪器分析（第二版）M. 北京: 清华大学出版社 ,1998.2 翁诗甫. 傅里叶变换红外光谱仪 M.

15、 北京: 化学工业出版社 ,2005.3 马礼敦 . 高等结构化学 M. 上海: 复旦大学出版社 ,2002.4 吴谨光.近代傅里叶变换红外光谱技术及应用（下册） M. 北京: 科学技术文献出版社 ,1994.5 林淼, 范晓莉.实用傅里叶变换红外光谱学 M. 北京:中国环境出版社 ,1991.6 潘家来. 激光拉曼光谱在有机化学上的用 M. 北京: 化学工业出版社 ,1986.7 多林希.有机化合物的特征拉曼频率 M. 朱自莹,译. 北京: 中国化学会出版社 ,1980.8 许振华.FT-Raman光谱及其应用J.光谱学与光谱分析，1993,13（1）: 13-83.9 中本一雄 . 无机和配位化合物的红外和拉曼光谱 M. 黄德如，汪仁庆，译. 北京: 化学化工出版社 ,