实验室分析仪器--红外光谱的固体样品制样方法

固体样品的制样方法

固体样品可以不同形态存在，如粉末、粒状、块状、薄膜、硬度小的、硬度大的、脆的、坚韧的，等等。固体样品的测试方法有常规的透射光谱法、显微红外光谱法、ATR光谱法、漫反射光谱法、光声光谱法、高压红外光谱法等。红外光谱附件的制样技术将在下篇做详细介绍。本节只介绍用于常规透射红外光谱的固体制样方法，即压片法、糊状法和薄膜法。

1. 压片法

压片法是一种简便易行、常用的制样方法。该法只需要稀释剂、玛瑙研钵、压片磨具和压片机。稀释剂有溴化钾和氯化钾（两者的操作过程相同），常用的为溴化钾，此处仅介绍溴化钾压片法。

（1）研磨 将约1mg固体粉末样品与约150mg溴化钾粉末（溴化钾粉末在使用前应经120℃烘干，置于干燥器中备用）置于玛瑙研钵中，研磨均匀（粒度要小于2.5μm）。

（2）压片 压片需要使用压片模具，如图1所示。用不锈钢小扁铲将研磨好的样品与溴化钾混合物转移至压片模具中，然后使用压片机给压片模具施加压力。通常，施加8t左右的压力并保持十几秒钟，即可压出透明或半透明的锭片。

（3）测试 从压片模具中取出锭片后要及时测试，如果不能及时测试，应将锭片暂时保存于干燥器中。

 2.糊状法

采用卤化物压片，所测得的红外光谱中很难除去位于3400cm和1640cm附近的水峰，会干扰样品中结晶水、羟基和氨基的测定；采用糊状法制样可以克服这个缺点。糊状法是在玛瑙研钵中将样品与糊剂一起研磨，使样品微粒均匀地分散在糊剂中。最常用的糊剂有石蜡油（液体石蜡）和氟油。用石蜡油或氟油与样品一起研磨的方法又称作石蜡油研磨法或氟油研磨法。

（1）石蜡油研磨法 该法制样速度快，不足之处是:石蜡油糊剂是饱和直链碳氢化合物，在光谱中会出现碳氢键的特征吸收峰，干扰样品的测定；样品用量比压片法多，至少需要几毫克样品。制备样品时，将几毫克样品放在玛瑙研钵中滴加半滴石蜡油研磨。研磨好后，用硬质塑料片将糊状物从玛瑙研钵中刮下，均匀地涂在两片溴化钾晶片之间，然后测其红外光谱。

（2）氟油研磨法 所谓氟油就是全氟代石蜡油（即石蜡油中的氢原子全部被氟原子取代），黏度比石蜡油大一些。采用氟油研磨法制备样品得到的光谱没有碳氢吸收峰，但在1300cm^-1以下的光谱区间出现非常强的碳氟吸收峰。因此，采用该法只能得到4000~1300cm^-1区间样品的光谱。

图1 常用压片模具实物图（a）和装配图（b）

 石蜡油研磨法和氟油研磨法可以得到互补。氟油在1300cm^-1以上没有吸收峰，而石蜡油在1300cm^-1以下没有吸收峰（除了在720cm出现一个弱的吸收峰外）氟油研磨法的制样方法与石蜡油研磨法相同，此处不再重复。

3.薄膜法 

薄膜法主要用于高分子材料的红外光谱测定，分为溶液制膜和热压制膜两种方法。

（1）溶液制膜法将样品溶解于适当的溶剂中，然后将溶液滴在红外晶片（如溴化钾、氯化钠等）载玻片或平整的铝箔上，待溶剂完全挥发后即可得到样品的薄膜。最好的溶液制膜法是将溶液滴在溴化钾晶片上，这样制得的薄膜可以直接测定。所配制溶液的浓度要适中，如果配制2％的溶液滴1～2滴溶液，膜的直径在13mm左右，膜的厚度为5～10m，这样制得的膜适合红外光谱测定。

 （2）热压制膜法可以将较厚的聚合物薄膜热压成更薄的薄膜，也可以从粒状、块状或板材聚合物上取下少许样品热压成薄膜。

热压模具可以购买，也可以自制。购买的薄膜制样器可以将少许聚合物热压成直径为20mm，厚为15μm、25μm、50μm、100μm、250μm和500μm的薄膜。图2为薄膜制样器的热压模具示意图。热压模具采用内加热器，上压模板上、下压模板内安装有电加热板。热压模具的温度由温度控制器自动控制，温度可以从室温加热到300℃。不同的聚合物需设定不同的热压温度，表1为常用聚合物设定的热压温度。

图2 薄膜制样器的热压模具示意图

图2中的套环将上，下两块压模板对下压模板齐。铝箔将样品与上、下压模板隔开，热压好的样品薄膜夹在两片铝箔之间，将两片铝箔分开即可取出样品薄膜，热压不同厚度的薄膜使用不同的金属垫片。

 表1 常用聚合物设定的热压温度