紅外光譜儀分析

主要用于對被測物質分子進行分析和鑒定活動，常用于材料研發分析。由于測試樣品成分及來源復雜多變，不同類型樣品所適用的方法不同，紅外光譜儀分析制樣主要可以分為：壓片法、糊狀法、薄膜法（溶劑溶解成膜法、熱壓法制膜）、液體池法（液體測試、液膜測試）、氣體池法等 。

對于高分子材料及成品樣品的分析來說，主要以測試粉體、樹脂為主，日常測試的主要方法為熱壓法、溶劑溶解成膜法和KBr研磨壓片法。三種測試方法存在差異，當然也會導致測試圖譜存在一定的差異，國高材分析測試中心通過實際應用案例，探討不同方法之間的差異性，幫助各位在進行材料分析制樣時提供一些思路。

圖1 紅外制樣方法示意圖

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不同制樣方法及注意事項

1、熱壓法

采用熱壓法進行高分子材料測試時，需要先確定高分子材料種類，選擇合適的熱壓溫度（對于未知聚合物的測試，建議以160℃作為起始溫度，從低到高進行驗證）。具體測試制樣如下圖2所示：

圖2 熱壓法制樣步驟

隨機選取兩種聚合物樹脂ABS和PBT，熱壓法制樣后進行紅外測試，得到以下圖3、4所示圖譜：

熱壓法測試過程簡單快捷，檢測效率高，適用于生產大批次測試。但高溫會造成材料內熱敏成分出現異常，但是對于一般的穩定樹脂基體的影響不是很大，適用于對于測試結果精度要求不高、或者僅用于主成分分析等場合。

2、溶劑溶解成膜法

采用溶劑溶解成膜法制樣時，需要確認樣品種類及選擇合適的溶劑，要求選擇的溶劑為易揮發溶劑，且溶劑極性比較弱，不易與樣品發生作用。可選取的溶劑包括但不僅限于：

①氯仿——可用于許多熱塑性聚合物（例如苯乙烯類聚合物和聚醚）；

②鄰二氯苯——用于簡單的乙烯基型聚合物（如聚氯乙烯）；

③甲酸——用于許多聚酰胺；

④間甲酚——用于某些聚酯和聚酰胺。

具體制樣步驟如下圖5所示：圖5 溶劑溶解成膜法制樣步驟

隨機選取兩種聚合物樹脂ABS和PA66，選用合適溶劑溶解成膜法制樣后進行紅外測試，得到以下圖6、7所示圖譜：

通過ABS與PA66溶解成膜測試圖譜，可以看到圖譜出峰明顯且雜峰較少，無干擾、倒峰或尖銳峰存在，一般測試圖譜的效果都比較理想。制樣過程中，溶解液越濃，后期成膜越快速，建議取偏多一些樣品，如果溶液濃度過低，所得圖譜強度過低，需要多次成膜才能達到理想的效果。成膜載體可根據表1所示材料進行選擇，某些材料在特定區間不吸收紅外，無法測試，可按照需求選擇舍棄改區域圖譜，或者揭膜后單獨測試薄膜。

備注1：以上以中紅外設備（4000-400）cm -1 范圍為例；

備注2：鋁箔紙等材料也可作為成膜載體，但是質地軟，容易造成薄膜破損，且本身材料特性，無法作為載體直接用于測試紅外，所以必須要揭膜后單獨測試薄膜或者使用NAOH溶液將其溶解后取出薄膜。

3、KBr研磨壓片法

采用KBr研磨壓片法制樣時，一般選擇光譜純的KBr顆粒。KBr顆粒在使用前需要進行烘干，防止吸水，壓好的晶片如果不能立即測試，需要保存在干燥環境下。KBr研磨壓片法制樣步驟如下圖8所示：

圖8 KBr研磨壓片法制樣步驟

隨機選取聚合物樹脂PBT和某抗氧劑粉體，選用KBr研磨壓片法制樣后進行紅外測試，得到以下圖9、10所示圖譜：

粉體類樣品在進行KBr壓片時，其能與KBr相互研磨較均勻，測試出的圖譜出峰清晰明顯，且雜峰較少。聚合物樹脂由于使用的是取粉末研磨，材料本身與KBr難以不均勻，導致測試會出現較多雜峰，且基線有一定偏移。

02

不同制樣方法的差異

1、聚合物使用熱壓法和溶劑溶解成膜法的測試差異

同種材料使用熱壓法和溶劑溶解成膜法的紅外圖譜差異如下圖11所示，兩者峰形有明顯變化。熱壓法由于高溫、高壓的直接接觸，容易導致峰形偏移，峰形堆疊難以分辨，出現透光、偏光，以及某些特征峰強度變化/消失等異常情況，所以熱壓法的測試精度和準確性是低于溶劑溶解成膜法的。兩者一般不直接進行比對，當需要監控產品質量異常時，建議選擇同種制樣方法。

圖11 熱壓法和溶劑溶解成膜法測試圖譜

2、溶劑溶解成膜法中成膜載體的差異

合理的選擇成膜載體，可以有效的提升測試效率和譜圖質量。KBr壓片載體、鹽片載體和玻璃載片載體是使用較為普遍的載體測試方式，三種載體成膜方法使各有優劣，如下表3所示，可根據自身能力和所需，選擇合適的溶液載體成膜方法。

表2 溶劑成膜載體間差異

3、KBr研磨壓片法中水峰的影響

由于KBr易吸水，一些測試粉體也易吸水，導致測試圖譜水峰強度高，造成譜圖的異常判斷。所以在使用KBr研磨壓片時，尤其需要注意的是需要消除水峰的影響。一般使用兩種方法消除：樣品和KBr烘干后測試、扣除KBr的背景。可將KBr在使用前使用烘箱或烘干器進行烘干，或長期保存在干燥器內使用，如下圖12、13所示。KBr壓片在3400 cm-1和1 ** 0cm-1左右會出現水的吸收峰，研磨前無論溴化鉀烘的多干，還是會出現這種現象，容易導致在結果判斷過程中出現誤判的情況。

使用KBr背景扣除法后，水的吸收峰有所減弱，同樣也是無法完全消除，但是這種情況在干燥環境下測試會有所減緩，因此，紅外測試的房間及儀器需要保持干燥。

4、KBr研磨壓片法中壓片手法的影響

KBr研磨壓片的手法也很重要，對圖譜的質量會產生較大影響。使用KBr研磨壓片時要注意樣品與KBr的充分研磨，一般要求研磨至顆粒物在2.5μm以下（日常研磨大概10-20min）。研磨不充分測試時容易引起光散射，使基線出現偏移。

壓片時施加正確的壓力和飽壓時間也很重要，壓力過大或飽壓時間過長，可能會導致所制壓片過于光滑，從而發生偏光現象，導致出現高強度尖銳峰，有時候甚至“拉平”或覆蓋正常峰，如下圖14所示：

圖14 高強度尖銳峰

當測試圖譜基線出現漂移時，可通過軟件進行基線校準，也可復測，保障研磨充分。當壓片時出現此類高強度尖銳峰時，正確調整壓力和飽壓時間，通過減少壓力和飽壓時間可以進行改善。

5、KBr研磨壓片法中粉碎工具的測試差異

樹脂材料使用KBr研磨壓片是相對比較困難的，主要是由于樹脂材料很難粉碎到達到使用需求的均勻顆粒。常用粉碎工具如液氮粉碎后使用球壓機研磨和使用細齒銼刀等工具輔助刮粉研磨，都難以滿足壓片的需求。如下圖15、16所示：

采用液氮粉碎后使用球壓機研磨測試和銼刀刮粉測試主要問題在于(4000-3500)cm -1 處有干擾。液氮粉碎后研磨也不能達到很好的研磨效果，測試的圖譜干擾大小差異不大。主要考慮是粉體粒徑大小引起的干擾強弱，研磨/刮粉后壓片測試經常會出現干擾現象，需盡量取更細致的粉末測試。部分較大硬塊盡量不要取，容易壓片不均勻，測試可能會出現尖銳峰或倒峰。

03

總結

不同的制樣方法適用于不同的材料和領域，方法之間的測試結果也存在一定的差異，各有優劣，需要根據測試的目的和檢測能力，選擇合適的制樣方法，才能達到事半功倍的效果。

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