在准备用于FTIR分析的KBr测试片时,标准且最常推荐的比例约为按重量计100份KBr与1份样品(100:1)。这相当于0.2%到1%的样品浓度,是产生高质量光谱而不会发生信号饱和的理想范围。
KBr压片法的核心原理不仅仅是关于比例,而是关于实现极高的稀释度。目标是将极少量的样品均匀地分散在红外透明基质中,防止信号饱和或散射,并确保所得光谱清晰准确。
为什么这个比例对准确光谱至关重要
100:1的比例是一个起点,但了解其背后的原理可以帮助您排除故障并完善您的技术。光谱数据的质量直接取决于您测试片的质量。
KBr的作用:理想的基质
溴化钾(KBr)成为标准是有原因的。它在绝大多数中红外范围(4000-400 cm⁻¹)内对红外辐射是透明的。
这种透明度确保了只有您的样品吸收红外光束,而不是承载它的基质。KBr也是一种柔软的盐,在高压下可以被压制成薄的玻璃状圆盘。
样品过多的问题
使用高于1%的浓度(例如50:1的比例)是一个常见的错误,它会严重降低光谱质量。
当样品浓度过高时,最强的吸收峰将吸收100%的红外光。这会导致“平顶”峰,您会损失所有定量信息并扭曲峰的真实形状。
此外,过高的样品浓度可能导致一种称为克里斯琴森效应(Christiansen effect)的现象,从而导致峰形失真和基线倾斜,使解释变得困难。
样品过少的问题
虽然不常见,但使用过少的样品(例如1000:1的比例)也会导致问题。
产生的吸收峰会非常微弱,难以与背景噪声区分开来。这会导致信噪比差,并可能丢失有关弱吸收官能团的信息。
制作完美测试片的实用步骤
达到正确的比例和高质量的测试片需要仔细的准备。目标是形成一个薄的、完全透明的玻璃状圆盘。
步骤 1:称量材料
对于标准的13毫米压片模具,一个良好的起点是1-2毫克的固体样品和大约200毫克的干燥、光谱级KBr。
务必使用储存在干燥器中或在烘箱中干燥过的KBr,因为它很容易吸收大气中的水分。
步骤 2:实现均匀性
这是最关键的一步。样品必须在KBr中完美分散。
在此过程中使用玛瑙研钵和杵。玛瑙是非磨蚀性的,可最大限度地减少污染。将样品和KBr一起研磨几分钟,直到混合物成为细小、均匀的粉末,看不到任何可见的样品斑点。
步骤 3:压制测试片
将粉末转移到压片模具套装中。经验法则是,对于标准的13毫米模具,8-10吨的载荷通常就足够了。
施加压力几分钟,使KBr流动并形成一个固体圆盘。所得的测试片应该像一扇小窗户一样清晰透明。
理解权衡和常见陷阱
即使比例正确,也可能出现问题。识别它们是产生可靠数据的关键。
KBr的吸湿性
KBr具有很强的吸湿性,意味着它很容易从空气中吸收水分。如果您使用“湿”KBr,您的光谱中将出现非常宽大、强烈的(约3400 cm⁻¹处的)水吸收峰,这可能会遮盖样品中的O-H或N-H伸缩振动峰。
混合不均匀
如果样品和KBr没有彻底研磨在一起,您会形成样品浓缩的“热点”。这会导致基线倾斜和失真、非对称的峰,使光谱无法用于图谱比对或定量分析。
测试片不透明或开裂
混浊、不透明或开裂的测试片是出现问题的迹象。这通常是由于压力不足、粉末未完全研磨或水分过多造成的。不透明的测试片会散射红外光束,导致光谱非常嘈杂,高波数处的基线呈上升趋势。
根据您的目标做出正确的选择
您的具体目标会影响您必须严格遵守标准程序的程度。
- 如果您的主要重点是定量分析: 您必须在样品与KBr的比例、总质量和测试片厚度上严格保持一致,以确保结果的可重复性。
- 如果您的主要重点是定性鉴定: 比例要求稍有放宽,但目标是0.5-1%的浓度是生成与图谱数据库匹配的清晰光谱的最佳实践。
- 如果您正在分析未知或具有挑战性的样品: 从约1%的浓度开始。如果您的最强峰是平顶的,请以较低的浓度(例如0.2-0.5%)重新制作测试片。
掌握这项基本技术是对您的光谱数据质量和可靠性的直接投资。
总结表:
| 方面 | 详细信息 |
|---|---|
| 标准比例 | 按重量计100份KBr与1份样品(100:1) |
| 样品浓度 | 0.2% 到 1% |
| 典型样品质量 | 13毫米测试片取1-2毫克 |
| 典型KBr质量 | 13毫米测试片取200毫克 |
| 压制压力 | 标准模具为8-10吨 |
| 主要优势 | 防止信号饱和,确保均匀混合,减少散射以获得准确的光谱 |
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