吡啶红外测试原理、样品要求及数据分析方法

吡啶（C₅H₅N）是一种碱性探针分子，其氮原子的孤对电子可与材料表面的酸性位点发生相互作用，形成特征吸附物种，通过红外光谱的特征峰位置和强度实现酸性表征：

酸类型区分：

B酸（质子酸）：表面羟基（-OH）提供质子（H⁺），与吡啶结合形成吡啶盐阳离子（C₅H₅NH⁺），在红外光谱中显示1540cm⁻¹特征峰（强峰），同时伴随1640cm⁻¹附近的峰。

L酸（路易斯酸，电子接受体）：表面金属离子或缺陷位点接受吡啶的孤对电子，形成配位络合物（C₅H₅N-Mⁿ⁺），特征峰位于1450cm⁻¹（强峰），部分材料可能伴随1620-1630cm⁻¹峰。

物理吸附吡啶：未与酸性位点结合，仅通过范德华力吸附，特征峰为1490cm⁻¹（可作为内标或参考峰），且在低温下易脱附。

酸强度表征：

酸性越强，与吡啶的结合力越强，需在更高温度下才能脱附。通过程序升温脱附（TPD）结合红外（即不同温度下脱附后测红外），可区分酸强度：

低温脱附（如150℃）后残留的峰对应弱酸；

中温脱附（如300℃）后残留的峰对应中强酸；

高温脱附（如450-500℃）后残留的峰对应强酸。

样品形态：

通常为粉末状固体（如分子筛、金属氧化物、负载型催化剂），需干燥、无团聚（必要时研磨过筛，粒径建议

若为块状或薄膜，需加工成适合红外池的尺寸（如透射池需样品厚度均匀，漫反射池需样品能填充样品杯）。

预处理关键：

去除表面吸附的杂质（水、CO₂、有机物等），避免干扰吡啶吸附。预处理条件需严格控制：

气氛：真空（10⁻³-10⁻⁴Pa）或惰性气体（N₂、Ar）保护；

温度：根据材料稳定性设定（如分子筛通常200-500℃，金属氧化物需避免高温烧结）；

时间：2-4小时，确保表面羟基或吸附物种完全脱附。

酸类型判断：

若1540cm⁻¹峰存在，证明有B酸；

若1450cm⁻¹峰存在，证明有L酸；

两者同时存在则为混合酸型材料（如HZSM-5分子筛同时含B酸和L酸）。

酸量计算：

酸量（单位：μmol/g）通过特征峰的积分面积计算，公式为：

酸量=ε×mA×S

其中：

A：特征峰（1540或1450cm⁻¹）的积分面积；

S：样品面积（透射池）或光路长度（漫反射池）；

ε：摩尔吸光系数（需参考文献，如B酸1540cm⁻¹的ε约为1.67cm/μmol，L酸1450cm⁻¹的ε约为2.22cm/μmol，不同文献可能有差异）；

m：样品质量（g）。

酸强度分布：

以“脱附温度-酸量”作图，高温下仍保留的酸量占比越高，说明强酸比例越高。例如：

150℃脱附后残留的酸量=总酸量（弱酸+中强酸+强酸）；

450℃脱附后残留的酸量=强酸量。

吡啶纯度：需使用无水吡啶（含水分会与B酸反应，干扰1540cm⁻¹峰），建议提前经分子筛干燥。

原位池污染：测试后需高温烧除残留吡啶（如500℃空气气氛），避免污染后续样品。

样品稳定性：高温预处理或脱附时需确保样品不分解（如某些金属有机框架材料MOFs不耐高温）。

峰重叠干扰：部分材料本身的骨架振动可能与吡啶峰重叠（如1450cm⁻¹附近可能有碳酸盐峰），需结合背景谱图排除。

吸附饱和性：吡啶吸附时间不足会导致酸性位点未完全占据，需通过延长时间或提高吡啶分压（如饱和蒸汽）确保吸附饱和。