红外光谱常见的定量方法

红外定量测试法是基于物质对红外光的特征吸收，通过测量特定波长下的吸光度来确定样品中目标组分浓度的分析方法。其核心原理是朗伯-比尔定律（A=εbc，其中A为吸光度，ε为摩尔吸光系数，b为样品厚度，c为浓度），适用于具有红外活性官能团（如 C=O、O-H、C-H 等）的物质定量分析。以下从原理、测试步骤、常用方法及注意事项展开说明：

分子中特定官能团会吸收特定波长的红外光（通常在 4000-400 cm⁻¹ 范围），且吸收强度与该官能团的含量（浓度）成正比。通过测量目标官能团特征峰的吸光度，结合朗伯 – 比尔定律，可计算出对应组分的浓度。

1. 样品制备

根据样品状态（固体、液体、气体）选择合适的制样方法，确保样品均匀、无干扰（如气泡、杂质），且厚度一致（影响光程 b 的准确性）：

固体样品：

KBr 压片法：将样品与干燥 KBr（1:100~1:200 质量比）混合研磨成细粉，压制成透明薄片（厚度 0.5~2 mm）。

薄膜法：将样品熔融或溶解后涂成均匀薄膜（适用于高分子材料）。

液体样品：

液膜法：将液体滴在两块盐片（如 KBr、NaCl）间，形成均匀液膜（厚度通过垫片控制）。

溶液法：将样品溶于无红外吸收的溶剂（如 CCl₄、CS₂），装入液体池测定。

气体样品：使用气体池（长光程，通常 10~100 cm），通入气体后密封测定。

2. 仪器校准与参数设置

仪器校准：需校准波长（用聚苯乙烯薄膜标准品）、吸光度（用已知浓度的标准样品）及基线（扣除背景干扰）。

参数设置：选择合适的扫描范围（聚焦于目标峰所在区间）、扫描次数（通常 16~32 次，提高信噪比）、分辨率（4 cm⁻¹ 为主，兼顾分辨率与灵敏度）。

3. 光谱采集与数据处理

光谱采集：分别测定样品光谱和背景光谱（如空 KBr 片、纯溶剂），通过仪器软件扣除背景，得到样品的红外吸收光谱。

峰选择：需选择目标组分的特征峰（峰形尖锐、无其他组分峰重叠、强度适中），例如：

羟基（-OH）：3600~3200 cm⁻¹

羰基（C=O）：1750~1650 cm⁻¹

甲基（-CH₃）：2960 cm⁻¹ 和 1380 cm⁻¹

吸光度计算：通过软件读取特征峰的峰高或峰面积（峰面积更准确，受基线漂移影响小）。

1. 工作曲线法（外标法）

原理：配制一系列已知浓度的标准样品，测定其特征峰的吸光度，绘制 “吸光度 – 浓度” 工作曲线；再测未知样品的吸光度，从曲线中查得浓度。

适用场景：样品基质简单、干扰少，且标准品与未知样品的制备条件一致（如厚度、溶剂）。

优点：操作简单，无需内标物；缺点：受样品厚度、仪器波动影响较大。

2. 内标法

原理：在标准样品和未知样品中加入固定量的内标物（与待测物结构不同，有独特红外峰，且不与样品反应），以 “待测物峰面积 / 内标物峰面积” 为纵坐标，浓度为横坐标绘制工作曲线，消除厚度、称量等误差。

内标物选择要求：

与样品不互溶、不反应；

内标峰与待测峰无重叠；

内标物红外吸收稳定。

适用场景：样品厚度难以控制（如固体压片）、或存在基质干扰时。

优点：准确度高于外标法；缺点：需选择合适内标物，操作稍复杂。

3. 比例法（适用于简单体系）

原理：若样品中两组分的特征峰无重叠，且摩尔吸光系数已知，可通过两者的吸光度比值直接计算浓度比（需已知总浓度）。

示例：混合醇中甲醇（-OH 峰）与乙醇（-CH₂峰）的比例计算。

样品制备：

固体压片需均匀无气泡，否则导致光散射；

液体池或液膜厚度需一致（偏差≤5%），否则影响光程 b 的准确性。

峰的选择：避免选择重叠峰、肩峰或强度过弱（信噪比低）/ 过强（吸光度 > 1.0，偏离朗伯 – 比尔定律）的峰。

仪器稳定性：需预热仪器（通常 30 分钟以上），避免温度波动影响光源强度。

背景干扰：需扣除水汽（3600 cm⁻¹、1640 cm⁻¹）、CO₂（2349 cm⁻¹）或溶剂峰的干扰。

本文源自微信公众号：科研测试站

原文标题：《红外定量测试法研究》

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/M5jHnu_6Gu0-DmF-gbAnEA