红外光谱检测技术概述
简介
红外光谱(Infrared Spectroscopy, IR)是一种基于物质对红外光吸收特性的分析技术,其核心原理是分子中化学键的振动和转动能级跃迁。当特定波长的红外光照射到样品时,分子吸收光能并产生特征吸收峰,这些峰的位置、强度和形状与样品的化学结构密切相关。通过解析红外光谱图,可实现对物质成分、官能团类型、分子构型等信息的快速识别,具有非破坏性、灵敏度高、操作便捷等特点。该技术广泛应用于化学、材料科学、制药、环境监测等领域,是物质定性和定量分析的重要工具。
红外光谱检测的适用范围
- 有机化合物分析:适用于鉴定有机物的官能团(如羟基、羧基、氨基等),判断分子结构,例如药物活性成分、聚合物单体等。
- 无机材料表征:用于分析无机化合物的晶体结构、表面吸附物及配位状态,如金属氧化物、陶瓷材料等。
- 生物样品研究:在蛋白质构象分析、核酸相互作用及生物大分子检测中发挥重要作用。
- 环境监测:检测大气污染物(如VOCs)、水体中有机物及土壤污染物。
- 工业质量控制:适用于石油化工、食品加工等行业的原料鉴别和成品质量监控。
检测项目及简介
- 官能团定性分析 通过特征吸收峰确定样品中存在的官能团类型。例如,羰基(C=O)在1700-1850 cm⁻¹范围内呈现强吸收峰,羟基(O-H)在3200-3650 cm⁻¹显示宽峰。
- 物质结构鉴定 结合标准谱库比对,确定未知样品的化学结构。例如区分同分异构体或确认合成产物的纯度。
- 定量分析 依据朗伯-比尔定律,通过特征峰强度计算样品中特定成分的浓度,适用于混合物中主成分含量测定。
- 表面与界面分析 利用衰减全反射(ATR)技术研究材料表面特性,如涂层成分或薄膜厚度。
- 反应过程监控 实时追踪化学反应中官能团的动态变化,例如聚合反应的进程或催化反应的中间产物。
检测参考标准
- 国际标准
- ASTM E1252-23《Standard Practice for General Techniques for Obtaining Infrared Spectra for Qualitative Analysis》
- ISO 13964:1998《Air Quality-Determination of Ozone in Ambient Air-Ultraviolet Photometric Method》
- 国内标准
- GB/T 6040-2019《分子吸收光谱法通则》
- GB/T 21186-2007《傅里叶变换红外光谱分析方法通则》
- 行业标准
- YY/T 0814-2023《医疗器械材料的红外光谱鉴定方法》
- HJ 834-2017《土壤和沉积物中多环芳烃的测定 红外分光光度法》
检测方法及仪器
- 主要检测方法
- 透射法:样品制备为KBr压片或液膜,直接测量透射光谱,适用于均质固体或液体。
- 衰减全反射法(ATR):无需样品前处理,直接接触ATR晶体表面,适用于高吸光度或难溶解样品。
- 漫反射法:用于粉末或粗糙表面样品,通过收集散射光获取光谱信息。
- 光声光谱法:检测光声信号,适用于深色或不透明材料。
- 关键仪器设备
- 傅里叶变换红外光谱仪(FTIR):核心部件包括红外光源(如硅碳棒)、干涉仪(迈克尔逊型)、检测器(DLATGS或MCT)及数据处理系统。其分辨率可达0.5 cm⁻¹,扫描速度快,信噪比高。
- 显微红外光谱仪:结合光学显微镜,实现微区(10 μm尺度)样品分析,用于材料缺陷定位或单颗粒检测。
- 便携式红外光谱仪:配备ATR探头,适用于现场快速筛查,如毒品鉴定或污染物检测。
- 操作流程
- 样品制备:固体样品研磨后与KBr混合压片,液体样品涂覆于盐片,气体样品充入气体池。
- 仪器校准:使用聚苯乙烯薄膜验证波数准确性,确保仪器处于最佳状态。
- 数据采集:设置扫描次数(通常32-64次)和分辨率(4-8 cm⁻¹),扣除背景干扰。
- 谱图解析:通过基线校正、峰位标定及谱库检索(如NIST或Sadtler数据库)完成分析。
技术优势与局限性
红外光谱技术的核心优势在于提供分子结构的“指纹信息”,且检测限可达微克级。然而,其局限性包括:
- 无法直接分析金属单质或单原子气体(如He、Ne);
- 水分子强吸收干扰需通过干燥处理或ATR技术规避;
- 复杂混合物谱峰重叠时需结合色谱联用技术(如GC-IR)提高分辨率。
随着联用技术(如红外成像、纳米红外)的发展,该技术在材料科学和生命科学中的应用将进一步拓展,为精准分析提供更强大的技术支持。
检测标准
GB/T 24581-2022 硅单晶中III、V族杂质含量的测定 低温傅立叶变换红外光谱法
GB/T 23801-2021 中间馏分油中脂肪酸甲酯含量的测定 红外光谱法
GB/T 40722.2-2021 苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR) 溶液聚合SBR微观结构的测定 第2部分:红外光谱ATR 法
GB/T 38056-2019 液体硫磺中硫化氢和多硫化氢的测定 傅里叶变换红外光谱法
GB/T 36540-2
检测流程
检测流程是非常重要的一环,我们遵循严谨的流程来保证检测的准确性和可靠性。流程包括以下几个步骤:
首先,我们确认并指定测试对象进行初步检查,对于需要采样的测试,我们会确认样品寄送或上门采样的具体安排。
接下来,我们制定实验方案并与委托方确认和协商,对实验方案的可行性和有效性进行验证,以确保测试结果的精度和可靠性。
然后,双方签署委托书,明确测试的内容、标准、报告格式等细节,并确认测试费用并按照约定进行支付。在试验测试过程中,