Почему таблетки KBr используются в качестве эталона в ИК-спектроскопии? Достижение чистого анализа без помех

Бромид калия (KBr) используется не как эталон, а как прозрачная матрица для удержания твердого образца для анализа. В инфракрасной (ИК) спектроскопии цель состоит в измерении того, как образец поглощает ИК-излучение, поэтому материал, используемый для подготовки и удержания этого образца, должен быть невидимым для спектрометра. KBr выбран потому, что его простые ионные связи не поглощают свет в среднеинфракрасной области, создавая чистое «окно», через которое можно измерять спектр образца без помех.

Основная задача при анализе твердых образцов с помощью ИК-спектроскопии заключается в выделении спектра образца из его окружения. KBr используется в качестве среды для подготовки образцов, потому что он прозрачен для инфракрасного света, что позволяет спектрометру «видеть» только образец, а не материал, удерживающий его.

Основной принцип: ИК-прозрачность

Чтобы понять, почему KBr является стандартом, мы должны сначала понять, почему большинство материалов не подходят для удержания ИК-образца.

Почему большинство материалов блокируют инфракрасный свет

Инфракрасная спектроскопия работает путем измерения поглощения ИК-энергии, что вызывает колебания химических связей внутри молекулы.

Почти все органические и многие неорганические соединения построены с ковалентными связями (например, C-H, O-H, C=O). Эти связи поглощают ИК-излучение на определенных частотах, создавая уникальный спектральный отпечаток, который мы используем для идентификации.

Поскольку большинство материалов имеют такие типы связей, они непрозрачны для ИК-излучения, что делает их непригодными в качестве держателя образца.

Уникальное свойство KBr

KBr — это соль щелочного галогенида. Он состоит из ионов калия (K⁺) и бромида (Br⁻), удерживаемых вместе в жесткой кристаллической решетке ионными связями.

Колебания этих простых, прочных ионных связей происходят на очень низких частотах. Эти частоты попадают в дальнюю инфракрасную область (обычно ниже 400 см⁻¹), далеко за пределами среднеинфракрасного диапазона (4000–400 см⁻¹), используемого для большинства химических анализов.

KBr как «ИК-окно»

Поскольку он не поглощает свет в критическом среднеинфракрасном диапазоне, KBr действует как идеальное окно. Он позволяет лучу спектрометра беспрепятственно проходить через него, взаимодействовать с диспергированными молекулами образца и достигать детектора.

Это гарантирует, что полученный спектр является исключительно результатом вашего образца, а не комбинацией вашего образца и материала матрицы.

Практическая необходимость: подготовка твердого образца

Простое помещение твердого куска в спектрометр неэффективно. Луч не может пройти через него, а рассеяние света от шероховатой поверхности создает значительный шум. Метод таблеток KBr решает эту проблему.

Цель: равномерная дисперсия

Для получения чистого спектра образец должен быть разбавлен и равномерно диспергирован. Обычное соотношение составляет примерно 1 часть образца к 100 частям KBr.

Это разбавление предотвращает слишком сильное поглощение образца (насыщение детектора) и гарантирует, что ИК-луч взаимодействует с репрезентативным количеством вещества.

Создание оптически прозрачного диска

Образец и порошок KBr сначала измельчаются вместе в очень мелкий порошок. Это минимизирует оптический артефакт, известный как рассеяние, который может искажать спектр.

Затем смесь мелкого порошка помещается в матрицу и прессуется гидравлическим прессом. Это высокое давление сплавляет частицы KBr в твердый, полупрозрачный диск, который легко обрабатывать и устанавливать в держатель образца спектрометра.

Понимание компромиссов и подводных камней

Хотя KBr является отраслевым стандартом, он не лишен своих проблем. Правильная техника имеет решающее значение для получения высококачественного спектра.

Основная проблема: загрязнение водой

KBr гигроскопичен, что означает, что он легко поглощает влагу из атмосферы. Вода имеет очень сильные и широкие полосы поглощения ИК (широкий пик около 3400 см⁻¹ и острый пик около 1640 см⁻¹).

Если ваш KBr «влажный», эти пики воды появятся в вашем спектре и могут легко скрыть важные пики вашего фактического образца. Чтобы избежать этого, порошок KBr необходимо хранить в эксикаторе и сушить в печи перед использованием.

Влияние давления

Высокое давление, используемое для формирования таблетки, иногда может вызывать изменения в кристаллической структуре образца (полиморфизм). Это может привести к небольшим сдвигам или изменениям в ИК-спектре.

Потенциал ионного обмена

В редких случаях бромид-ион (Br⁻) из матрицы KBr может реагировать с определенными типами образцов, такими как соли, содержащие другой галогенид. Этот обмен может создать новое соединение, и в итоге вы измеряете спектр продукта реакции, а не исходного образца.

Правильный выбор для вашей цели

Хотя таблетка KBr является мощным и распространенным методом, это один из нескольких методов, доступных для ИК-анализа твердого состояния.

• Если ваша основная задача — высокоразрешающий анализ стабильного твердого вещества: Метод таблеток KBr, при тщательном выполнении для исключения влаги, обеспечивает превосходные, высококачественные спектры.
• Если ваш образец чувствителен к влаге или давлению: Рассмотрите возможность использования суспензии Nujol, где образец измельчается в пасту из минерального масла, которая затем наносится между двумя солевыми пластинами.
• Если ваша цель — быстрый, неразрушающий анализ: Спектроскопия нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) — это современная альтернатива, которая требует минимальной подготовки образца и непосредственно анализирует поверхность материала.

Понимание свойств вашего образца и цели вашего анализа является ключом к получению чистого, точного и значимого ИК-спектра.

Сводная таблица:

Аспект	Ключевой момент
Основное применение	Прозрачная матрица для удержания твердых образцов, а не эталон.
Ключевое свойство	Ионные связи прозрачны в среднеинфракрасной области (4000-400 см⁻¹).
Основное преимущество	Создает чистое «окно» для измерения только спектра образца.
Основная проблема	Гигроскопичен; может поглощать воду, которая загрязняет спектр.
Альтернативные методы	Суспензия Nujol (образцы, чувствительные к влаге), НПВО (быстрый анализ).

Готовы достичь превосходных результатов в ИК-спектроскопии?

KINTEK специализируется на предоставлении высококачественного лабораторного оборудования и расходных материалов, необходимых для точной подготовки образцов, включая надежный порошок KBr и гидравлические прессы для создания идеальных таблеток. Наш опыт гарантирует, что вы сможете минимизировать помехи и получить чистые, точные спектры для вашего анализа.

Свяжитесь с нашими экспертами сегодня, чтобы обсудить, как мы можем поддержать конкретные потребности вашей лаборатории и помочь вам выбрать правильные инструменты для вашего спектроскопического рабочего процесса.