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紅外吸收光譜特征頻率檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-08-18 13:49:20 更新時(shí)間：2025-08-17 13:49:20

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

紅外吸收光譜特征頻率檢測(cè)：原理、儀器、方法與標(biāo)準(zhǔn)解析

紅外吸收光譜（Infrared Spectroscopy, IR）是一種基于分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷的分析技術(shù)，廣泛應(yīng)用于化學(xué)、材料科學(xué)、生物醫(yī)藥、環(huán)境監(jiān)測(cè)和工業(yè)質(zhì)量控制等領(lǐng)域。紅外光譜通過測(cè)量物質(zhì)對(duì)紅外輻射的吸收情況，獲得其分子結(jié)構(gòu)的“指紋”特征，而其中最關(guān)鍵的參數(shù)之一便是特征頻率。特征頻率是指分子中特定化學(xué)鍵或官能團(tuán)在紅外光譜中表現(xiàn)出的吸收峰位置（通常以波數(shù) cm?1 表示），它直接反映了鍵的類型、強(qiáng)度、極性以及分子環(huán)境的影響。例如，C=O鍵的伸縮振動(dòng)通常出現(xiàn)在1700 cm?1左右，而O-H鍵的伸縮振動(dòng)則在3200–3600 cm?1范圍內(nèi)。因此，準(zhǔn)確檢測(cè)紅外吸收光譜的特征頻率，不僅有助于物質(zhì)的定性分析，還能提供有關(guān)分子結(jié)構(gòu)、氫鍵作用、構(gòu)象變化及反應(yīng)機(jī)理的重要信息。隨著現(xiàn)代分析技術(shù)的發(fā)展，紅外光譜檢測(cè)的靈敏度、分辨率和自動(dòng)化程度不斷提高，使得特征頻率的精確識(shí)別成為可能，特別是在復(fù)雜混合物或多組分體系中，結(jié)合譜圖解析軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、可靠的定量與定性分析。本篇文章將系統(tǒng)介紹紅外吸收光譜特征頻率檢測(cè)的核心內(nèi)容，包括檢測(cè)項(xiàng)目、常用檢測(cè)儀器、主要檢測(cè)方法、以及國(guó)內(nèi)外相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，為科研與工業(yè)應(yīng)用提供參考。

檢測(cè)項(xiàng)目：特征頻率識(shí)別與歸屬

紅外吸收光譜的檢測(cè)項(xiàng)目主要集中在對(duì)特征吸收峰的識(shí)別與歸屬上。這些特征頻率對(duì)應(yīng)于分子中不同化學(xué)鍵的振動(dòng)模式，如伸縮振動(dòng)（如C-H、C=O、N-H）、彎曲振動(dòng)（如δ(CH?)、δ(N-H)）以及面內(nèi)/面外變形振動(dòng)。檢測(cè)項(xiàng)目通常包括：

確定主要官能團(tuán)的存在（如羧基、氨基、羥基、羰基、硝基等）
分析分子對(duì)稱性與鍵的極性變化
判斷是否存在氫鍵或分子間相互作用
識(shí)別異構(gòu)體或同分異構(gòu)體（如順反異構(gòu)、位置異構(gòu)）
監(jiān)測(cè)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程中的官能團(tuán)變化

檢測(cè)儀器：紅外光譜儀的類型與選擇

目前用于紅外吸收光譜特征頻率檢測(cè)的主要儀器有以下幾類：

傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）：目前最主流的儀器，具有高分辨率、高靈敏度和快速掃描能力。其核心部件為邁克爾遜干涉儀和紅外探測(cè)器，通過干涉圖的傅里葉變換獲得光譜數(shù)據(jù)，廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室與工業(yè)在線檢測(cè)。
近紅外光譜儀（NIR）：工作在近紅外區(qū)域（780–2500 nm），主要用于快速無損檢測(cè)，如藥品、農(nóng)產(chǎn)品、石油產(chǎn)品的成分分析，但特征頻率信息較弱，常用于定量分析。
便攜式紅外光譜儀：適用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，如海關(guān)緝私、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安全檢查等，雖分辨率較低，但攜帶方便、響應(yīng)迅速。
顯微紅外光譜儀（Micro-FTIR）：結(jié)合顯微鏡系統(tǒng)，可對(duì)微米級(jí)樣品進(jìn)行局部分析，適用于材料斷口分析、生物組織切片、微塑料檢測(cè)等。

檢測(cè)方法：樣品制備與光譜采集

紅外吸收光譜檢測(cè)方法的選擇取決于樣品的物理狀態(tài)（固體、液體、氣體）和檢測(cè)需求，常見方法包括：

壓片法（KBr壓片）：適用于固體粉末樣品，將樣品與干燥KBr粉末混合后壓制成透明薄片，用于FTIR檢測(cè)。該方法可獲得高分辨率光譜，但需注意KBr的吸濕性。
液膜法：將液體樣品夾在兩片KBr晶體之間形成液膜，適用于揮發(fā)性或易反應(yīng)的液體。
ATR（衰減全反射）法：無需復(fù)雜樣品制備，直接將樣品接觸ATR晶體（如ZnSe、Ge），通過光在晶體與樣品界面的全反射實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。適用于固體、液體、半固體及不透明樣品，是目前最常用的非破壞性方法。
薄膜法與氣體池法：用于揮發(fā)性液體或氣體樣品，通過特制氣體池或薄膜載體實(shí)現(xiàn)光路傳輸。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)內(nèi)外主要規(guī)范與參考

為確保紅外吸收光譜檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性與可比性，國(guó)內(nèi)外已建立一系列相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，主要包括：

ISO 16132:2019 —— 《塑料 —— 紅外光譜法的測(cè)定》：規(guī)定了塑料材料紅外光譜檢測(cè)的樣品制備、儀器校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)處理等要求。
GB/T 2423.9-2001 —— 《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)Cb：設(shè)備用的恒定濕熱試驗(yàn)》：雖然非直接針對(duì)光譜檢測(cè)，但常用于樣品預(yù)處理環(huán)境控制，間接影響結(jié)果穩(wěn)定性。
ASTM E1252-19 —— 《標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法：紅外光譜的定性和定量分析》：美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）發(fā)布的權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋從儀器校準(zhǔn)到譜圖解析的全過程。
USP （美國(guó)藥典） —— 通則1975“紅外光譜法”：用于藥品成分鑒定、原料藥與制劑的純度檢查，明確要求使用FTIR、ATR等方法，并規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)圖譜比對(duì)方法。

此外，在科研與工業(yè)領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)室常依據(jù)《中國(guó)藥典》2020年版四部通則“紅外光譜法”進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)比對(duì)分析，確保檢測(cè)結(jié)果的合規(guī)性與權(quán)威性。