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上海萊睿科學儀器有限公司
主營產品： 安捷倫液相色譜儀,氣相色譜儀,尼高力紅外光譜儀,IKA磁力攪拌器,TOMY高壓滅菌鍋 |
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2017-2-14 閱讀(3021)
１ 實驗部分
１．１ 儀器及條件
尼高力紅外光譜儀，配置ＤＴＧＳ檢測器；聚苯乙烯配備的１．５ｍｉｌ（３８μｍ）標準薄膜；ＫＢｒ（光譜純）；硬脂酸（ＳＡ，純度大于９９％）；背景單光束譜和樣品單光束譜分別經累加３２次掃描得到。
１．２ 聚苯乙烯ＩＲ譜
分別在４，８，１６ｃｍ－１分辨率下，以空氣作背景，聚苯乙烯薄膜為樣品測量得到不同分辨率下聚苯乙烯的吸收光譜。研究反常吸收時，背景單光束譜和樣品單光束譜都掃描同一聚苯乙烯薄膜，也可以稱為測量聚苯乙烯的“基線”。
１．３ 硬脂酸ＩＲ譜
制備含有不同濃度的硬脂酸KBr壓片，在４ｃｍ－１分辨率下，以空氣為背景測量硬脂酸的吸收光譜。觀察反常吸收現象時，背景單光束譜和樣品單光束譜掃描同一硬脂酸ＫＢｒ壓片。
２ 結果與討論
２．１ 反常吸收現象及特點
圖１（ａ）是在４ｃｍ－１分辨率下得到的聚苯乙烯的紅外吸收光譜。圖中3025，２９２４，１４９３，１４５２，７５６，６９９ｃｍ－１等六個吸收峰的吸光度Ａ均超過１．０。圖１（ｂ）為背景樣品和待測樣品都為同一聚苯乙烯薄膜時得到的譜圖。圖１（ｂ）不是理想中的直線，而是出現了幾個“刺”（ｓｐｉｋｅｓ），ｓｐｉｋｅｓ的強度遠大于儀器的隨機噪音，幾個ｓｐｉｋｅｓ被稱為反常吸收。對比圖１（ａ）和圖１（ｂ）發現，出現較強反常吸收的區域對應于圖１（ａ）中的較強吸收峰，例如吸光度Ａ 大于１．０的六個吸收峰都出現了反常吸收現象。對于圖１（ａ）中吸收強度較弱的其他峰，在圖１（ｂ）中則不出現反常吸收。按照圖１（ｂ）的實驗條件重復測量多次，發現如下實驗結果：反常吸收出現的位置基本固定不變，總是出現在六個強峰處；反常吸收ｓｐｉｋｅｓ的幅度可在一定范圍內變化，例２９２４ｃｍ－１ 處峰值一般在±０.０２０范圍內變化；反常吸收的大小不確定，即反常吸收ｓｐｉｋｅ峰值的數值和正負方向，兩次測量間不具有重現性。比如，２９２４ｃｍ－１ ｓｐｉｋｅ峰值有時為負，有時為正；ｓｐｉｋｅ峰值與紅外光譜吸收峰的強度有一定相關性，２９２４ｃｍ－１峰是聚苯乙烯紅外譜的第二強峰，其ｓｐｉｋｅ峰值多數情況下也為第二強反常吸收峰。
２．２ 影響反常吸收的因素
分別在４，８，１６ｃｍ－１光譜分辨率下得到聚苯乙烯的紅外吸收光譜，如圖２所示。隨著分辨率的下降，６９９ｃｍ－１峰的吸收強度和相對吸收強度均明顯下降。４ｃｍ－１光譜分辨率時，６９９ｃｍ－１為zui強峰見圖２（ａ）；１６ｃｍ－１光譜分辨率時６９９ｃｍ－１變為第三強峰見圖２（ｃ）。從圖２還可以看出，６９９ｃｍ－１峰比較尖窄，改變光譜分辨率對該峰的強度影響很大。
圖３對應４，８，１６ｃｍ－１分辨率時得到的相應聚苯乙烯的“基線”，即背景樣品和待測樣品均為同一聚苯乙烯薄膜時掃描得到的譜圖。分辨率為４ｃｍ－１時，在聚苯乙烯的六個較強的吸收峰位置都出現了反常吸收，且在２ ９２４和６９９ｃｍ－１峰位處反常吸收峰十分明顯。當分辨率下降為１６ｃｍ－１時，除２ ９２４ｃｍ－１峰位的反常吸收明顯外，其余吸收峰對應的反常吸收都基本消失。分辨率為８ｃｍ－１時，明顯觀察到三個反常吸收峰。反常吸收的出現似乎與光譜分辨率有關，但由于分辨率的變化影響到了樣品峰的吸光度大小，因此，吸收峰的吸光度大小可能是決定反常吸收是否出現的關鍵因素。
了進一步考察吸收峰強度與反常吸收的關系，制備了三種不同濃度的硬脂酸ＫＢｒ壓片，４ｃｍ－１分辨率下分別測量硬脂酸的紅外吸收光譜。硬脂酸的紅外zui大吸收峰為２ ９２４ｃｍ－１的ＣＨ２反對稱伸縮振動峰。三種不同濃度的壓片對應２ ９２４ｃｍ－１峰位的吸光度分別為０．４５，１．１０，１．５５。圖４為背景譜和樣品譜掃描同一硬脂酸壓片時得到的譜圖。圖４ａ圖對應zui強吸收峰（ＣＨ２）的吸光度為０．４５的壓片；圖４ｂ圖為zui強吸收峰（ＣＨ２）的吸光度為１．１０時的情形；圖４ｃ圖對應zui強吸收峰（ＣＨ２）的吸光度為１．５５的壓片。圖４ａ 顯示，硬脂酸zui強吸收峰的吸光度為０．４５時，得到的譜圖近乎為一直線，沒有可觀察的反常吸收出現，這與理論預測的直線是一致的。圖４ｂ和４ｃ表明當zui強峰的吸光度超過１．１０時，就會出現反常吸收。多次重復實驗得到類似的結果。因此我們認為，當物質吸收峰的吸光度大于一定數值時，反常吸收就會出現。如果出現反常吸收，則吸收峰吸光度越大，其對應的反常吸收幅度通常也越大。按照慣例［１６］，當信號是噪音的３倍以上時，信號能被檢測，當信號是噪音的２０倍以上時則信號能被準確歸屬。根據此規則，總結歸納實驗結果得出，當物質吸收峰強度Ａ 大于１．０時，就能檢測到反常吸收，而當吸收強度大于１．５時則反常吸收的大小能干擾樣品的測量，對樣品峰的識別造成干擾。
２．３ 反常吸收原因及解決方法
紅外光譜儀器的參比激光器波長不穩定會導致紅外光譜波數有誤差，即波數值不重復而導致反常吸收。但是，我們的多次重復實驗結果表明，當物質的吸收峰強度較低時，一般不會出現反常吸收現象。針對強峰時出現反常吸收而弱峰時不出現反常吸收這一實驗現象，只用激光器不穩定導致的波數誤差是難以解釋的。吸光度越大，說明到達檢測器的紅外能量越低。當到達檢測器的能量太低時，儀器的信噪比就會嚴重下降，從而影響測量的準確性，使吸收峰的位置或強度都可能產生一定的失真，從而導致出現反常吸收。實際上，對于聚苯乙烯的６９９ｃｍ－１強吸收峰，同樣實驗條件下（４ｃｍ－１分辨率）不同批次測量得到的紅外譜圖，其吸收強度常常存在顯著差異。由這種差異導致產生反常吸收現象是很容易理解的。在信噪比很差情形下，吸收峰位置（波數）改變也同樣可以導致反常吸收。前面提到當吸收強度Ａ大于１．５時則反常吸收的強度已經能干擾樣品的測量。也就是說如果背景樣品中某一組分的某一吸收峰強度只要超過１．５，就會對待測樣品峰的識別造成干擾。如果吸光度大于１．０而小于１．５，出現的反常吸收峰幅度較小，一般不影響樣品峰的識別。我們研究結果表明，降低背景信號可以消除或減小反常吸收。這對溶液測量有重要指導意義。選用透明的溶劑或吸收強度弱的溶劑做背景是*選擇。對某些背景樣品，可通過降低濃度或使用更薄的液體池來降低背景信號強度。降低光譜分辨率有時也可以降低吸收信號的強度，從而避免反常吸收的出現。但一定慎用分辨率降低的實驗條件，過低分辨率往往導致重要光譜信息丟失。因此只有在不影響樣品待觀測峰位置和峰形狀情況下，才可通過降低分辨率來減小反常吸收。
３ 結 論
紅外光譜測量時，如果背景樣品吸收信號太強，譜圖中會出現反常吸收現象。多次重復實驗表明，出現反常吸收的峰位置基本不變，反常吸收幅度在一定范圍內變化。反常吸收與物質吸收峰的吸光度Ａ有關。當吸光度大于１．０時，就會出現反常吸收，而當吸光度大于１．５時則反常吸收的大小能干擾樣品峰的識別，吸收峰的吸光度越大，反常吸收幅度越大。此外，適當降低分辨率也可減少反常吸收的出現。在紅外光譜測量中，若背景樣品吸收較強時，反常吸收的存在會干擾樣品的測量。實際工作中應通過降低濃度，減小厚度，改變分散介質等措施盡量使背景信號強峰吸光度低于１．０或１．５，從而達到使反常吸收峰可忽略的程度。
