显微红外光谱测试技术及应用

均相固体样品的测试
测试粉末样品时，用针头取微量样品放在 一片金刚石窗片上，盖上另一片金刚石， 用拇指挤压金刚石，将样品压平，最好压 成透明薄片。测试时，取下一片金刚石。
测试块状和薄膜样品时，用手术刀片刮下 或切下微量样品，转移至一片金刚石窗片 上。测试方法和测试粉末样品相同。
显微红外测试时不需要添加任 何稀释剂。
测试水溶液样品时，将液体滴 在氟化钡窗片上，待水挥发后 测试残留物。
未知物的红外光谱剖析
单一组分未知物的分析 固体混合物的组分分析
机械混和的固体混合物 均相固体混合物 黑色橡胶的分析 液体混合物的分析
对未知物进行剖析，必须有谱库，而 且谱库中的光谱要足够多。对被检测 的物质光谱对谱库进行检索，如果谱 库中存在被检测物质的光谱，就可以 检索出来。如果被检测的物质在谱库 中没有光谱，即使检索，也检索不出 来，就无法确定被检测的是什么物质。
阵列检测器上 。
ImageMax显微镜的工作原理
经过样品的红外光束（透射或反射）聚焦在 二维MCT阵列检测器上
x
y 样品
样品
焦平面阵列
M焦CT平检面测器阵列检测器
红外显微镜附件
Reflachromat（反射消色差物镜） ATR物镜（ZnSe, Si, Ge和金刚石晶体） Slide-on ATR Grazing angle（掠角反射物镜） Visible（可见光物镜）
待测样品应放在晶片上面，或 将样品夹在两片晶体之间测试。 由于光路通过晶片时会发生折 射，聚焦时，样品表面的光栏 边缘会模糊不清。有了上补偿 和下补偿后，可以聚焦得很清 楚。
如果没有光路补偿，肉 眼聚焦好后，此时检测器检 测到的能量并非最高，为了 使检测器检测到的能量最高， 也就是说为了使测到的光谱 信噪比最高，需要一边看着 干涉图，一边重新聚焦。
双光栏 系统
固定孔径光栏通常是圆形光栏，光栏直径 为1.5毫米。
当使用光栏直径为1.5毫米的固定孔径光栏 时，不存在光衍射问题。这时只需使用下 光栏，将上光栏取下，变成单光栏系统。
测试时，将待测样品至于十字线中间，调 节聚焦旋钮，将上表面聚焦好。然后将下 光栏聚焦在十字线中间即可测试。
使用一片金刚石窗片时，下补偿旋转到1位置 使用两片金刚石窗片时，上下补偿都旋转到1位置 使用2mm厚NaCl晶片时，下补偿旋转到2位置 使用3mm厚BaF2晶片时，下补偿旋转到3位置
检测器
普通红外显微镜和自动逐点扫描成像显微 镜使用MCT/A检测器（4000-650cm－1）。
线扫描红外成像显微镜装有两个检测器： 一个是普通的MCT/A检测器，另一个是线 扫描用的光导MCT/A检测器。
面扫描成像显微镜使用焦平面阵列MCT检 测器。
iN10 MX红外显微镜可以安装三个检测器： DTGS(4000-450cm－1), MCT/A, MCT/A线 阵列检测器（4000－720 －1 ）
717
666
566
605 587
451
450
1168
1000
500
微量固体样品的测试
只要肉眼能看得见的样品 只要在放大镜下能看得见的样品 样品的用量几个纳克
花粉管顶端样品（10X10微米）的显微红外 光谱（分辨率16cm-1,扫描128次）
2.2
袋装注射液中的悬浮
2.0
物的显微红外光谱
1.8
0.8
0.7
0.6
混合物成分2
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
多聚磷酸钠
0.0
4000
3000
2000 Wavenumbers (cm-1)
1000
机械混和三组分混合物的分析 （显微镜下不能分开各个组分）
2.0
1.8 混合物样品显微红外测定， 1.6 不同区间得到不同的光谱
1.4
1.2
A
1.0
A bs orbance
显微红外光谱真实，能反映样 品的本质光谱。
溴化钾压片法，会出现水的吸 收峰，还会使谱带变形。
A bs orbance
1.4
显微红外和溴化钾压片的可比性
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
-0.1
-0.2
2000
溴
化
钾
压
片
显
微
红
外
1500
Wavenumbers (cm-1)
线扫描光导MCT/A检测器有两排检测单元， 每排有14个检测单元，每个检测单元面积 为20x20微米(15X物镜）。每次扫描两条线 的光谱。线扫描成像比面扫描成像慢一些。
线扫描红外显微镜不需要步进扫描红外光 学台，即不需要配置8700型红外光谱仪器。
焦平面阵列MCT检测器检测元件 面积为4×4mm，上面排列着64×64 个检测单元，每个检测单元6×6微米， 单元之间间隔1.5微米。也有256×256， 320×256和640×512个检测单元的焦 平面阵列MCT检测器。来自样品的红 外光（透射或反射）聚焦在二维MCT
三、显微红外测试技术
显微红外有透射显微红外和反射 显微红外两种测试方法
透射显微红外 光谱的测定
透射式红 外显微镜 的光路
窗片材料
金刚石 溴化钾 氯化钠 氟化钡
显微红外 所使用的 金刚石池
溴化钾，氯化钠和氟化钡窗片， 它们的硬度小，容易损坏，易 污染，不容易聚焦。
溴化钾和氯化钠溶于水，氟化 钡不溶于水。
显微红外光谱 测试技术及应用
目录
第一章 红外光谱的基本概念 第二章 傅里叶变换红外光谱学的基本原理 第三章 傅里叶变换红外光谱仪 第四章 红外光谱样品制备技术 第五章 红外光谱数据处理技术 第六章 红外光谱仪附件 第七章 远红外光谱和近红外光谱简介 第八章 基团的振动频率分析 第九章 红外光谱的定量分析和未知物的剖析 第十章 红外光谱仪的保养和维护 附录一 有机化合物基团振动频率表
光通过矩形孔的时衍射图样
光通过圆孔时的衍射图样
红外光斑宽度不同时，不同波长的红外光零级衍射 发散角的数据(红外物镜为15X)。
发散角θ ＝ λ /ρ (θ的单位为弧度，λ波长， ρ狭缝宽度，）
红外光斑狭 缝宽度
（微米）
1
光栏狭缝宽 度（ρ） （微米）
15
4000cm-1 (λ=2.5)时发 散角（θ）
0.8
B
0.6
0.4
0.2
C
0.0
3000
2000
1000
Wavenumbers (cm-1)
A bs
1.0 A
0.5
对光谱 A 进行谱库检索
0.0
1.0 硫酸钠(无水) Sodiumsulaf te N a2SO4 AR L0044
Match:87.62
0.5
A bs
1.0 硫酸锂Lithiumsulfate Li2SO4.H2O 英国 L0927
对红外光谱分析工作者的要求
对一张已知结构的物质的光谱，应能指出 主要吸收峰的振动模式。反过来，根据一 张光谱中吸收峰的峰型、峰位和很高，应 能判断是否为某一结构的物质光谱。
对一张未知物的光谱，根据主要吸收峰的 位置，应能说出未知物中含有哪些基团， 但是无法说出未知物是哪种物质，除非是 您非常熟悉的物质的光谱。
红外光束通过光栏，照射样品 后的光束通过反射，又经过同 一个光栏到达检测器，单光栏 起双光栏作用
透射模式
检测器 折返式光栏
光源
二色性镜 无限校 正
物镜 样品
无限 校正 聚光器
二色性镜
反射模式
检测器 分光镜 折返式光阑
光源
二色性 镜
无限 校正 物镜
样品
光的衍射
光通过长方形孔时的衍射图样
光孔线度 越小，衍 射图样越 扩展，衍 射效应越 强，中心 光强越来 越弱。
自动线扫描或面扫描成像显微镜（Imaging） Continuμm XL， ImageMax， iN10 MX
Nic-Plan
Inspect IR Plus
自动逐点扫描 成像显微镜 （Mapping）
Continuμm
Continuμm XL
线扫描红外 成像显微镜
ImageMax 面扫描红外显微镜
机械混和二组分混合物的分析 （显微镜下能分开）
1.0 0.9
0.8
0.7
固体混合物中两
0.6
种不同晶型物质
的显微红外光谱
Fra Baidu bibliotek
0.5
A bs orbance
0.4
混合物成分1
0.3
0.2
混合物成分2
0.1
0.0 4000
3000
2000 Wavenumbers (cm-1)
1000
A bs orbance
（度）
30
1000cm-1 (λ=10)时发 散角（θ）
（度）
向散射过渡
650cm-1 (λ=15.4)时 发散角（θ）
（度）
向散射过渡
5
75
6
24
36
10
150
3
12
18
20
300
1.5
6
9
100
1500
0.3
1.2
1.8
光路补偿器
有上光路补偿器和下光路补偿器 上光路补偿器安装在物镜下方 下光路补偿器和聚光器装配在一起
1612 1587
1669
1671 1611 1586
1482 1433
1351 1280
1083
1122
1482 1434
1351
1281 1227
1228
1039
1170
1083
1123
1040
934 887
784 804 761
716
667
566
605 587
934 887
804 783 761
只使用下光栏时，视野大，易于找到待测 样品区间，也易于找到背景区间。
固定孔径光栏
手动调节 可变矩形 光栏
使用矩形可变光栏时，孔径要尽量大，光 栏边长小于20微米时，红外光会发生衍射
光栏孔径变小时，光谱的信噪比会变得很 差
使用矩形可变光栏，便于测试细长样品， 如纤维样品
Continuμm红外显微镜采用一 个折返式可变光栏
1.6
A bs orbance
1.4
聚双酚A碳酸酯
1.2
聚乙烯/聚二甲基硅氧烷
1.0
0.8
0.6
聚对苯二甲酸乙烯酯
0.4
0.2
0.0 4000
乙烯/醋酸乙烯酯共聚物
3000
2000
1000
Wavenumbers (cm-1)
液体样品的测试
测试有机液体时，可取微量液 体放在金刚石、溴化钾或氯化 钠窗片上测试。
Match:77.32 0.5
A bs
一、红外显微镜的种类 二、红外显微镜的结构 三、显微红外光谱测试技术 四、影响显微红外光谱质量的因素 五、显微红外光谱的数据处理
一、红外显微镜的种类
普通红外显微镜 Nic-Plan， Inspect IR Plus，Centaurμs， IR-Plan， iN10 MX
自动逐点扫描成像显微镜（Mapping） Continuμm， iN10 MX
1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0
4000
谱库检索结果
混合物成分1
羰甲基纤维素钠
3000
2000 Wavenumbers (cm-1)
1000
1.5
1.4
谱库检索结果
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
A bs orbance
单一组分 聚合物的分析
塑料盖子的显微红外光谱
塑料盖子 聚丙烯(全同异构)
固体混合物的组分分析 机械混和的固体混合物
将机械混合的粉末样品撒在载波片上，在 40倍显微镜下，用针头挑出不同形状、或 不同晶型、或不同颜色的颗粒分别测试， 即可得到各个组分的光谱。
40倍显微镜下不能挑出机械混合物中各个 组分进行分别测试时，可对金刚石表面上 的样品多测试几个点，可以得到不同的光 谱。或用Mapping测试得到不同的光谱。
iN10 MX
普通红外显微镜，自动逐点扫描成像显微镜，自动线扫描成像显微镜
二、红外显微镜的结构
照明光源： 白炽灯，荧光灯，发光二极管 滤光片：蓝色，黄色 红外物镜和聚光器 光栏 光路补偿器 玻璃物镜和摄像系统 检测器 显微镜附件 样品台
红外物镜 Cassegrain
聚光器
光栏
单光栏系统 双光栏系统 固定孔径光栏 可变孔径光栏（手动调节，计
算机控制）
使用单光栏的红外显微镜，当光栏 孔径很小时，红外光会发生衍射， 衍射的结果，会将光栏外面样品的 信息加到所测光谱中。
使用双光栏红外显微镜，光的衍射 不会影响光谱质量，光谱只包含所 感兴趣的区间的样品信息，而不受 样品区间周围介质的影响。
ATR 物镜
15X 反射 消色 差物 镜
玻璃 物镜
红外 物镜
Slideon ATR 物镜
掠角 反射 物镜
ATR物镜： （ZnSe, Si, Ge和金刚石 晶体）
Slide-on ATR安装架 装在物镜上
iN10 MX 红外显微镜 Slide-on ATR（Ge晶体） 光通量达50％，可测最小3微米