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高分子材料红外光谱FTIR分析中ATR法和透射法怎么选

做高分子材料红外光谱分析,ATR法和透射法是两种最常用的进样方式。原理都是基于分子振动吸收红外光的特性。但材料千差万别,选错了进样方式谱图质量会大打折扣。

先讲透射法。透射法是最经典的红外进样方式,红外光直接穿过样品,样品越薄信号越强。透射法需要样品够薄才能让红外光透过去——对于高分子薄膜几十微米没问题。但像橡胶、厚塑料件,直接透射红外光全被吸收了根本扫不出东西。这时候要么把样品压成薄膜,要么用溴化钾压片法把样品跟溴化钾粉末混匀压成透明片。

透射法最大的优点是信噪比好、定量精度高。对于成分分析中需要精确比较官能团吸收强度的情况,透射法比ATR法更可靠。缺点就是制样麻烦,薄膜厚度不均会直接影响吸收峰的强度。

ATR法就方便得多。原理基于衰减全反射——红外光通过高折射率的晶体(通常用金刚石或锗晶体),在样品表面产生倏逝波,样品吸收倏逝波的能量后反射回来的光被检测。样品直接压在晶体表面就能测,几乎不需要制样。

ATR的穿透深度大概在1到5微米,所以只测到材料表面层的结构信息。对于多层复合材料或者表面有涂层的高分子材料,ATR和透射法的结果可能有明显差异。例如表面有脱模剂的塑料件,ATR扫出来全是脱模剂的信号,透射法才能看到基材的真正组成。

还有一个原理层面的差异需要注意——ATR谱图的峰强跟透射法不一样。红外光在ATR晶体里的穿透深度随波长变化,长波长穿透更深,所以ATR谱图在低波数区域(1000cm⁻¹以下)的吸收峰会相对增强。现代红外软件都带ATR校正功能,可以修正这个偏差,但如果没做校正直接用ATR谱图去比对透射法的标准谱库,匹配度会偏低。

实际工作中我做未知高分子材料鉴定,通常先用ATR快速扫一遍,看整体官能团特征。如果ATR信号正常、谱库匹配度高,直接出结论。如果ATR信号弱或者怀疑表面成分不代表本体,再切一小片做透射或者显微红外确认。这套组合拳效率高、误判少。

(全文约900字)

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