Подготовка образцов

При получении ИК-спектров поглощения вещества могут находиться во всех трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. Методика приготовления образцов и конструкция кювет зависят от агрегатного состояния вещества. Так как силикатное стекло непрозрачно для ИК-лучей, окошки кювет обычно изготавливаются из монокристаллов солей, главным образом галогенидов щелочных и щелочноземельных металлов: LiF, CaF₂, NaCl, KBr, KCl, CsI. Общим недостатком большинства щелочногалогенидных кристаллов являются их гигроскопичность и большая мягкость.

При изучении спектров газов и паров применяют специальные газовые кюветы с расстоянием между окошками 100 мм и больше, поскольку концентрация молекул в газах, находящихся при низких давлениях, невелика.

При работе с жидкостями, возникает другая трудность – поглощение может быть настолько сильным, что для обеспечения оптимальной оптической плотности образца приходится иметь дело с кюветами очень малой толщины (от 0,01 до 1мм). Отличительная особенность измерения спектров разбавленных растворов с помощью двухлучевого спектрофотометра состоит в том, что в канал сравнения следует помещать кювету такой же толщины с растворителем, чтобы скомпенсировать собственное поглощение последнего. Очевидно, что полученный таким путем спектр может быть целиком приписан растворенному веществу. В качестве растворителей могут использоваться любые жидкости, прозрачные в области расположения полос поглощения исследуемых соединений.

При записи спектров твердых веществ оптимальной является толщина слоя образца в пределах от десятых долей до нескольких микрометров. Сплошные слои такой толщины для твердых тел получить очень трудно, так как для этого необходимо произвести или плавление или осаждение исследуемого вещества из раствора. Непосредственному наблюдению могут подвергаться только пластинки, выпиленные из монокристаллов и отполированные, причем их размеры должны быть соизмеримы с высотой щели прибора (10–15 мм). На практике чаще всего чаще всего имеют дело с веществами в виде мелкой фракции. В этих случаях образец готовится из порошка минерала, и толщина слоя характеризуется массой порошка (в мг), приходящейся на 1 см². Необходимым условием при приготовлении порошковых проб является соблюдение требования, предъявляемого к величине частиц: они должны быть соизмеримы с длиной волны падающего излучения. В противном случае возможно сильное рассеивание инфракрасных лучей зернами порошка, что сопровождается значительным снижением прозрачности слоя и диффузностью полос поглощения в ИК-спектре. Следовательно, если требуется изучить ИК-спектр вещества в области длин волн от 2 мкм, то величина частиц должна быть меньше или равна 2 мкм.

Существует несколько способов приготовления образцов из порошка.

Метод пасты в очищенном парафиновом масле. Этот метод можно применять почти для любых твердых образцов. Он позволяет достигать хорошей однородности толщины слоя, не требует больших затрат времени. Среднее время приготовления одного образца 15-20мин. Обычно получают слои с содержанием пробы  1 мг/см², что соответствует толщине слоя пасты, приблизительно равной 0,01 мм.

Приготовление пробы производится следующим образом. Твердый образец в течение 10-15 мин растирается в агатовой ступке вместе с парафиновым маслом (в некоторых случаях более эффективно добавлять масло после растирания образца). Затем полученную пасту маленьким шпателем распределяют вдоль конца подложки из соляной пластинки. Другой, покровной соляной пластинкой скользят по первой, распределяя пасту по пластинке и выдавливая некоторую ее часть. Наилучшее качество спектра дают следующие соотношения: в области от 2 до 8 мкм – 10 мг образца и 2 капли (25 мг) масла; в области от 8 до 15 мкм – 30 мг образца и 2 капли масла. Данный способ имеет ряд недостатков. Наиболее существенным из них является наложение в спектре собственных полос поглощения парафинового масла на полосы поглощения вещества. ИК-спектр парафинового масла состоит из 4 узких полос: интенсивного дублета 3,41 и 3,51 мкм (2900 и 2850 см^-1) и двух полос средней интенсивности – 6,85 и 7,27 мкм (1460 и 1370 см^-1)

Метод прессования таблеток порошка минерала с порошком KBr. Способ заключается в смешивании тонкоизмельченной пробы с порошком KBr и прессовании смеси под большим давлением (1020 т/см²) в прозрачные тонкие диски. Полученные образцы не рассеивают ИК-излучение в области выше 2 мкм. Кроме того, KBr не имеет собственных полос поглощения до длины волны, равной 28 мкм, что дает возможность исследовать вещество в широкой области спектра. Диаметр диска зависит от высоты щели спектрометра (15–20 мм), а толщина находится в пределах от 0,5 до 2,5 мм. Для прессования рекомендуется использовать бромистый калий высокой чистоты (оптический). Диски толщиной 1 мм из такого материала характеризуются пропусканием около 95% в области спектра от 2 до 15 мкм. Диски из менее чистого материала поглощают в области 7–9 мкм, и применять их можно в том случае, когда исследуемое вещество не имеет в этой области собственных полос поглощения. Перед прессованием бромистый калий перемалывают, затем просушивают при 135 ⁰С в течение 48 ч. Рекомендуется перемалывать и просеивать относительно большие количества препарата (25–50 г), а после сушки расфасовать порошок порциями по 3–5 г. Для прессования одной пластинки диаметром 15 мм необходимо 600 мг бромистого калия и 3 мг вещества. Смешивают компоненты в агатовой ступке в течение 5 мин, затем смесь прокаливают при 200 ⁰С в течение 2 ч. Прессование производится с помощью вакуумной пресс-формы.

Достоинством метода является использование малого количества вещества (для приготовления достаточно 1 мг вещества) и возможность его применения при количественном анализе, так как он позволяет сравнивать точно зафиксированные количества исследуемого вещества. Прессуемую смесь во избежание рассеяния надо растирать особенно тщательно. Вместе с тем можно отметить и недостатки способа. Малое количество образца (1мг) обусловливает плохое качество спектра: низкую интенсивность полос поглощения, появление участков полос в виде "плеча" и т.д. (рис. ). Кроме того, при высоких давлениях возможно взаимодействие вещества с химически активным бромистым калием, что может привести к искажению спектра. Например, в спектре мусковита, полученного таким способом, появляется новая полоса поглощения в области 12 мкм, а интенсивность полос у 12,5 и 14,5 мкм уменьшается, что и свидетельствует о взаимодействии мусковита с KBr.

Метод осаждения из суспензии. Тонко измельченный в агатовой ступке порошок вещества (20–50 мг) помещают в пробирку с этиловым спиртом. После 15-минутного осаждения частиц из верхнего слоя суспензия наносится по каплям на слегка подогретую пластинку из KBr до тех пор, пока не образуется слой нужной толщины. Толщину слоя можно контролировать по величине пропускания инфракрасной радиации. Вне полосы поглощения пропускание инфракрасных лучей должно составлять 75–80 %, в максимуме основной полосы поглощения – 20–30 %.