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(biāo)準(zhǔn)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(jīng)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(xiàn)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(jié)果與討論
２．１ 反常吸收現(xiàn)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)較強反常吸收的區(qū)域?qū)?yīng)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(xiàn)了反常吸收現(xiàn)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(xiàn)反常吸收。按照圖１（ｂ）的實驗條件重復(fù)測量多次，發(fā)現(xiàn)如下實驗結(jié)果：反常吸收出現(xiàn)的位置基本固定不變，總是出現(xiàn)在六個強峰處；反常吸收ｓｐｉｋｅｓ的幅度可在一定范圍內(nèi)變化，例２９２４ｃｍ－１ 處峰值一般在±０.０２０范圍內(nèi)變化；反常吸收的大小不確定，即反常吸收ｓｐｉｋｅ峰值的數(shù)值和正負(fù)方向，兩次測量間不具有重現(xiàn)性。比如，２９２４ｃｍ－１?。螅穑椋耄宸逯涤袝r為負(fù)，有時為正；ｓｐｉｋｅ峰值與紅外光譜吸收峰的強度有一定相關(guān)性，２９２４ｃｍ－１峰是聚苯乙烯紅外譜的第二強峰，其ｓｐｉｋｅ峰值多數(shù)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?yōu)榈谌龔姺逡妶D２（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(yīng)４，８，１６ｃｍ－１分辨率時得到的相應(yīng)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(xiàn)了反常吸收，且在２?。梗玻春停叮梗梗悖恚狈逦惶幏闯Ｎ辗迨置黠@。當(dāng)分辨率下降為１６ｃｍ－１時，除２?。梗玻矗悖恚狈逦坏姆闯Ｎ彰黠@外，其余吸收峰對應(yīng)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(xiàn)似乎與光譜分辨率有關(guān)，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(xiàn)的關(guān)鍵因素。
了進一步考察吸收峰強度與反常吸收的關(guān)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?。梗玻矗悖恚钡模茫龋卜磳ΨQ伸縮振動峰。三種不同濃度的壓片對應(yīng)２?。梗玻矗悖恚狈逦坏奈舛确謩e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(yīng)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(yīng)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(xiàn)，這與理論預(yù)測的直線是一致的。圖４ｂ和４ｃ表明當(dāng)zui強峰的吸光度超過１．１０時，就會出現(xiàn)反常吸收。多次重復(fù)實驗得到類似的結(jié)果。因此我們認(rèn)為，當(dāng)物質(zhì)吸收峰的吸光度大于一定數(shù)值時，反常吸收就會出現(xiàn)。如果出現(xiàn)反常吸收，則吸收峰吸光度越大，其對應(yīng)的反常吸收幅度通常也越大。按照慣例［１６］，當(dāng)信號是噪音的３倍以上時，信號能被檢測，當(dāng)信號是噪音的２０倍以上時則信號能被準(zhǔn)確歸屬。根據(jù)此規(guī)則，總結(jié)歸納實驗結(jié)果得出，當(dāng)物質(zhì)吸收峰強度Ａ 大于１．０時，就能檢測到反常吸收，而當(dāng)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(wěn)定會導(dǎo)致紅外光譜波數(shù)有誤差，即波數(shù)值不重復(fù)而導(dǎo)致反常吸收。但是，我們的多次重復(fù)實驗結(jié)果表明，當(dāng)物質(zhì)的吸收峰強度較低時，一般不會出現(xiàn)反常吸收現(xiàn)象。針對強峰時出現(xiàn)反常吸收而弱峰時不出現(xiàn)反常吸收這一實驗現(xiàn)象，只用激光器不穩(wěn)定導(dǎo)致的波數(shù)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(dāng)?shù)竭_檢測器的能量太低時，儀器的信噪比就會嚴(yán)重下降，從而影響測量的準(zhǔn)確性，使吸收峰的位置或強度都可能產(chǎn)生一定的失真，從而導(dǎo)致出現(xiàn)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(dǎo)致產(chǎn)生反常吸收現(xiàn)象是很容易理解的。在信噪比很差情形下，吸收峰位置（波數(shù)）改變也同樣可以導(dǎo)致反常吸收。前面提到當(dāng)吸收強度Ａ大于１．５時則反常吸收的強度已經(jīng)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(xiàn)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(jié)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(dǎo)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(xiàn)。但一定慎用分辨率降低的實驗條件，過低分辨率往往導(dǎo)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(jié) 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(xiàn)反常吸收現(xiàn)象。多次重復(fù)實驗表明，出現(xiàn)反常吸收的峰位置基本不變，反常吸收幅度在一定范圍內(nèi)變化。反常吸收與物質(zhì)吸收峰的吸光度Ａ有關(guān)。當(dāng)吸光度大于１．０時，就會出現(xiàn)反常吸收，而當(dāng)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(dāng)降低分辨率也可減少反常吸收的出現(xiàn)。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(yīng)通過降低濃度，減小厚度，改變分散介質(zhì)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。
在線咨詢