阿摩線上測驗
登入
阿摩線上測驗
登入
學習重點 FTIR 以干涉儀（Interferometer）取代傳統分光式儀器的單色器，偵測器記錄干涉圖，再經傅立葉轉換得到紅外光譜。 熟記 FTIR 組件：光源（Nernst glower、Globar）、干涉儀（光束分歧器、固定鏡、移動鏡）、偵測器（如熱電偶偵測器）。光電倍增管不是 FTIR 的組件。 紅外光譜可測定固體、液體與氣體。固體常用溴化鉀（KBr）錠法與糊漿法，一般檢品用量為毫克級（約 1～10 mg，亦有教材寫 1～5 mg）。 紅外光液槽常用氯化鈉（NaCl）等鹽類材質。溶劑不可用水、甲醇、乙醇，常用氯仿、四氯化碳、二硫化碳等。 判斷多晶形應保留固態結構，可用 KBr 錠法與糊漿法。ATR 可測高濃度成分，聚苯乙烯薄膜用於波數校正，吸收光譜與穿透光譜可以互相換算。 核心觀念 一、FTIR 的組成與訊號轉換 傅立葉轉換紅外光譜儀（FTIR）的主要部分包括紅外光源、干涉儀、樣品測定裝置、偵測器與電腦處理系統。傳統分光式紅外光譜儀利用單色器（稜鏡或光柵）逐一分離不同波數的光。FTIR 則使用干涉儀，一次取得包含所有波數資訊的干涉訊號，再以傅立葉轉換求得光譜。因此 FTIR 的掃描速度快，靈敏度與訊噪比也較佳。 常見的 Michelson 干涉儀具有光束分歧器、固定鏡與移動鏡。入射光由光束分歧器分成兩路，分別經固定鏡與移動鏡反射後重新會合。移動鏡改變兩路光的光程差，使不同波數的光產生不同的干涉變化。偵測器記錄隨光程差變化的干涉圖，經傅立葉轉換後，即形成以波數為橫軸的光譜。 部分考試應掌握的內容 紅外光源常見 Nernst glower 與 Globar。Globar 為碳化矽製成的紅熱棒。 干涉儀核心元件為光束分歧器、固定鏡、移動鏡，用來取代傳統儀器的單色器。 光束分歧器功能是使約一半光線反射、一半穿透。中紅外光常見的是 KBr 基板鍍鍺（Ge）薄膜。「NaCl 鹽片鍍金箔」的敘述是錯的，因為金屬金箔會反射紅外光，無法讓光分成反射與穿透兩路。 偵測器熱電偶偵測器等熱偵測器可用於紅外光測定。光電倍增管用於紫外光、可見光區，不是 FTIR 的組件。 二、依樣品狀態選擇製樣方式 紅外光譜法可測定固體、液體與氣體。一般製樣所需檢品約為1～10 mg，也有教材以 1～5 mg 表示。作答時判斷重點是「毫克級」，不是 ng、μg 或 g。 樣品與方法製備及判讀重點 固體：溴化鉀錠法將少量檢品與乾燥的紅外光譜用 KBr 充分研細混勻，再壓成透光薄錠後測定。常用介質是溴化鉀，不是氟化鉀。 固體：糊漿法將固體研細，與液體石蠟（Nujol）等介質混成糊漿，夾在鹽類窗片間測定。須注意液體石蠟本身的碳氫鍵吸收峰。 液體：液膜法將液體置於兩片紅外光窗片之間，形成薄層後測定。 溶液法將檢品溶於適當溶劑，裝入鹽類窗片液槽測定。溶劑須能溶解檢品，且不明顯干擾欲觀察的吸收區域。 薄膜法適用於可形成薄膜的樣品。成膜過程可能改變固態結構。 氣體使用氣體樣品槽。氣體濃度低，常用較長光徑增加吸收訊號。 KBr 容易吸濕，製樣時應保持乾燥，以免出現水的吸收干擾。研磨不足、混合不均或顆粒過大，則會造成散射，降低光譜品質。 三、樣品槽、介質與溶劑的選擇 中紅外光穿透測定常用氯化鈉（NaCl）、溴化鉀等鹽類作為窗片或貯液槽材質。玻璃、石英與塑膠在中紅外光區有強吸收，不適用。石英是紫外光區的槽材，玻璃與塑膠是可見光區的槽材，三者不可混用。 選擇溶劑時，須同時考慮三點：檢品溶解度、溶劑本身的吸收區域，以及是否會溶解鹽類窗片。沒有任何溶劑在整個中紅外光區完全無吸收，應選擇不遮蔽待測特徵峰的溶劑，並扣除背景。 物質可否使用與理由 KBr、NaCl可用。為壓錠介質或窗片常用材料，須注意防潮。 液體石蠟可用。作為糊漿法介質，但有碳氫鍵吸收。 氯仿、四氯化碳、二硫化碳可用。為紅外光溶液法常用溶劑。四氯化碳與二硫化碳不含氫，吸收峰少。在丙酮、甲醇、水等選項中，氯仿最適合。 環己烷可用。視檢品溶解度與觀察波段選用。 水（含蒸餾水）不可用。有強烈 O–H 吸收，且會溶解 NaCl、KBr 窗片。 甲醇、乙醇不可用。含羥基，O–H 吸收強烈，且含水分，會損傷鹽類窗片。 丙酮不適合。具強烈羰基（C=O）吸收，會遮蔽待測物的重要訊號。 四、多晶形與標準品比對 多晶形是相同化學物質具有不同晶體排列的現象。晶格排列與分子間作用力不同，會使固態紅外光吸收峰的位置、形狀或強度改變。因此，以固態紅外光譜鑑別時，檢品與對照標準品須具相同晶形，並採用一致的製樣條件。 溴化鉀錠法與糊漿法都保留固態結構，可測出檢品是否具多晶形。溶液法在溶解後晶格消失，各晶形的光譜相同，因此無法判斷多晶形。薄膜法的成膜過程會改變結晶狀態，也不能用於判斷原有晶形。 五、ATR、波數校正與光譜表示 減弱總反射（衰減全反射，ATR）利用紅外光在晶體內全反射時，在界面產生的倏逝波與樣品作用。由於穿透深度很淺，樣品不需稀釋即可直接測定，因此可用於測試高濃度成分，也可直接測定固體、液體，甚至含水樣品。 聚苯乙烯薄膜具有位置明確的特徵吸收峰，可用於紅外光譜儀的波數校正，也就是確認橫軸位置是否正確。 穿透率 T＝I／I₀，吸光度 A＝−log T＝2−log（%T）。因此吸收光譜與穿透光譜可以互相轉換。吸收越強，A 越高、T 越低，兩種光譜的峰方向相反。 常考陷阱 「FTIR 以聚光器、擴散器或掃描器取代單色器」：錯誤。取代單色器的是干涉儀。 「光電倍增管是 FTIR 組件」：錯誤。光電倍增管屬紫外光、可見光儀器。FTIR 使用熱電偶等偵測器，光源為 Globar 或 Nernst glower，干涉儀含光束分歧器。 「光束分歧器是 NaCl 鹽片鍍金箔」：錯誤。光束分歧器須讓光一半反射、一半穿透，常見為 KBr 鍍鍺。 「固態檢品常以氟化鉀為介質」：錯誤，應為溴化鉀。壓製成片、以聚苯乙烯校正波數、與標準品同晶形，都是正確敘述。 「紅外光液槽用玻璃、石英或塑膠」：錯誤，應選氯化鈉。 「蒸餾水純度高可作介質」或「水可作溶劑」：錯誤。水有強吸收，且會溶解鹽類窗片。 「乙醇、甲醇可作紅外光溶劑」：錯誤。氯仿、液體石蠟、環己烷、四氯化碳、二硫化碳則可使用。看到「最適合的有機溶劑」，選氯仿，不選丙酮或甲醇。 「檢品需要量為 ng、μg 或 g」：錯誤，紅外光譜檢品用量為mg 級。 「溶液法或薄膜法可判斷多晶形」：錯誤。只有保留固態的KBr 錠法與糊漿法可判斷。 「吸收光譜無法轉換成穿透光譜」：錯誤，A＝−log T，兩者可以互換。「可測氣體」「ATR 可測高濃度成分」都是正確敘述。 記憶口訣 「干涉代單色，分光雙鏡合；光源紅熱棒，偵測熱電偶，倍增管不入。」 「固體溴鉀錠，晶形錠與糊；鹽槽氯化鈉，玻石塑不用。」 「水醇酮不入，氯仿四氯二硫碳；石蠟可調糊，聚苯校波數。」 用量記「毫克級」，圖形記「吸收強，A 上升、T 下降，可互換」。