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红外光谱

红外（IR）光谱是分析实验室中最常用的，定性和定量光谱分析技术之一。它测量红外辐射与样品的相互作用，以提供化学鉴定。红外研究的三个主要区域是近红外区14000~4000cm-1，中红外区4000~400cm-1和远红外区400~10cm-1。

中红外区域是最受关注的区域，因为它包含用于物质识别的特征波段，通常被认为是标准红外光谱。红外光谱仪检测引发分子振动的红外信号，分子内的官能团具有独特的振动能量，在红外光谱中特定波段产生信号响应，从而识别特定样品。固体，液体和气体均可以使用红外光谱进行分析（通用分析技术）。

图1 电磁波谱分布

傅里叶变换红外光谱仪

第 一台红外光谱仪诞生于1835年，并很快成为化学表征的工具。这台红外光谱仪是色散型光谱仪，色散型光谱仪中红外光被色散成连续的频率（波长），每个波长处的信号被连续检测。色散型光谱仪，需要很长时间才能获得目标波段的信号1。在20世纪60年代后期，随着傅里叶变换红外光谱（FTIR）技术的发展，红外光谱检测有了突破，现在，它几乎完全取代了色散光谱仪。FTIR光谱仪同时测量所有频率，从而大大加快了采集时间，提高了信噪比和波数精度。

FTIR光谱仪的设计是基于1891年由迈克尔逊设计的双光束干涉仪2，它的工作原理是使用分束器将光束分成两条路径，一条光束由固定的镜子（定镜）反射，另一条由移动的镜子（动镜）反射。在引入光程差后，它们在分束器处重新汇合，光束之间产生干涉。由于动镜的运动引起第二光束移动距离的变化，产生的红外光具有变化的频率分布。检测器上的信号被记录为时域干涉图，然后进行傅里叶变换转换成频域信号，得到红外光谱3。

图2 傅里叶变换红外光谱仪结构

红外光谱的解析

分子具有红外活性（振动过程中必须有偶极矩的变化）时，可以进行红外信号的响应检测。红外振动的两种主要模式是弯曲振动（改变键角）和伸缩振动（改变键长）。伸缩振动比弯曲振动发生的频率更高，因为弯曲键比拉伸键需要更多的能量。

图3 中红外光谱波段反馈的样品信息

样品通常具有许多伸缩和弯曲振动，从而产生高度特异性的红外光谱。红外光谱可以分为四个主要部分，如图3所示。光谱的高波数段是单键伸缩振动的区域，例如水中的O-H在该区域有一个宽峰。2500cm-1和2000cm-1之间可以观察到三键的伸缩振动，如乙腈中的C≡N。在2000cm-1~1500cm-1之间为双键伸缩振动区，如羧酸中的C=O键会在该区域出现信号响应。在典型红外光谱中要关注的波段被称为指纹区域。指纹区是光谱的一个复杂区域，包含几个伸缩和弯曲振动波段。虽然它是光谱中最难解释的区域，但它也提供了最 具特征的信息，提供了样品的“化学指纹”。

结  论

FTIR光谱提供简单、无损、可靠的样品定性或定量分析。不论工业领域的应用还是学术研究，都可以利用样品红外光谱的特异性，对样品进行“化学指纹识别”。

“新型冠状肺炎”牵动着全国人民的心，疫情期间除口罩外，洗手液也是居家必不可少的物品。由于洗手液的配方和制备相对简单，市场在售洗手液种类眼花缭乱，面对如此多的洗手液产品，我们该如何选择呢？？？

根据以往经验，新型冠状病毒在手上能存活15分钟，含酒精的洗手液可以有效地灭活病毒。酒精的KJ活性归因于它能使蛋白质变性。60%-85%的乙醇和60-80%的异丙醇溶液具有ZJKJ效果。浓度过高的溶液杀菌效果较差，因为在没有水的情况下蛋白质不易变性；而酒精浓度低于60%的溶液只能减少细菌的生长，但不能杀灭细菌。因此，洗手液中的酒精浓度既不能太高，又不能太低，必须采取适当的质量保证和控制措施，以确保洗手液产品的安全性和有效性。

赛默飞Nicolet Summit FTIR光谱仪可以对洗手液的生产各个过程进行监控，从来料检测、成品掺假到ZZ产品酒精含量测试等，非常适合含酒精洗手液产品的质量保证和控制。

应用案例一

来料检测

常见的含酒精洗手液的有效成分为异丙醇、乙醇、正丙醇等。为了确保洗手液的有效性，首先要对来料如有效杀菌成分进行确认。案例使用Summit光谱仪对乙醇来料进行QC测试，将结果与标准谱库里的乙醇参考光谱进行比较，来料样品与标准乙醇光谱匹配度达到99.49，说明来料没有问题：

应用案例二

成品掺假检测

高灵敏度QCheck功能是检验成品的理想工具。例如案例中的测试样品是添加了约5%甲醇的商用洗手液，少量甲醇的存在使光谱相关系数降低到允许阈值（99）以下。这个掺有甲醇的样品没有通过QCheck成品验证。

应用案例三

洗手液中酒精含量的测定

对不同乙醇含量的标准品进行了FTIR测量，使用TQ分析软件建立标准曲线。标准曲线具有良好的线性度，相关系数可达0. 9981。然后将该方法应用于某商用洗手液的五个重复样本，以验证Nicolet Summit的测量精度，结果统计分析如下：

同时仪器还可以对添加了变性酒精（异丙醇和甲醇）的洗手液样品进行分析，同时计算样品中乙醇、异丙醇和甲醇三个组分的重量百分比（wt%）。样品及分析结果如下图所示：

综上所述

QCheck和QC比较可以对样品进行快速的质量检查，在生产周期的不同阶段提高产品质量的可信度。TQ定量分析可以对ZZ配方中的酒精含量进行jing准测量。Nicolet Summit光谱仪配置Everest ATR附件测量简单明了，不需样品制备，耗时不超过30秒，非常适合含酒精洗手液产品的质量控制和检测。