赤外分光法の試料調製法をいくつ知っていますか？

赤外分光分析は定性同定の基礎の一つです。高品質のスペクトルを得るためには、正しい試料前処理法を用いなければなりません。試料前処理法を選択する際には、以下の2点を考慮する必要があります。

テストサンプルの実際の状況

液体試料の場合、沸点、粘度、透明度、吸湿性、揮発性、溶解度などの要因に基づいて試料調製法を選択することができる。例えば、沸点が低く、揮発性が高い場合は、固定式液体セルのみで試料調製が可能です。透明度が高く、吸湿性がなく、適切な粘度を持つ液体試料には、液膜法を選択することができる。この方法はシンプルで成功しやすく、一般的な液体には最もよく使われる方法である。一般的な赤外溶媒に溶解できる液体試料は、着脱式液体セルを用いて調製できる。粘性のある液体の場合は、加熱して（赤外線加熱モールドを使用）2枚のウェハーの間に膜状に押し込むか、溶液に溶かしてウェハー表面に塗布する。揮発させて膜状にした後、試験を行うことができる。

固体試料の調製法として一般的に用いられるのは、プレス法とペースト法である。細かく粉砕でき、色の薄い試料であれば、この2つの方法で調製できる。適当な溶媒があれば溶液調製法も選択できるが、得られるスペクトルに溶媒の吸収による干渉があり、試料調製が面倒になるため、あまり用いられない。低融点固体試料は、2枚のウェハーの間に膜状に挟んで加熱することで調製できる。ガス試料は通常、従来のガス試料調製法で調製する。濃度は低いが十分なガス試料が必要な場合には、ロングパスのガス吸着セルが適している。以下は100mmパスのガスセルです：

実験目的

例えば、赤外分光法の実験において、炭素-水素の情報を得たい場合、パラフィンオイルのペースト法は決して使用してはならない。試料中に水酸基がある場合（水のピークがある場合）には、圧搾法を用いるべきではない。構造間現象の観察、分子間および分子内の水素結合の結合度の研究が必要な場合は、一般に溶液を用いた試料調製法を採用する。吸湿しやすい一部の固体試料はペースト法を用いることができ、試料は乾燥条件下で調製する。試料粒子をパラフィンオイルで包み、大気中の水分を遮断し、吸湿を防ぐ目的を達成するためである。試料の調製、装置とその付属品の湿気を防ぐために、当社は特別に開発した 防湿ボックス (MRDシリーズ)は、グローバル赤外分光計と互換性がある。

• 臭化カリウム錠剤の圧搾法

これが最もよく使われる方法である。臭化カリウムは透明で中赤外域に吸収がないため、最適な担体である。しかし実際には、分析グレードの臭化カリウムのロットによっては、中赤外領域に不純物の吸収があります。不純物による妨害を防ぐため、クロマトグラフィー的に純粋な臭化カリウムを購入できない場合は、臭化カリウム単結晶の粉砕品や分析グレードの臭化カリウムを購入し、再結晶を行い、中赤外領域の吸収をテストしてから使用することができます。

臭化カリウム打錠法は操作が簡単で、固体粉末試料に適している。一般的な道具を必要とせず、小型のヤスリ一式も用意する必要がある。固体粉末は、臭化カリウム粉末と直接混合して粉砕することができる。すでに形成されている高分子材料の場合は、小型のヤスリで細かく削ってから粉砕することができる。一般に、100～200mgの臭化カリウムに1～2mgの試料を加え、メノウ乳鉢で1～2gの微粉末にする。粉砕の際、小さなステンレス製スパチュラで試料を乳鉢の中心部までこすりつけると、より細かく粉砕でき、粒子が散らばってベースラインが不均一になるのを防ぐことができる。

固形サンプルは通常5～15分以内に錠剤にプレスすることができる。オイルプレスの圧力は通常6～12トンで、透明な錠剤を得るためには、プレス時間を少なくとも1分間維持する必要がある。臭化カリウムは吸湿しやすいので、打錠前に赤外線ランプで十分に乾燥させる。そうしないと、3300cm-1と1640cm-1に水の吸収ピークが現れる。一部の打錠機には真空機能が付いているが、操作は複雑である。高分子材料が粉末でなく、直接打錠できない場合は、可塑剤を抽出して弾性を失わせて硬くするか、低温粉砕で粉末試料をあらかじめ調製しておく。例えばゴムはホットプレスできないので、この方法がよく採用される。

微量試料、例えばある種の少量の染料試料を同定する場合、打錠は不可能である。この時、硬い紙をサンプルリングの大きさに切り、中央に小さな穴を開け、サンプルと混合した臭化カリウムの粉砕粉末を小さな穴に入れ、打錠することができる。この方法には2つの利点がある。ひとつは、特に分離・精製された微量試料の同定に必要な試料を節約できること、もうひとつは、紙シートがステンレス製の金型に直接接触し、紙シートの繊維が比較的粗いため、打錠中に脱落しにくいことである。

サンプルによっては粘着性があり、打錠の際に臭化カリウムの錠剤がステンレス製の型に付着し、取り除くのが困難になる。スペクトルスキャンを行う機能がないと、粉砕した臭化カリウムを少量だけ再度型に入れて打錠する。その結果、錠剤はわずかに厚くなり、得られるスペクトルグラフのベースラインが不均一になったり、バックグラウンド吸収が高くなったりするが、より良好なスペクトルグラフを得るためには技術的な処理のみが必要である。例えば、ある種の着色剤サンプルの場合、このサンプル調製法を採用することができる。ある種のエマルジョン試料は、脱乳化後にスライドガラスに塗抹し、乾燥させた後、スクレーパーで粉砕することができる。

• ウィンドウフィルム方式

薄い液膜をハロゲン化物結晶板に塗布し、赤外分光計で試料を直接分析することができる。液体サンプルの粘度が非常に低いか、溶媒の揮発性が大きくない場合は、2枚のハロゲン化物結晶プレートの間で測定できる。揮発性の液体は、固定液体セルを用いて測定することができる。最も一般的に使用されるハロゲン化物結晶板は塩化ナトリウムである。固定具は液体セル窓板とセル窓固定具です。適用範囲は700～5000cm-1です。350～700cm-1の吸収ピークの観察が必要な試料には、臭化カリウム結晶板法が使用できます。膜厚はあまり厚くしない方がよく、そうでないとヘッドオンピークが発生する。未固化の粘性樹脂、インク、プラスチック、ゴム、可塑剤の抽出液、熱硬化性樹脂の熱分解液などには、この方法が適している。液体セルの窓板はKRS-5でもCaF2でもよい。KRS-5は250cm-1から5000cm-1まで使用できるが、KRS-5は毒性があり、手で触れてはいけない。CaF2は安価だが、透過率の限界が1200cm-1であり、1200cm-1以下の範囲は使用できない。

ほとんどの結晶は潮解しやすい。使用しないときは、デシケーターに入れて保管してください。使用時には、結晶に不均一な応力がかかり破損するのを避けるため、固定ネジは斜めに締める。使用後は低沸点溶剤で洗浄し、デシケーターで保管する。ほとんどの有機溶媒には強い吸収があるため、ポリマー試料にウィンドウフィルム法が使われることはほとんどない。1350～4000cm-1に適した四塩化炭素、200～1350cm-1に適した二硫化炭素など、吸収が少ない溶媒はごくわずかである。しかし、この2つの溶媒に溶ける無極性ポリマーはごくわずかである。試料溶液中の溶媒の吸収帯を除去するために、補償技術を用いることができる。リファレンスセルに純粋な溶媒を入れ、リファレンスセル内の溶媒量をサンプルセル内の溶媒量と同じにする必要があるが、操作は難しくなる。フーリエ赤外分光計では、溶媒の吸収帯の問題を解決するために、差スペクトル技術を使用することができます。

• 反射法 

試料のコーティングの中には非常に薄いものがあり、上記の方法には適さない。そのような場合には、減衰全反射（ATR）法を用いるのが最良の方法である。この方法は広く使われており、適用時に複雑な分離を必要としない。サンプルにダメージを与えず、直接赤外分光分析が可能です。私たちは、インクジェット印刷された材料の表面層と裏面層を分析するためにこの方法を複数回使用しましたが、結果は非常に満足のいくものでした。例えば、テープ、ある種の滑らかなテクスチャーの織物、金属上の塗料、シート状のゴムなどは、すべてATR法で分析できます。主に使用される結晶にはKRS-5とZnSeがある。KRS-5はタリウムの化合物です。使用時には安全上の注意が必要です。粉末試料をテープで結晶表面に貼り付けて検査することができる。また、粉末試料に流動パラフィンを加えて粉砕することもできます。

• ホットプレス法

赤外分光法を用いてある種のポリマーの結晶化度の変化を調べる場合、ホットプレス製膜法がしばしば採用される。溶融ホットプレス製膜法では、表面が滑らかな2つのステンレス製金型を使用する。マイカシートやアルミ箔シートは、膜厚を制御するための支持体として使用される。作業ではまず、必要な厚さのマイカシートまたはアルミ箔シートを金型のプレス面の周囲に配置し、中央に試料を置いた後、すべてを電気炉に載せて軟化または溶融するまで加熱する。次に、金型の残り半分をサンプルに押し付け、金型をトングでオイルプレス機に慎重にクランプして圧力をかける。冷却後、フィルムはテストのために直接取り外すことができる。

適切な実験用付属品を選択することは、実験の成功と精度に直接影響する。選択する際には、選択した材料が実際の要件を満たすことができるよう、総合的な検討が必要です。技術的なご質問はこちらまで、 お問い合わせ プロフェッショナルなコンサルティングのために。