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为什么显微红外透射模式测量常选金刚石压池附件?
发布日期:2025-10-12 11:08    点击次数:104

显微红外透射测量的本质是通过检测样品对不同波长红外光的吸收程度,获取样品的化学组成与结构信息,这就要求测量过程中所使用的附件不能对红外光产生显著吸收或干扰。

金刚石材料优异红外光学特性

金刚石作为一种优异的红外光学材料,具有极低的红外吸收系数,在中红外(4000-400 cm⁻¹)和远红外区域均能保持良好的透光性,几乎不会对样品的红外透射光谱产生额外的吸收峰或背景干扰。这种特性使得探测器能够精准捕捉到仅来自样品的红外信号,最大程度减少附件自身带来的测量误差,为后续的光谱分析和数据解读提供纯净的原始数据,这是玻璃、石英等传统光学材料难以企及的 —— 玻璃在中红外区域存在明显的吸收带,石英虽在部分中红外区域透光,但远红外透光性能较差,均无法满足显微红外透射测量对光学纯度的严苛要求。

金刚石的高折射率(约 2.4)与合理的光学设计相结合,能够有效减少红外光在附件界面的反射损失,提升红外光的利用率。显微测量场景样品检测区域通常仅为微米级,入射的红外光能量本就有限,减少反射损失意味着更多的红外光能够穿透样品并被探测器接收,从而增强光谱信号的强度与信噪比,让微弱的样品特征峰更容易被识别,尤其适用于微量样品或低浓度成分的检测。

超高硬度与稳定性满足多样样品处理需求

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显微红外透射测量的样品类型极为丰富,涵盖液体、粉末、薄膜以及部分固体样品,不同样品的处理需求对附件的物理性能提出了极高要求。金刚石是目前已知硬度最高的材料(莫氏硬度为 10),这一特性使其在处理样品时能够承受较大的压力而不发生形变或损坏。对于粉末样品,金刚石压池可通过施加适当压力将其压制成透明或半透明的薄片,消除粉末颗粒间的散射效应,改善红外光的透射效果;对于粘稠液体或半固体样品,压池能够将其均匀铺展成薄层,避免样品厚度不均导致的光谱强度波动。此外,在测量过程中若需调整样品形态或厚度,金刚石的高硬度可确保压池反复使用后仍保持良好的平整度和光学性能,延长附件的使用寿命。

除了高硬度,金刚石还具有优异的化学稳定性和热稳定性。它不与大多数酸碱溶液(除强氧化性酸如浓硝酸与氢氟酸的混合液外)发生化学反应,也不会被常见的有机溶剂腐蚀,因此能够安全地用于各种化学性质活泼的样品测量,如腐蚀性液体、含酸碱成分的混合物等,避免附件被样品破坏而影响测量结果。在温度稳定性方面,金刚石的热膨胀系数极低,在较宽的温度范围内(通常为 - 200℃至 600℃)光学性能和物理形态变化极小,这使得金刚石压池附件能够适应不同温度条件下的显微红外测量,如低温下的分子结构研究或高温下的材料相变分析,进一步拓展了显微红外透射测量的应用范围。

微米级精度适配显微测量的空间分辨率要求

显微红外透射测量的关键优势在于其具备较高的空间分辨率,能够对样品上微米级别的微小区域进行精准分析,这就要求附件在结构设计和尺寸控制上必须与显微系统的空间分辨率相匹配。金刚石压池附件通常采用薄片式设计,金刚石窗口的厚度可控制在几十至几百微米,且窗口面积能够根据样品测量区域的大小进行定制,最小可适配直径仅为几微米的样品区域。这种紧凑的结构设计使得压池能够与显微镜的物镜、载物台完美配合,确保红外光能够精准聚焦在样品的目标区域,同时避免附件自身结构对显微镜视野的遮挡,便于操作人员通过显微镜观察样品位置并进行精准定位。

金刚石压池的密封性能也为显微红外透射测量提供了保障。对于易挥发的液体样品或需要在特定气氛(如惰性气体、真空)下测量的样品,压池可通过密封圈实现良好的密封效果,防止样品挥发或外界气氛干扰样品性质。在密封状态下,操作人员仍可通过显微镜清晰观察样品,结合红外光谱测量,实现 “可视化” 的精准分析,这对于研究样品微小区域的成分变化或动态反应过程具有重要意义。

金刚石压池使用注意

尽管金刚石压池附件在显微红外透射测量中具有显著优势,但在实际使用过程中仍需注意一些问题以确保测量效果。首先,金刚石虽然硬度高,但脆性较大,在安装和使用过程中应避免剧烈碰撞或瞬间施加过大压力,以防金刚石窗口破裂;其次,对于含有强氧化性成分的样品,需提前确认样品与金刚石的兼容性,避免发生化学反应;此外,金刚石压池的清洁也至关重要,每次使用后应及时用合适的溶剂(如乙醇、丙酮)清洗窗口表面,去除残留样品,防止交叉污染影响后续测量。

金刚石压池附件之所以成为显微红外透射测量的常用选择,是其红外光学特性、物理化学稳定性、结构精度与显微测量需求高度契合的结果,尤其在处理微量粉末、易挥发液体、腐蚀性样品等特殊类型样品时,其优势更为突出。它不仅能够为测量提供纯净、稳定的光学环境,满足多样样品的处理需求,还能适配显微系统的空间分辨率要求,为精准分析提供保障。随着材料科学和测量技术的不断进步,金刚石压池附件的性能将进一步提升,持续为显微红外透射测量技术的发展提供支撑。

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发布于:江苏省