ICS 71.040.10 N 53
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T32198—2015
红外光谱定量分析技术通则
Standard practice for general techniques of infrared quantitative analysis
2016-07-01实施
2015-12-10发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T32198—2015
目 次
前言 1 范围
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规范性引用文件 3 术语、定义和符号
2
一般说明 5 设备 6 危险性 7 红外定量分析测试的注意事项
单组分分析理论 9 单组分工作曲线的绘制 10 多组分分析理论· 11 多组分溶液分析… 12 基线 13 单一谱带的测量 14 基线法· 15 非溶液分析. 16 光谱差减法 17 计算方法 18 比尔定律图中的曲率校正 19 统计评估附录A（规范性附录） 操作指南参考文献
8
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23 GB/T 32198—2015
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准参照采用ASTME1682004《红外光谱定量分析技术通则》。 本标准由中国机械工业联合会提出。 本标准由全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会（SAC/TC124)归口。 本标准起草单位：中国仪器仪表行业协会、北京大学、北京华云分析仪器研究所有限公司、北京华夏
科创仪器技术有限公司、北京农学院、北京分析仪器研究所。
本标准主要起草人：马雅娟、翁诗甫、高程达、唐青云、张新民、娄兴军。
目 GB/T 32198—2015
红外光谱定量分析技术通则
1范围
1.1本标准规定了红外定量分析中最常用的技术，涉及使用和不使用计算机采集数据和分析数据方面的内容。 1.2本标准不涉及实际使用过程中有关的安全问题。用户在使用前，应确定本标准应用的局限性，并有责任制定适宜的安全及健康规范。有关安全注意事项见第6章和A.4.5.1.3中的注1、A.4.6.1.3中的注1和A.5.6中的注1。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。
ASTME131分子光谱学相关术语（TerminologyRelatingtoMolecularSpectroscopy） ASTME334红外微量分析通用技术（PracticesforGeneralTechniquesofInfraredMicroanaly
sis)
ASTME932色散型红外光谱仪的表征与测量性能（PracticeforDescribingandMeasuringPer formanceofDispersiveInfraredSpectrometers)
ASTME1252红外光谱定性分析技术通则（PracticeforGeneralTechniquesforObtainingIn frared SpectraforQualitativeAnalysis)
ASTME1421傅里叶变换红外(FT-IR)光谱仪的表征与测量性能：0级和1级填充零[Practice for Describing and Measuring Performance of Fourier Transform Infrared (FT-IR) Spectrometers Level Zero and Level One]
ASTME1655红外多变量定量分析技术通则(PracticesforInfraredMultivariateQuantitativeAnalysis）
3术语、定义和符号
ASTME131界定的术语、定义和符号适用于本文件。
4一般说明
本标准为所有红外光谱工作者提供了一套从准备、操作到计算的红外光谱定量分析技术的指导。 5设备 5.1本标准所叙述的红外分析技术的前提是，仪器的质量不仅应符合通用的商业标准，而且还应符合制造商的技术指标。傅里叶变换仪器和色散型仪器分别参阅ASTME1421和ASTME932，微量分析参阅ASTME334。 5.2在开发一种新的光谱方法时，研发人员应描述所用的仪器和仪器的性能，方法的重复性和偏差能
. GB/T32198—2015
够重现。为了便于其他使用者使用该方法，有必要对性能作详细的说明。
6危险性
本标准的使用者应意识到，有关电气设备、红外样品池、溶剂和其他化学试剂的使用存在危险性，本标准中所提到的危险性不能代替在某一特定分析过程中所使用的仪器、样品池和化学试剂的危险性。
7红外定量分析测试的注意事项
7.1进行红外定量分析通常需要使用到光栅、滤波器、棱镜或干涉仪之类的部件。设计分析方案时，应遵循以下准则 7.1.1总是在仪器最稳定和实验条件能够重复的状态下操作仪器。包括仪器预热时间、标样和样品温度的平衡，以及仪器性能校准的重现性。校准之后，使用相同的设置进行分析。所有红外仪器均应参照仪器制造商的建议设定参数。仪器校准之后，采用相同的参数进行测试。 7.1.2所分析的谱带吸光度值应落在一定的范围内。一般情况下，谱带的吸光度值在0.3～0.8吸光单位（AU)时，就认为谱带的信噪比足够高了)。如果傅里叶变换光谱仪的灵敏度很高，假如基线能够准确确定，吸光度值较低的谱带也能用于定量分析（见第12章）。因为色散光谱仪[2]和FT-IR光谱仪[3,4] 都存在吸光度非线性的问题，所以应避免使用吸光度高于0.8AU的谱带。测试多组分样品时，吸光度值可以超出最佳范围[5]，但吸光度最好不要超过1.5[2-4]。虽然组分浓度很高，但吸收谱带比较弱，这种较弱的吸收谱带也可以认为已落在吸光度最佳范围内。 7.1.3测试样品的溶液光谱能得到最准确的分析结果。对于不太黏稠的液体样品，如果第一个样品测试完成后，不再改变样品池的位置（样品池位置固定法），就可以得到最佳的测试结果。这是因为每次将样品池插人样品架的位置不可能完全相同。将样品池固定好，接上管路，样品以流动的方式进人样品池。如果不能使用流动样品池，每次将样品池插人样品架后，样品架都应该很牢固，不应倾斜和横向移动。 7.1.4除非有理由怀疑样品池内存在沉积物或样品池被污染，否则，在样品充足的情况下，最好用下一个要测试的样品溶液将已测试的样品溶液从液池中冲洗出来。冲洗液池的样品溶液体积至少为进样口和液池出口之间体积的5倍（越多越好，如20倍）。 7.1.5对于某些谱带，吸光度最大处的波数随样品浓度而改变。同样的，基线的位置也可能随浓度而改变。基线位置的选择应十分仔细，要考虑到吸光度最大值处波数的位移。现在的问题是，对于一系列光谱，在固定波数位置测量吸光度，还是在实际测得的最大吸收峰位置测量吸光度。最好是通过这两种测量方法的比较，从中选用一种测量方法。 7.1.6只要有可能，最好直接测量吸光度。可以通过仪器或相关数据处理软件将透射率光谱转换为吸光度光谱。如果不能得到吸光度光谱，可以通过附录A中的式（A.19)和式（A.20)进行数据转换。 7.1.7使用样品信息最多的光谱区间，选择吸光度较大的谱带进行分析，此外，其他样品对所测量的谱带影响应最小。 7.1.8光谱仪的性能应该很好，在所测试的浓度范围内有线性响应。信噪比(S/N)满足精度要求。 7.1.9所选择的分析谱带，其吸光度和浓度的线性关系受分子间相互作用、样品的折射率和光谱仪非线性的影响应最小。
8单组分分析理论
光谱的定量分析基于比尔-布格-朗佰（以下简称比尔定律）定律，单组分体系，比尔定律表述
如式（1）：
A=abc
......(1)
2 GB/T32198—2015
式中： A 特定波数处样品的吸光度：
该波数处样品的吸光度系数；样品的光程长；样品的浓度，
Q
c
如果光谱仪测量的是红外光通过样品的透射率T，就需要按式（2)将T转换为A：
A = - logT = -log P。
P
(2)
式中： P。人射光的光强； P—透过样品后的光强。
9单组分工作曲线的绘制
9.1正确的样品制备对定量分析是必不可少的。见A.4。 9.1.1定量分析分为两个不同的部分：绘制工作曲线和分析。对于单组分样品的分析，应选择合适的溶剂，这种溶剂对所分析的谱带基本上没有干扰。 9.1.2为了绘制工作曲线，需要测量几种已知浓度（c）样品溶液的吸光度（A）。采用第12章至第14章中所叙述的基线校正方法对基线进行校正后，利用式（1)计算吸光度系数（a）。此外，还需要测量用不同光程长（已准确知道）液池测试同一溶液光谱的吸光度（A）。然而，这两种方式配合使用效果如何不得而知。 9.1.3计算几个a值的平均值以备用，或在固定光程长的条件下，画一条吸光度对浓度的工作曲线，如图1所示。用这条工作曲线的线性部分计算a值。存在曲率的工作曲线，其α值的计算将在18.1和 18.2中讨论。
注：实际上，工作曲线在轴上的截距可能不等于零。这可能是由于以下因素（但不只限于)造成的：样品没有完全
溶解、红外光的反射损失和溶剂的干扰。重要的是，不能强制用于计算的工作曲线在y轴的截距一定是零。
C1
C2
浓度
图1分析工作曲线
3 GB/T32198—2015
9.1.4分析未知物时，将未知物溶解在溶剂中，测量吸光度（A），然后通过工作曲线或通过计算来确定未知物的浓度（c）。将未知物在溶液中的浓度转换为未知样品的浓度。 9.1.5如果未知物浓度和液池光程长在几次的分析中保持不变，而且未知物溶液浓度落在标准溶液浓度的范围内，分析时间就会较短，误差出现的几率就会减小6,7。
10多组分分析理论
10.1含有n个组分的混合物，在某一光程长时，在某一波数处的吸光度，比尔定律表述见式（3）：
A=abc1+a2bc2++abc
.（3）
式（3)中的吸光度A定义为，在某一波数处，各种组分吸光度的加和。为了求解n个组分的浓度，
需要在n个波数处，建立n个包含n个组分吸光度的方程。在固定光程长时，表述如式（4）：
A,=anbc+aabc?++a1.bc. A2=a2bc1+a22bc2+"+a2nbcm
.·（4）
*
.
..
. A,=abc1+a:2bc2++ainbc
式中： A.——在波数i处总的吸光度； ai——组分n在波数i处的吸光度系数； 6一混合物样品在液池中的光程长； C.—组分n在混合物中的浓度。
10.2在绘制工作曲线的过程中，n个组分的浓度（c）是已知的，经过基线校正的吸光度（A）可以测量。这样就可以计算出吸光度系数和光程长的乘积α6（见注）。在分析未知物时，已知吸光度系数和光程长的乘积αb，吸光度A已经测量出来了，这样未知物浓度就可以计算出来（见第17章）。因此，准确的校正通常要求吸光度值至少要从n个标准溶液中得到。以下要求应满足： 10.2.1标准样品的数目应等于或大于未知物的组分数（n）； 10.2.2选择的波数数目(i)应等于或大于未知物的组分数（n）。
注：吸光度是从透射率（即十进制值)而不是从百分透射率转换得到。不论形式如何（即十进制或百分率），透射率
这一术语指的是式(2)中的P/P。，而且透射率不应叫作透射(见ASTME131)。
10.3第一个要求是，允许分析工作者使用更多的标准样品，但这些标准样品分析结果的误差应在允许范围之内。第二个要求是，对于某一特定体系，允许分析更多谱带，但每一个组分至少要选择一个不同的谱带[7-10]。 10.4多组分体系的分析方法将在下面的章节中详细讨论，下面章节介绍了通用的溶液分析方法。
11金 多组分溶液分析
11.1 应用式（4)进行混合物的定量分析。n个组分在第i个波数处的吸光度系数α是从吸光度测量值确定的，吸光度值是各个组分吸光度值的加和。这些吸光度值应在与未知混合物样品测量相同的条件（样品光程长、温度、压力和溶剂）下测定，测量吸光度之前应该进行基线校正（见第12章～第14章讨论）。在标准溶液的浓度范围涵盖未知样品浓度范围的情况下测量吸光度。 11.2将样品配成稀溶液，并注人合适光程长（通常为0.2mm1.0mm)的液池中。为了使吸光度值落在0.3～0.8范围内，使用低浓度长光程液池，而不使用高浓度短光程液池。低浓度的样品可以使光散
4 GB/T32198—2015
射（折射率随波数变化而改变)造成的非线性影响减到最小。不管分子间是否存在相互作用，还是已经知道分子间存在相互作用，绘制工作曲线所用的溶液应由各个组分配制而成（见15.1.2）。 11.3将已知重量的某种纯组分溶解在合适的溶剂中。测量所有用于分析的谱带的吸光度，并进行基线校正（见第12章～第14章）。对其他几份涵盖未知物浓度的溶液重复该步骤，请记住，各种组分的浓度不是线性相关的。以吸光度对浓度作图。同样的，画出该组分在其他用于分析的谱带的工作曲线。 对所有组分都重复这个步骤。这样，对每种组分会得到i个图，总共得到iXn条工作曲线，每条曲线产生一个ab值。 11.4所配制的标准混合物溶液的数目至少要等于组分的数目n。对于每个所分析的谱带，都能列出 n个方程，方程中含有n个未知数。解由n个方程组成的方程组，就可以直接得到aib值。如果配制的标准混合物溶液数目大于n，可以用最小二乘法计算ab值。需要重申的是，在绘制工作曲线时，为了得到误差信息，标准混合物溶液的数目至少要比组分数目多一个，
12基线
任何定量分析方法都与基线的选择有关。在某些方法中，对原始数据进行基线校正十分重要。结果的重现性与基线的选择方法密切相关。配有计算机的仪器绘制的基线与在坐标纸上记录的数据在许多地方有相似之处。选择不同的基线造成的差异将在附录A.1中讨论。
13 3单一谱带的测量
在使用单光路红外光谱仪时，通常使用“池进-池出”方法测试。所谓“池进-池出”，就是在某一固定波数范围内测试参比（装有溶剂的液池、空白KBr片，或其他空白基体)光谱，然后测试样品的光谱汀。 在最简单的“池进-池出”方法测试中，应使用零吸光度基线（见图2）。如果得不到吸光度光谱，可以采用式（A.19)进行计算，式中，T2=1.0，T,为该谱带的透射率[1-6（见10.2.2的注）。
米通
W1
波数/cm-1
图2零吸光度基线
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