发布时间：2025-12-12 热度：7

红外光谱技术作为化学、材料、能源等领域的重要分析手段，通过检测分子振动与转动能级变化，揭示物质结构信息。随着研究需求的深化，原位红外技术应运而生，与普通红外形成互补。

一、测试条件：动态监测与静态分析的本质区别

普通红外光谱仪在常温常压下运行，样品需保持稳定状态以获取清晰谱图。例如，在药物成分鉴定中，需将样品研磨成均匀粉末并压制成透明薄片，确保红外光穿透时无散射干扰。这种静态分析模式虽能准确反映物质最终状态，却无法捕捉反应过程中的动态变化。

原位红外技术则突破了实验室条件的限制，通过特殊设计的反应池实现高温、高压、电化学等极端环境下的实时监测。以厦门大学团队研究的铑催化环己醇脱氢反应为例，其采用的原位漫反射红外系统可在300℃高温下持续追踪反应进程，观察到环己醇羟基（OH）振动峰随时间推移逐渐减弱，同时环己酮羰基（C=O）峰强度增强，直观呈现了反应物向产物的转化路径。这种动态监测能力为揭示反应机理提供了关键证据。

二、样品处理：原始状态与预处理的技术分野

普通红外分析对样品制备有严格要求：固体需研磨至200目以上以消除颗粒散射，液体需涂布于盐片表面形成均匀薄膜，气体则需注入专用气体池。例如，在阿司匹林酯基检测中，样品需与溴化钾混合压片，若预处理不当导致结晶水残留，会在3400cm⁻¹附近产生额外吸收峰，干扰目标官能团鉴定。

原位红外技术则实现了"无损检测"，可直接分析原始样品。在光催化CO₂还原研究中，北京大学团队将核壳型铟基异质结催化剂直接置于原位池中，无需任何预处理即可监测甲酸盐中间体的生成过程。这种技术优势不仅简化了实验流程，更避免了预处理可能引入的物理化学变化，确保数据真实反映反应本质。

三、数据特征：时间分辨与稳态信息的维度差异

普通红外光谱提供的是"时间冻结"的稳态信息，如同给化学反应拍摄"快照"。例如，在锂离子电池正极材料研究中，常规红外可鉴定LiCoO₂晶体结构中Co-O键的振动模式（约590cm⁻¹），但无法揭示充放电过程中该键的动态演变。

原位红外技术则具备时间分辨能力，可连续采集纳秒级动态数据。中国科学院团队在钙离子电池研究中，利用原位衰减全反射红外（ATR-IR）装置，以每秒100次的扫描速度记录电极表面SEI膜的形成过程，成功捕捉到碳酸乙烯酯（EC）分子在1735cm⁻¹处的特征峰随时间衰减的规律，揭示了电解液分解的量化动力学参数。这种高时间分辨率数据为优化电池性能提供了直接依据。

四、应用场景：机理探索与结构鉴定的功能定位

普通红外技术凭借其高稳定性和重复性，在结构鉴定领域占据主导地位。在聚合物分析中，通过特征峰位置（如C-H伸缩振动2920cm⁻¹、C=O伸缩振动1740cm⁻¹）可快速确定材料类型；在环境监测中，可定量分析大气颗粒物中的硝酸盐（1350cm⁻¹）和硫酸盐（1105cm⁻¹）含量。

原位红外技术则专注于反应机理研究，成为催化科学、电化学、材料合成等领域的核心表征手段。在CO₂电还原研究中，上海交通大学团队利用原位红外发现，Cu电极表面吸附的*CO中间体在-0.8V（vs. RHE）电位下呈现1920cm⁻¹和2060cm⁻¹双峰特征，分别对应线性吸附和桥式吸附构型，这一发现为设计高选择性催化剂提供了理论指导。在光催化领域，原位红外技术更成为揭示光生载流子分离机制的关键工具。

原位红外与普通红外并非替代关系，而是互补共生的技术体系。普通红外以高精度结构鉴定能力构筑分析基础，原位红外以动态监测优势拓展研究维度。随着傅里叶变换红外光谱仪性能的提升（如信噪比优化、扫描速度突破1000次/秒）和原位附件的创新（如高温高压漫反射池、电化学ATR装置），两者正深度融合形成"静态-动态"联用分析平台。这种技术迭代不仅推动着催化机理、电池反应等基础研究的突破，更为新能源开发、环境保护等战略领域提供了关键分析工具，彰显了光谱技术在现代科学中的核心价值。

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