93、基质隔离红外光谱技术：原理、方法与应用

基质隔离红外光谱技术：原理、方法与应用

1. 引言

红外（IR）光谱学一直是研究分子系统的重要工具，它能提供特定键的振动模式和频率信息。对于那些反应活性高、难以以纯态存在的小分子，分子束（气相）和基质隔离（固溶体）是两种常用的研究其振动的方法。

在气相中，分子不受环境阻碍，高分辨率光谱可用于确定分子系统的所有物理性质。但实际操作中，这并非易事，需要事先了解大致的振动频率，且一次只能对红外光谱的一小部分应用高分辨率技术。

基质隔离技术则解决了获取和解释气相光谱的一些难题。将小的客体分子高度稀释后捕获在冷冻的惰性气体（或 N₂）主体中，防止其进一步反应，然后记录被困在主体基质中的客体分子的红外光谱。该技术具有诸多优势，如通过隔离在固体主体中淬灭反应，使瞬态物种能存活更长时间；由于样品不断积累，经过足够的沉积时间后可以观察到低浓度物种；基质隔离物种不存在气态分子基态识别的歧义，因为所有分子在被低温基质淬灭后会迅速弛豫到基振动态；此外，基质隔离分子不旋转，能提供不受旋转结构干扰的尖锐振动跃迁，虽然会丢失气相旋转结构信息，但有利于解释同位素取代物种的光谱，还能在控制基质退火时观察客体分子在基质主体中的扩散反应。

进行基质隔离实验需要一个反应室，其中包含一个低温基质，可支持样品通过适当的仪器进行分析。不同实验的低温池设计有所不同，但通常都具备以下几个共同点：
- 用于基质样品的低温基质
- 基质主体气体沉积入口
- 基质客体沉积
- 用于观察基质的端口

根据实验类型，可能还会有其他端口，如用于客体光化学研究的端口。接下来将介绍几种常见的基质隔离室配置，根据客体的物理和化学性质采用不同的客体沉积方法。