傅里叶红外光谱仪FTIR的原理、操作、维护与图谱判定

红外光谱FTIR是《中国药典通则0402》《USP <854>光谱分析法》法定定性鉴别方法，用于原料药、辅料、制剂结构确认、真伪鉴别、晶型核查、物料一致性判定，是GMP飞行检查、审计重点核查项目。

一、FTIR 核心工作原理

红外鉴别核心原理：分子化学键的伸缩、弯曲振动选择性吸收特定波数红外辐射。

FTIR区别于老式色散红外：不采用光栅分光，依靠迈克尔逊干涉仪采集干涉图，再通过数学傅里叶变换转换为红外光谱。

1. 仪器发射4000～400cm⁻¹中红外连续光源

2. 红外光经过干涉仪调制形成干涉光

3. 干涉光穿过样品，样品化学键（O-H、N-H、C-H、C=O、C-O）产生特征共振吸收

4. 携带样品信息的透射干涉信号被检测器采集

5. 系统经傅里叶变换，将干涉图转化为标准透过率光谱图

FTIR三大核心优势

1. 扫描速度快：一次全波段扫描仅需数秒，适合批量样品测试

2. 高光通量、灵敏度高，微量样品也可检出特征吸收

3. 内置He-Ne激光内标，波数自动校准，保证长期波数准确度（Connes优势）

药典核心逻辑

不同化学键 = 不同特征波数 = 专属指纹图谱

👉 CHP/USP法定用途：定性鉴别、结构确认、晶型鉴别、杂质筛查

红外VS紫外

- 紫外分光：电子跃迁 → 定量测含量

- 红外FTIR：化学键振动 → 定性测结构（药典法定鉴别）

二、仪器五大核心结构

1. 红外光源

空冷陶瓷光源，发射稳定中红外辐射；需定期核查能量响应，满足药典信噪比要求。

2. 迈克尔逊干涉仪（FTIR核心合规部件）

包含分束器、定镜、可移动动镜；动镜匀速运动产生光程差，形成干涉信号，是高分辨率图谱合规基础。

唯一持续运动部件，也是仪器最容易故障的部位。

3. 温控防尘样品仓

药典要求：干燥、无尘、无气流干扰，杜绝基线漂移；可适配KBr压片、ATR衰减全反射附件。

4. 高灵敏检测器

常用DTGS / DLATGS检测器，精准采集透射信号，保证峰位、峰形、强度合规。

5. 工作站系统

支持：背景扣除、基线校正、图谱匹配、数据溯源、审计追踪

可选附件：ATR衰减全反射（不用压片，适合难制样样品，药典同样认可）

原理视频如下:

三、操作步骤

1. 开机预热合规

开机顺序：主机电源→仪器自检→打开电脑软件

仪器自检完全通过，预热20～30min

药典要求：仪器光路、温度、湿度稳定后方可测试。

软件出现红色×，禁止采集样品图谱，先排查仪器故障。

2. 环境合规控制

温度：18～26℃

相对湿度：≤60%

禁止：气流、扬尘、水汽、CO₂波动；潮湿环境极易造成KBr吸水、基线漂移。

3. 空白背景扣除

每批次样品测试前必须重新扣背景；长时间连续测试建议每30min重新采集背景

目的：消除空气中水、二氧化碳干扰

药典缺陷高发：长期不扣背景、多张样品共用同一背景，造成水峰、CO₂峰干扰。

4. 样品制备

固体样品（药典首选：KBr压片法）

- KBr必须光谱纯、105℃充分干燥

- 样品:KBr比例约1:200，微量稀释，避免峰饱和

- 全程避光、快速操作，防止吸潮降解；压片透明无裂纹为佳，发白、有裂纹的压片弃用。

ATR衰减全反射（替代方案）

样品直接贴合晶体表面，无需压片；适合难研磨、易吸水样品；注意测试完毕擦拭晶体。

液体/挥发性样品

采用药典规定液体池法

5. 扫描参数与系统适用性

分辨率、扫描次数按照品种项下规定；药典要求系统适用性：波数准确度、信噪比、基线平直度满足要求。

6. 图谱合规处理

仅允许：基线校正、适度平滑

禁止：人工修峰、补峰、删除杂峰（严重GMP造假缺陷）

7. 关机与溯源记录

测试完成吹扫清洁样品仓，数据完整留存、可追溯、带审计追踪

关机顺序：软件关闭→关闭仪器主机→关闭电脑

四、药典明确禁止操作 & 高频异常图谱原因

1. 样品含水测试（3400cm⁻¹大水峰，图谱直接无效）

2. KBr受潮、结块、不纯，导致基线异常

3. 测试中途开仓、走动、吹风，导致空气组分波动

4. 样品量过多（峰平顶饱和）、过少（特征峰缺失）

5. 强酸强碱腐蚀性样品直接测试，损坏晶体窗口

6. 人工修改图谱、剪切峰型、强行匹配图谱（重大造假风险）

常见图谱异常溯源

- 基线倾斜漂移：湿度超标、仪器未预热、光路污染

- 3400cm⁻¹宽水峰：样品吸水、KBr受潮、仓内水汽

- 2360cm⁻¹双峰：空气中二氧化碳干扰，需要重新采集背景

- 峰整体偏移：仪器未校准、动镜故障

五、日常维护

1. 仪器长期置于干燥环境，干燥剂定期更换并记录

2. 每次实验后吹扫样品仓粉末，无残留污染；ATR晶体测试后用无水乙醇擦拭

3. 定期性能确认PQ

核查项目：波数准确度、分辨率、信噪比、基线平直度；年度再确认。

4. 长期闲置：每周开机运行一次，防潮、稳光路

5. 禁止频繁开关机，保护光源与干涉仪核心部件；防尘罩不用时盖上

六、药典官方：红外图谱判读标准

1. 坐标法定标准

- 横坐标：波数 cm⁻¹（左4000 → 右400 递减）

- 纵坐标：透过率 T%

- 吸收特征：向下凹陷倒峰（药典标准谱图形态）

2. 四大官能团特征区间（药典判定依据）

1. 3200–3600cm⁻¹：O-H、N-H

宽大弥散峰=含水不合格；尖锐峰=官能团正常

2. 2800–3000cm⁻¹：C-H烷基特征峰

3. 1600–1750cm⁻¹：C=O羰基强特征峰（核心鉴别峰）

4. 1000–1300cm⁻¹：C-O键特征峰

3. 指纹区法定判定规则（药典重中之重）

400–1000cm⁻¹指纹区 = 物质唯一身份证

药典明确：

图谱比对不得仅看主峰，指纹区所有小峰峰位、峰形、相对强度必须一致

晶型差异会直接改变指纹区峰形，晶型是原料药鉴别重点关注项。

4. 药典合格图谱官方定义

1. 基线平直、无漂移、无倾斜

2. 无大面积水峰、二氧化碳杂峰

3. 主要特征峰波数偏移在药典允许误差范围内

4. 指纹区峰型完全匹配

5. 无异常杂峰、无噪音毛刺、无峰饱和

七、CHP中国药典 VS USP 美国药典 核心合规差异

1. 中国药典《通则0402》

- 优先比对国家红外光谱集标准图谱；也可采用同批次对照品实物比对

- 晶型差异导致峰型不同：需按品种项下晶型规定判定

- 严禁人工修饰图谱，原始图谱必须完整留存，不可删除

2. USP药典 <854> 光谱分析法

- 优先对照品实物比对，优先级高于标准图库

- 对仪器分辨率、信噪比、系统适用性验收指标更严苛

- 要求完整的方法确认、数据溯源、审计追踪

3. 通用合规共识

红外仅做定性，不做定量；指纹区匹配为最终判定依据

九、全文药典总结

紫外测含量做定量，红外测结构做定性；

主峰看官能团，指纹区判真伪；

峰形一致、无潮无杂、图谱原始，即为药典合格。

个人经验梳理，仅供参考。