傅里叶红外光谱仪的原理|特点|应用

　　傅里叶红外光谱仪是七十年代发展起来的第三代红外光谱仪的典型代表。它是根据光的相干性原理设计的，是一种干涉型光谱仪，具有优良的特性，完善的功能，并且应用范围极其广泛，同样也有着广泛的发展前景。

　　到目前为止红外光谱仪已发展了三代。diyi代是Z早使用的棱镜式色散型红外光谱仪，用棱镜作为分光元件，分辨率较低，对温度、湿度敏感，对环境要求苛刻。60年代出现了第二代光栅型色散式红外光谱仪，由于采用先进的光栅刻制和复制技术，提高了仪器的分辨率，拓宽了测量波段，降低了环境要求。70年代发展起来的干涉型红外光谱仪，是红外光谱仪的第三代的典型代表，具有宽的测量范围、高测量精度、极高的分辨率以及极快的测量速度。傅里叶红外光谱仪是干涉型红外光谱仪器的代表，具有优良的特性，完善的功能。

　　近年来各国厂家对其光源、干涉仪、检测器及数据处理等各系统进行了大量的研究和改进，使之日趋完善。由于计算机技术和自动化技术在仪器中的广泛使用，使得红外光谱仪的调整、控制、测试及结果的分析大部分由计算机完成，如显微红外光谱中的图像技术。

　　随着仪器精密度的提高，红外光谱仪在分辨率和扫描速度等方面达到了很高的指标。现有的傅里叶红外光谱仪已不于中红外的使用，分束器的使用可将光谱范围可覆盖紫外到远红外的区段。这些很高的技术指标、标志材料、光路设计、加工技术和软件都达到了很高的水平。

　　通常的透射红外光谱，即使是傅里叶变换透射红外光谱，都存在如下不足:

　　①固体压片或液膜法制样麻烦，光程很难控制一致，给测量结果带来误差。另外，无论是添加红外惰性物质或是压制自支撑片，都会给粉末状态的样品造成形态变化或表面污染，使其在一定程度上失去其“本来面目”。

　　②大多数物质都有独特的红外吸收，多组分共存时，普遍存在谱峰重叠现象。

　　③透射样品池无法解决催化气相反应中反应物的“短路”问题，使

　　傅里叶红外光谱仪是基于对干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而开发的红外光谱仪。可以对样品进行定性和定量分析，广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定、刑侦鉴定等领域。

　　红外线和可见光一样都是电磁波，而红外线是波长介于可见光和微波之间的一段电磁波。红外光又可依据波长范围分成近红外、中红外和远红外三个波区，其中中红外区(2.5～25μm;4000～400cm-1)能很好地反映分子内部所进行的各种物理过程以及分子结构方面的特征，对解决分子结构和化学组成中的各种问题Z为有效，因而中红外区是红外光谱中应用Z广的区域，一般所说的红外光谱大都是指这一范围。

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　　红外光谱属于吸收光谱，是由于化合物分子振动时吸收特定波长的红外光而产生的，化学键振动所吸收的红外光的波长取决于化学键动力常数和连接在两端的原子折合质量，也就是取决于的结构特征。这就是红外光谱测定化合物结构的理论依据。

　　红外光谱作为“分子的指纹”广泛的用于分子结构和物质化学组成的研究。根据分子对红外光吸收后得到谱带频率的位置、强度、形状以及吸收谱带和温度、聚集状态等的关系便可以确定分子的空间构型，求出化学建的力常数、键长和键角。

　　从光谱分析的角度看主要是利用特征吸收谱带的频率推断分子中存在某一基团或键，由特征吸收谱带频率的变化推测临近的基团或键，进而确定分子的化学结构，当然也可由特征吸收谱带强度的改变对混合物及化合物进行定量分析。而鉴于红外光谱的应用广泛性，绘出红外光谱的傅里叶红外光谱仪也成了科学家们的zhong点研究对象。

　　傅里叶红外光谱仪是根据光的相干性原理设计的，因此是一种干涉型光谱仪，它主要由光源(硅碳棒，高压汞灯)，干涉仪，检测器，计算机和记录系统组成，大多数傅里叶红外光谱仪使用了迈

　　傅里叶红外光谱仪利用不同化合物对红外光吸收率不同的物理原理，为人们分析物质结构和组成提供了全新的方法，分析的结果也更加精确。

　　一台完整的傅里叶红外光谱仪由光学台和计算机(含打印机)组成，光学台主要包括光源、干涉仪、检测器以及样品室、光阑、氦氖激光器、电路板、各种红外反射镜等。在一台较高级的傅里叶红外光谱仪上，只要通过更换光源、干涉仪的分束器以及检测器等简单操作，就可使仪器从中红外光谱工作范围拓展至近、远红外光谱工作范围。

　　目前，计算机不但安装有对检测器传送过来的信号进行傅里叶变换处理的软件，还安装有对形成的红外谱图进行分析处理的软件，这些软件的操作都已高度智能化，非常便于傅里叶红外光谱仪使用者使用。

　　红外光源应能发射高强度连续稳定的红外光，中红外光源主要有能斯特灯、硅碳棒光源以及陶瓷光源。

　　能斯特灯是由氧化锆、氧化钇、氧化钍混合物烧结而成的中空棒或实心棒，其两端绕有铂丝作为电极，工作时不用水冷却，发出的光强较强，但机械强度较差，使用前需预热。

　　硅碳棒是一种SiC(硅碳)烧结的两端粗中间细的实心棒，传统硅碳棒的优点是光源能量高、功率大、发光面积大、较坚固;缺点是耗能高，热辐射强，使用时其两端需要用水冷却电极接触点，目前已基本不用。经改进的硅碳棒光源，虽然发光面积小，但红外光强，而且热辐射很弱，不需要水冷却。

　　陶瓷光源是陶瓷器件保护下的镍铬铁合金线光源，早期的陶瓷光源为水冷却光源，现在使用的基本改为空气冷却光源。

　　由于50cm-1以下远红外区域大部分化合物基本没有吸收谱带，而硅碳棒光源、陶瓷光源基本能覆盖整个中红外波段范围及大部分远红外区域，因此可用作中、远红外光谱测定的光源。如果需要测定50～10cm-1远红外区间的远红外光谱，则使用高压汞弧灯光源。测试近红外光谱使用的光源是卤钨灯或石英卤素灯，石英卤素灯也叫

　　傅里叶红外光谱仪，相信大家都不陌生。它凭借着自身的强大优势取代了传统的分光光谱仪在电子、化学、医学和食品等行业领域上有着广泛的应用。尤其是在食品行业的真假辨别和有害残留物的检测中起到重要的作用，为人们带来健康安全的食品提供保证。

　　1、扫描速度快

　　傅里叶红外光谱仪的扫描速度比色散型仪器快数百倍，而且在任何测量时间内都能获得辐射源的所有频率的全部信息，即所谓的“多路传输”。对于稳定的样品，在一次测量中一般采用多次扫描、累加求平均法得干涉图，这就改善了信噪比。在相同的总测量时间和相同的分辨率条件下，傅里叶变换红外光谱法的信噪比比色散型的要提高数十倍以上。

　　2、具有很高的分辨率

　　分辨率是红外光谱仪的主要性能指标之一，指光谱仪对两个靠得很近的谱线的辨别能力。傅里叶红外光谱仪均有多档分辨率值供用户据实际需要随选随用。

　　3、波数精度高

　　波数是红外定性分析的关键参数，因此仪器的波数精度非常重要。因为干涉仪的动镜可以很精确地驱动，所以干涉图的变化很准确，同时动镜的移动距离是He-Ne激光器的干涉纹测量的，从而保证了所测的光程差很准确，因此在计算的光谱中有很高的波数精度和准确度，通常可到0.01cm-1。

　　4、极高的灵敏度

　　色散型红外分光光度计大部分的光源能量都损失在入口狭缝的刀口上，而傅里叶红外光谱仪没有狭缝的限制，辐射通量只与干涉仪的平面镜大小有关，在同样的分辨率下，其辐射通量比色散型仪器大得多，从而使检测器接受的信噪比增大，因此具有很高的灵敏度，由于此优点，使傅里叶红外光谱仪特别适合测量弱信号光谱。

　　5、研究光谱范围宽

　　一台傅里叶红外光谱仪只要用计算机实现测量仪器的元器件(不同的分束器和光源等)的自动转换，就可以研究整个近红外、中红外和远红外区的光谱。

　　1、yi流的配备系统

　　傅里叶红外光谱仪厂家为了保证其应用中的

　　傅里叶红外光谱仪是利用物质对不同波长的红外辐射的吸收特性，进行分子结构和化学组成分析的仪器。通常由光源，单色器，探测器和计算机处理信息系统组成。

　　1、电源要求：

　　仪器供电电压：220V±10%，频率50Hz±10%。

　　2、温湿度要求：

　　室内温度18℃～25℃，相对湿度60%。

　　为保证傅里叶红外光谱仪达到较高的控温精度，应保证稳定室温;实验室保持抽湿状态，以维持空气干燥，且不宜开空调。样品室窗门应轻开轻关，避免仪器振动受损。

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　　1、开机

　　首先打开傅里叶红外光谱仪的外置电源，稳定半小时，使得仪器能量达到Z佳状态。开启电脑，并打开仪器操作平台OMNIC软件，运行Diagnostic菜单，检查仪器稳定性。

　　2、傅里叶红外光谱仪制样

　　根据傅里叶红外光谱仪样品特性以及状态，制定相应的制样方法并制样。固体粉末样品用KBr压片法制成透明的薄片;液体样品用液膜法、涂膜法或直接注入液体池内进行测定。

　　液膜法是在可拆液体池两片窗片之间，滴上1-2滴液体试样，使之形成一薄的液膜;涂膜法是用刮刀取适量的试样均匀涂于KBr窗片上，然后将另一块窗片盖上，稍加压力，来回推移，使之形成一层均匀无气泡的液膜;沸点较低，挥发性较大的液体试样，可直接注入封闭的红外玻璃或石英液体池中，液层厚度一般为0.01~1mm。

　　3、傅里叶红外光谱仪的扫描和输出红外光谱图

　　将制好的KBr薄片轻轻放在锁氏样品架内，插入样品池并拉紧盖子，在软件设置好的模式和参数下测试红外光谱图。先扫描空光路背景信号(或不放样品时的KBr薄片，有4个扣除空气背景的方法可供选择)，再扫描样品信号，经傅里叶变换得到样品红外光谱图。根据需要，打印或者保存红外光谱图。

　　傅里叶红外光谱仪由迈克耳逊干涉仪和数据处理系统组合而成，可以对样品进行定性和定量分析，广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定、刑侦鉴定等领域。

　　鉴于每个化合物都有自己独特的红外光谱，除特殊情况外，目前尚未发现两种不同的化合物具有相同的红外光谱，所以红外光谱为药品质量的监测提供了快速准确的方法。如药材天麻、阿胶，西药红霉素、环磷酰胺的监测和抗肝炎药联笨双酯同质异晶体的研究。傅里叶红外光谱仪在临床疾病检测方面也有广泛的应用，如利用红外光谱法对冠心病、动脉硬化、糖尿病、癌症的检测。

　　恶性肿瘤是一种严重危害人类身心健康并消耗大量YL卫生资源的疾病，由于目前缺乏有效的对晚期癌症的ZL手段，肿瘤的早期诊断对延长患者的生存时间和提高生活质量具有重要的意义。傅里叶红外光谱仪可以提供有关分子结构和变化的多种信息，能在分子水平对细胞组织的改变做出反映，是行之有效的肿瘤早期检测的手段，较传统的肿瘤手段而言，具有快速，准确，客观等特点;甚至可以通过光纤附件，实现肿瘤的原位、在体、实时检测和诊断。

　　在该方面的应用又可分为表面化学、催化化学和石油化学方面的应用。

　　1、在表面化学研究中的应用

　　红外光谱技术在表面化学研究中的应用具有两个鲜明特征:

　　①继续不断地开发表面与薄膜的原位和实时红外分析技术。根据报道已有一种适用于原位和同时红外分析的傅里叶红外光谱仪扩散反射室。

　　②以红外吸附光谱(IRAS)，ATR FT-IR和IR反射光谱为代表的红外光谱技术广泛地应用于研究自组织膜和L-B膜。如应用IR反射光谱研究薄膜，测定组织薄膜的厚度、成分和结构。

　　2、在催化化学研究中的应用

　　①扩散反射红外光谱傅里叶变换光谱(DR IFTS)的应用报道特别突出，其次是IRAS。DR IFTS用于监

　　傅里叶变换红外光谱仪逐渐进入公众视野，并被许多行业的专业人士使用。耐热，耐磨的傅里叶变换红外光谱仪受到许多消费者的青睐和喜爱，它可以在高温和高温下工作，而且操作非常方便。

　　红外光谱的研究早在19世纪后期就已开始，而红外光谱仪的研制可追溯至20世纪初期。1908年Cobleltz制备和应用了以氯化钠晶体为棱镜的红外光谱仪，1910年Wood和Trowbridge研制了小阶梯光栅红外光谱议，1918年Sleator和Randall研制出高分辨仪器。

　　直至20世纪40年代光谱工作者才开始研究双光束红外光谱议，1944年诞生了世界上diyi台红外光谱仪(早期称红外分光光度计)。

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　　1950年开始商业化生产名为Perkin-Elmer21的双光束红外光谱议，其色散元件为氯化钠(或溴化钾)晶体制成的棱镜，因此通常称为棱镜分光的红外光谱仪。与单光束光谱仪相比，双光束红外光谱仪不需要由经专门训练的光谱工作者操作就能获得较好的谱图，因此Perkin-E1mer21很快在美国畅销，它使红外分析技术进入实际应用阶段，成为diyi代红外光谱仪。

　　20世纪60年代，随着光栅技术的发展，光栅衍射分光技术取代棱镜分光技术被应用于红外光谱仪，产生第二代红外光谱仪——光栅分光红外光谱仪，其测量波长范围、分辨率等方面性能远优于棱镜分光红外光谱仪，但光栅分光红外光谱仪在远红外区分出的光能量仍很弱，光谱质量较差，测定速度较慢，动态跟踪实验以及与其它仪器的联用技术仍然无法实现。

　　随着计算机技术的飞速发展，第三代红外光谱仪——干涉分光傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)诞生于20世纪70年代，它无分光系统，一次扫描可得全范围光谱，因具有高光通量、测定快速灵敏、分辨率高、信