傅立叶变换红外光谱仪的基本原理及其应用

傅立叶变换红外波谱仪的基本原理及其应用红外波谱仪是鉴定物质和剖析物质结构的有效手段，其中傅立叶变换红外波谱仪（FT-IR）是七十年代发展上去的第三代红外波谱仪的典型代表。它是依照关键词：傅立叶变换红外波谱仪；基本原理；应用；发展目录摘要错误!未定义书签。.1光学系统及工作原理2.2傅立叶变换红外波谱测定2.3傅立叶变换红外波谱仪的主要特征3.1二氧化碳样品3.2液体和氨水样品3.3固体样品4.1在临床医学和药学方面的应用4.2在物理、化工方面的应用4.3在环境剖析中的应用4.4在半导体和超导材料等方面的应用傅立叶红外波谱仪的发展历史到目前为止红外波谱仪已发展了三代。第一代是最早使用的棱镜式色散型红外波谱仪,用棱镜作为分光器件，帧率较低，对气温、湿度敏感,对环境要求严苛。60年代出现了二代光栅型色散式红外波谱仪,因为采用先进的光栅刻制和复制技术,提升了仪器的分扩宽了检测波段,增加了环境要求。70年代发展上去的干涉型红外波谱仪,是红外波谱仪的第三代的典型代表(见图1),具有宽的检测范围、高检测精度、极高的帧率以及极快的检测速率。傅立叶变换红外波谱仪是干涉型红外波谱仪器的代表,具有优良的特点,建立的功能。

傅立叶变换红外波谱仪实物图近些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进,使之日趋健全。因为计算机技术和手动化技术在仪器中的广泛使用,致使红外波谱仪整、控制、测试及结果的剖析大部份由计算机完成,如显微红外波谱中的图象技术。各公司的显微红外波谱仪均能对样品的某一区域进行面扫描,得到该区域的物理成份的分布()、()、2mer)和(Bio-Rad)等显微镜都有此功能。随着仪器精密度的提升傅里叶红外光谱仪原理、构成，红外波谱仪在帧率和扫描速率等方面达到了很高的指标。如最佳帧率为-公司的DA系列可达-1。而扫描度可达117s,借助步进扫描技术可达250皮毫秒的时间帧率。扫描速率为105s,步进扫描时间帧率为10ns。现有的傅立叶变换红外波谱仪已除了限于中红外(MIR)的使用，分束器的使用可将波谱范围可覆盖紫外到远红外的区段。如那些很高的技术指标、标志材料、光路设计、加工技术和软件都达到了很高的水平［1］。

然而,一般的透射红外波谱，虽然是傅里叶变换透射红外波谱，都存在如下不足：压片或液膜法治样麻烦,光程很难控制一致,给检测结果带来偏差。另外,无论是添加红外惰性物质或是压制自支撑片,就会给粉末状态的样品导致形态变化或表面污染,使其在一定程度上丧失其“本来面目”大多数物质都有独到的红外吸收，多组分共存时，普遍存在谱峰重叠现象。透射样品池未能解决催化液相反应中反应物的“短路”问题,致使催化剂表面的吸附物种含量较低，影响测量的灵敏度。不能用于原位(在线)研究，只能在少数研究中应用。因而,漫反射傅里叶变换红外波谱技术和衰减全反射傅里叶变换红外波谱技术应运而生[2。]漫反射技术是一种对固体粉末样品进行直接检测的波谱方式。其实早在20世纪60样品的无损检查,如对首饰、钻石、纸币、邮票的真假进行鉴别,对样品无任何不良作用。20世纪90年代初，衰减全反射(ATR)技术开始应用到红外显微镜上，诞生了全反射里叶变换红外(ATR-FTIR)波谱仪。近些年来，随着计算机技术和多媒体图视功能的运用，不破坏样品，不须要象透射红外波谱那样要将样品进行分离和制样。对样品的大小，形状没有特殊要求，属于样品表面无损检测。能得到检测位置处物质分子的结构信息、某化合物或酸酐空间分布的红外波谱图象及微区的可见显微图像。

操作简便，手动化，用计算机进行选点、定位、聚集、测量。因为衰减全反射的上述特征，极大地扩大了红外波谱技术的应用范围，使许多采用透射红外波谱技术难以制样，或则样品制作过程非常复杂、难度大、而疗效又不理想的实验成为可能，采用衰减全反射附件和实验方式傅里叶红外光谱仪原理、构成，可以获得常规的透射红外波谱技术所不能得到的测量疗效。傅立叶变换红外波谱仪与其他仪器的联用技术是近代研究发展的重要方向。在现代剖析测试技术中，用于复杂试样的微量或痕量组分的分离剖析的多功能红外联机测量技术代表了新的发展方向。傅立叶变换红外波谱仪与色谱联用可以进行多组分样品的分离和定性，与显微镜联用可进行微量样品的剖析鉴别，与热失重联用可进行材料的热稳定性研究，波谱联用可得到红外波谱弱吸收的信息。实践证明，红外波谱联用技术是一种非常有效的用技术,现已实现联机的有液相色谱-红外、高效气相色谱-红外、超临界流体色谱-红外、层色谱-红外、热失重-红外、显微镜-红外及液相色谱-红外-质谱等,这将进一步提高分器的分离剖析能力。随着傅立叶变换红外波谱技术的发展,远红外、近红外、偏振红外、高压红外、红外光波谱、红外遥感技术、变温红外、拉曼波谱、色散波谱等技术也陆续出现,这种技术的出使红外成为物质结构和鉴别剖析的有效方式。

近些年来,随着计算机技术的发展概括地说,就是首先将相当数量化合物的红外波谱图,根据一定规则进行编码后,储存在计算机的储存设备中产生谱库,之后,对待剖析样品的红外波谱图也进行同样的编码,再以某种估算方式与谱库中储存的数据挨个进行比较选购出类似的数据,最后按类似的程度输出选购结果,进而达到波谱检索目的。而这也大大降低了波谱解析的工作量。基本原理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4000〜400cm-1)能挺好地反映分子内部所进行的各类化学过程以及分子结构方面的特点，对解决分子结构和物理组成中的各类问题最为有效，因此中红外区是红外波谱中应用最广的区域，通常所说的红外波谱大都是指这一范围。红外波谱属于吸收波谱，是因为化合物分子震动时吸收特定波长的红外光而产生的，物理键震动所吸收的红外光的波长取决于物理键动力常数和联接在两端的原子折合质量，也就是取决于的结构特点。这就是红外波谱测定化合物结构的理论根据。红外波谱作为“分子的指纹”广泛的用于分子结构和物质物理组成的研究。依据分子对