傅立叶变换红外光谱仪基本原理

傅立叶变换红外波谱仪基本原理

傅立叶变换红外波谱仪（，缩写为FTIR）,简称为傅立叶变换红外波谱仪（如图1）。它不同于衍射型红外分光的原理，是基于对干涉后的红外光进行傅立业变换的原理而开发的红外波谱仪，主要由红外光源、光阑、干涉仪（分束器、动镜、定镜）、样品室、检测器以及各类红外反射镜、激光器、控制电路板和电源组成。可以对样品进行定性和定量分析，广泛应适于医药焦化、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴别、刑侦鉴别等领域。

图一

傅立叶变换红外波谱仪工作原理：

红外线和可见光一样都是电磁波，而红外线是波速介于可见光和微波之间的一段电磁波。红外光又可根据波速范围分成近红外、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zui为有效，因此中红外区是红外波谱中应用zui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，是因为缩聚物分子震动时吸收特定波速的红外光而形成的，物理键震动所吸收的红外光的波速取决于物理键动常数和连结在两端的原子折合品质，也就是取决于的结构特点。这就是红外波谱测量缩聚物结构的理论根据。

红外波谱作为“分子的指纹”广泛的适于分子结构和物质物理组成的研究。依据分子对红外光吸收后得到谱带速率的位置、强度、形状以及吸收谱带和湿度、聚集状态等的关系便可以确定分子的空间构象，求出物理建的力常数、键长和键角。从波谱剖析的视角看主要是运用特性吸收谱带的速率推算分子中存在某一配体或键，由特性吸收谱带速率的变化推断临近的配体或键，从而确定分子的物理结构，其实也可由特性吸收谱带硬度的改变对混和物及缩聚物进行定量剖析。而鉴于红外波谱的应用广泛性,绘出红外波谱的红外波谱仪也成了科学家们的重点研究对象.

傅立叶变换红外（FT-IR）波谱仪是依据光的相干性原理设计的，所以是一种干涉型波谱仪傅里叶红外光谱仪原理步骤，它主要由光源（硅碳棒，高压汞灯），干涉仪，检查器，计算机和记录系统组成，大多数傅立叶变换红外波谱仪使用了迈克尔逊（）干涉仪，然而试验检测的原始波谱图是光源的干涉图，之后通过计算机对干涉图进行迅速傅立叶变换估算，因而得到以波速或波数为函数的波谱图傅里叶红外光谱仪原理步骤，然而，谱图称为傅立叶变换红外波谱，仪器称为傅立叶变换红外波谱仪。

光学原理：

图2是傅立叶变换红外波谱仪的典型光路系统，来自红外光源的幅射，经过凸台反射镜使成垂直光后踏入迈克尔逊干涉仪，离开干涉仪的脉动光束投射到一晃动的反射镜B，使光束交替通过样品池或参比池，再经摇动反射镜C（与B同步），使光束聚焦到测试器上。

傅立叶变换红外波谱仪无衍射器件，没有夹缝，故来自光源的光有足够的能量经过干涉后照射到样品上之后抵达测量器，傅立叶变换红外波谱仪检测部份的主要核心部件是干涉仪，图3是单束光照射迈克尔逊干涉仪时的工作原理图，干涉仪是由固定不动的反射镜M1（定镜），可联通的反射镜M2（动镜）及分光束器B组成，M1和M2是相互平行的平面反射镜。B以45°角放在M1和M2之间，B能将来自光源的光束分成相等的两部份，一半光束经B后被反射，另一半光束则透射通过B。在迈克尔逊干涉仪中，当来自光源的入射光经光分束器分成两束光，经过两反射镜反射后又凝聚在一起，再投射到测试器上，因为动镜的联通，使两束光形成了光程差，当光程差为半波速的素数倍时，发生相长干涉，形成暗线；为半波速的质数倍时，发生相消干涉，形成明线，若光程差既不是半波速的素数倍，也不是质数倍时，则相干光硬度介于前两种状况之间，当动镜联通，在检测器上记录的讯号正弦变化，每联通四分之一波速的距离，讯号则从明到暗周期性的改变一次，（图3）

图2

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