傅立叶变换红外光谱仪的原理与特点（山西省高分子材料研究）

高分子材料研究2007年第期TAIYUANSCI-TECH11文章编号:1006-4877(2007)11-0040-02傅立叶变换红外波谱仪的原理与特征(广东省高分子材料研究及测量重点实验室,江苏徐州)范松灿摘要:阐述了傅立叶变换红外光谱仪的原理,并对红外光谱的特征进行了归纳和总结。关键词:FTIR;27型红外波谱仪;迈克尔逊(Miche-lson)干涉仪中图分类号:TQ320.5+5文献标志码:A1FTIR的发展历程红外波谱仪的发展经历了3个阶段:第一阶段是棱镜式红外分光光度计,它是基于棱镜对红外幅射的色散而实现分光的,其缺点是光学材料制造麻烦,分辨本领较低,而且仪器要求严格的恒温降湿;第二阶段是光栅式红外分光光度计,它是基于光栅的衍射而实现分光的,与第一代相比,辨别能力大大增强,且能量较高,价钱实惠,对恒温、恒湿要求不高,是红外分光光度计发展的方向;第三阶段是基于干涉调频分光的傅立叶变换红外光谱仪傅里叶红外光谱仪原理示意图,它的出现为红外波谱的应用开辟了新的领域[1]。

2FTIR的基本原理本文以我实验室拥有的德国公司生产的型红外波谱仪对FTIR的基本原理进行说明。该仪器采用迈克尔逊()干涉仪来完成干涉调频,其原理见图1。光束步入干涉仪后被一分为二:一束透射到动镜(T),另一束反射到定镜(R)。透射到动镜的红外光被反射到分束器后分成两部份,一部份透射返回光源(TT),另一部份经反射抵达样品(TR);反射到定镜的光再经过定镜的反射作用到达分束器,一部分经过分束器的反射作用返回光源收稿日期:2007-09-23;修回日期:2007-09-28作者简介:范松灿(1981-),男,江苏徐州人。2005年7月结业于四川学院,助理工程师。40(RR),另一部份透过分束器抵达样品(RT)。也就是说,在干涉仪的输出部份有两束光傅里叶红外光谱仪原理示意图,这两束相干光被加和,联通动镜可改变两光束的光程差,因而形成干涉,得到干涉图,作出此干涉图函数的傅立叶正弦变化即得波谱,这就是人们所熟悉的傅立叶变换。

3FTIR的特性1)分辨能力高。一般棱镜式红外分光光度计区分能力为1.000cm-1早已很不容易了,光栅式仪器也只是在个别光谱范围内达到0.200cm-1,但傅立叶变换红外波谱仪在整个波谱范围内区分能力达到0.100cm-1并不困难,但是更精密制造的仪器甚至能达到0.005cm-1。2)扫描时间极快。一般棱镜式或光栅式红外分光光度计在单位时间内只能记录所研究的一个波谱元,记录全部的波谱元就须要较长的时间,有的须要3～5min,有的需要7～10min。而傅立叶变换红外波谱仪记录全部波谱元与记录一个波谱元的时间相等,通常1s内即可完成波谱范围的扫描,因此扫描速率比通常分光光度摊销高数百倍,这主要是因为干涉仪与扫描单色仪相比具有多路优点。有数据显示,在0～400.000cm-1范围内,分辨率为1.000cm-1,杂讯相同,干涉仪比单色仪在取得信息上要快4000倍[2-3]。

3)辐射通量大。干涉仪测量光谱具有辐射通量大的优点首先为化学学家发觉。常规分光计因为带有入射和出射狭缝,使之才能达到测量器上的辐射能量非常有限,例如,在4000.000～400.000cm-1区域里区分为8.000cm-1时,任一时刻达到测量器上的能量仅为0.20%左右,而当帧率提高到1.000cm-1时,到达检测器上的能量仅为0.03%。由于不管高帧率还是低分辨率的分光计都是在一个宽波数范围里测定红外光谱的低效设备。色散波谱仪中,仅这些通过单色器入射和出射箭狭缝的幅射最终能够达到侦测仪。而在FTIR的干涉仪中没有狭缝的限制,干涉仪幅射通量的大小只取决于平面镜头的大小,因而在同样区分的情况下,其幅射通量要比色散型仪器大的多。因为此优