最新FTIR 的基本原理與結(jié)構(gòu)

1、ft-ir基本理論和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本理論和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)thermo fisher 分子光譜部分子光譜部彭世燁彭世燁2紅外光譜概述 傅里葉變換紅外光譜儀 fourier transform infrared spectrometer （簡(jiǎn)寫(xiě)為 ftir spectrometer ） 是基于對(duì)干涉后的紅外光進(jìn)行傅里葉變換的原理而開(kāi)發(fā)的紅外光譜儀 310 10 10 10 10 10 101097531-1-3-5wavenumbersx射線射線紫外紫外可見(jiàn)可見(jiàn)近紅外近紅外中紅外中紅外遠(yuǎn)紅外遠(yuǎn)紅外微波微波無(wú)線電波無(wú)線電波wavelength in microns核轉(zhuǎn)變核轉(zhuǎn)變電子躍遷電子躍遷分子振動(dòng)分子振動(dòng)1

2、0 10 10 10 10 10 10 10躍遷躍遷-5-3-113579轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)紅外光譜概述4紅外光譜概述 紅外光區(qū)的劃分紅外光區(qū)的劃分 紅外光譜波長(zhǎng)范圍約為 0.75 1000m，一般換算為波數(shù)。根據(jù)儀器技術(shù)和應(yīng)用不同，習(xí)慣上又將紅外光區(qū)分為三個(gè)區(qū)： 近紅外光區(qū)（0.75 2.5m ） 13158-4000 cm-1 分子化學(xué)健振動(dòng)的倍頻和組合頻。 中紅外光區(qū)（2.5 25m ） 4000 400 cm-1 化學(xué)健振動(dòng)的基頻 遠(yuǎn)紅外光區(qū)（25 1000 m ） 400-10 cm-1 骨架振動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)5紅外光譜概述紅外光譜概述 振動(dòng)頻率與光的頻率匹配振動(dòng)頻率與光的頻率匹配 15 20 25

3、30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100%t 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 cm-16clh nn紅外光譜概述 偶偶極矩發(fā)生變化，有紅外吸收極矩發(fā)生變化，有紅外吸收 偶極距為零偶極距為零 沒(méi)有紅外吸收沒(méi)有紅外吸收7cccc伸縮振動(dòng) 彎曲振動(dòng)bendingtwistingc+- 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100%t 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 cm-1紅外光譜概述8 1000 1500 20

4、00 2500 3000 3500 wavenumbers (cm-1)指紋區(qū)指紋區(qū)官能團(tuán)區(qū)官能團(tuán)區(qū)紅外光譜概述隨著化學(xué)鍵的增加，光譜變得越來(lái)越復(fù)雜9傅立葉紅外光譜儀的結(jié)構(gòu)傅立葉光譜儀的主要組成1光源2干涉儀及分束器3檢測(cè)器4主控板5激光器10傅立葉紅外光譜儀的結(jié)構(gòu)11傅立葉紅外光譜儀的結(jié)構(gòu)is10is10 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖摩擦更小的動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直干涉儀hene 激光驗(yàn)證輪中紅外光源caf2 涂覆的 kbr 窗片dla-tgs檢測(cè)器金剛石切削光鏡光闌外光路12傅立葉紅外光譜儀的結(jié)構(gòu)13傅立葉紅外光譜儀的工作原理14傅立葉紅外光譜儀的工作原理傅立葉紅外光譜儀的工作原理傅立葉紅外光譜儀的工作原理傅立葉變換方

5、程i(x) = 2rtb(v) cos 2vx dv ; b(v) = i(x) cos 2vx dx - i i(x) sin 2vx dx i(x): 光程差的強(qiáng)度函數(shù)；v: 波數(shù)； b(v): 頻率的強(qiáng)度函數(shù); x: 光程 差; r: 分束 片反 射 率 t: 分束片 透射率15傅立葉紅外光譜儀的工作原理坐標(biāo)軸： x-軸：通常用波數(shù)（cm-1)表示，也可以用波長(zhǎng)表示。 y-軸：采用透射法測(cè)定樣品時(shí)，使用%透射率或者吸光度。 采集背景時(shí)為單光束光譜：由干涉圖經(jīng)傅立葉變換得到。表示紅外能量對(duì)頻率的強(qiáng)度。背景光譜包含儀器和光譜內(nèi)部環(huán)境或制樣附件的信息。 %透射率：t= x100%= x100%

6、 吸光度：a=-logt=log=k*b*c k-吸光系數(shù)，b-光程，c-濃度 iis0背景單光束譜圖樣品單光束譜圖-紅外光透過(guò)樣品光強(qiáng) -紅外光透過(guò)背景光強(qiáng)i0is16傅立葉紅外光譜儀的工作原理170018001900210022002300-3-2-101234d at a poi nt svol t s170018001900210022002300-3-2-101234d at a poi nt svol t s5001000150020002500300035004000510152025303540w avenum bersem i ssi vi t y50010001500200

7、02500300035004000510152025303540w avenum bersem i ssi vi t ybkg: fftsam : fft50010001500200025003000350040002030405060708090w avenum berstransm i t tancer at i o干涉圖干涉圖能量圖能量圖光譜光譜17傅立葉紅外光譜儀的工作原理 ft-ir的特點(diǎn)：的特點(diǎn)： （1）掃描速度快）掃描速度快 掃描時(shí)間內(nèi)同時(shí)測(cè)定所有頻率的信息掃描時(shí)間內(nèi)同時(shí)測(cè)定所有頻率的信息 （2）具有很高的分辨率）具有很高的分辨率 （3）靈敏度高）靈敏度高 不用狹縫和單色器不用狹

8、縫和單色器,更高的能量通過(guò)更高的能量通過(guò) （4）高精度優(yōu)點(diǎn)）高精度優(yōu)點(diǎn)18傅立葉紅外光譜儀的工作原理掃描次數(shù)分辨率增益動(dòng)鏡速度光闌信噪比峰的分辨能力檢測(cè)器信號(hào)信號(hào)強(qiáng)度光通量19傅立葉紅外光譜儀的采樣原理 透射透射 反射反射io=roio=0o20傅立葉紅外光譜儀的采樣原理io=rosdddd 衰減全反射衰減全反射 (atr) 漫反射漫反射 (drifts) 鏡反射鏡反射21傅立葉紅外光譜儀的采樣原理 1 1 最基本的采樣方式最基本的采樣方式 2 2 適合于所有的樣品：固態(tài)，液態(tài)，氣態(tài)適合于所有的樣品：固態(tài)，液態(tài)，氣態(tài) 3 3 用于樣品的定性，定量分析用于樣品的定性，定量分析 4 4 特點(diǎn)：靈敏

9、度高特點(diǎn)：靈敏度高 5 5 經(jīng)濟(jì)成本低經(jīng)濟(jì)成本低透射原理透射原理22傅立葉紅外光譜儀的采樣原理由于玻璃，石英等常規(guī)透明材料不能透過(guò)紅外線，因此紅外由于玻璃，石英等常規(guī)透明材料不能透過(guò)紅外線，因此紅外吸收池必須采用特殊的透紅外材料制作如：吸收池必須采用特殊的透紅外材料制作如：naclnacl，kbrkbr和和csicsi等作為窗口。固體粉體樣品可以直接與等作為窗口。固體粉體樣品可以直接與kbrkbr混合壓片，直接混合壓片，直接進(jìn)行測(cè)定。進(jìn)行測(cè)定。透射原理透射原理23傅立葉紅外光譜儀的采樣原理傅立葉紅外光譜儀的采樣原理透射原理透射原理24傅立葉紅外光譜儀的采樣原理atr原理原理25傅立葉紅外光譜儀

10、的采樣原理光密到光疏，折射角光密到光疏，折射角 入射角入射角臨界角臨界角sin2=n2/n1折射光光強(qiáng)為零，全反射折射光光強(qiáng)為零，全反射增大增大 臨界角臨界角atr原理原理26傅立葉紅外光譜儀的采樣原理atr法主要特點(diǎn)法主要特點(diǎn):1 選用最多的無(wú)損紅外采樣附件選用最多的無(wú)損紅外采樣附件 幾乎或完全不用樣品制備，特別適用于測(cè)定不易溶 解 、熔化、難于粉碎的彈性或粘性樣品，如涂料、橡膠、合成革、聚氨基甲酸乙酯等表面及其涂層。 有利于表面薄膜、涂層樣品的測(cè)定。2選用附件的注意事項(xiàng)選用附件的注意事項(xiàng) 光譜范圍，樣品的形態(tài)（固態(tài)液態(tài)膠狀），化學(xué)特性（如酸堿性），樣品的硬度 3 容易操作容易操作atr原理

11、原理27傅立葉紅外光譜儀的采樣原理atr原理原理原始譜圖原始譜圖atr校正譜圖校正譜圖28紅外光譜儀的應(yīng)用及采樣的基本原則傅立葉變換紅外光譜儀目前比較集中的應(yīng)用領(lǐng)域有以下幾個(gè)方面： (1) 在醫(yī)藥化工行業(yè)上的應(yīng)用 (2) 在高分子材料研究上的應(yīng)用 (3) 在石油化工行業(yè)上應(yīng)用 (4) 在礦物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 (5) 在材料生產(chǎn)領(lǐng)域上的應(yīng)用 (6) 在生物醫(yī)學(xué)研究方面的應(yīng)用 (7) 在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域上的應(yīng)用 (8) 在刑偵鑒定上的應(yīng)用 (9) 在氣體分析方面的應(yīng)用 (10) 在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用 29紅外光譜儀的應(yīng)用及采樣的基本原則在法庭科學(xué)領(lǐng)域，紅外光譜法更成為比對(duì)分析的主要方在法庭科學(xué)領(lǐng)域，紅外光譜法更成為比對(duì)分析的主要方法之一，廣泛應(yīng)用于刑事案件、交通肇事案件等有關(guān)物法之一，廣泛