傅里葉變換紅外光譜儀解析-共7

1、儀器分析綜述系別：生物科學與技術系班級：09食品2姓名：歐陽凡學號：091304251傅里葉變換紅外光譜儀前言隨著計算方法和計算技術的發(fā)展，20世紀70年代出現(xiàn)新一代的紅外光譜測量技術及儀器-傅里葉變換紅外光譜儀（FourierTransformInfraredSpectrometer簡寫為FTIR，簡稱為傅里葉紅外光譜儀。它不同于色散型紅外分光的原理，是基于對干涉后的紅外光進行傅里葉變換的原理而開發(fā)的紅外光譜儀，主要由紅外光源、光闌、干涉儀（分束器、動鏡、定鏡）、樣品室、檢測器以及各種紅外反射鏡、激光器、控制電路板和電源組成。可以對樣品進行定性和定量分析，廣泛應用于醫(yī)藥化工、地礦、石油、煤炭

2、、環(huán)保、海關、寶石鑒定、刑偵鑒定等領域。正文傅里葉變換紅外光譜儀分光光度計由光學檢測系統(tǒng)、計算機書籍處理系統(tǒng)、計算機接口、電子線路系統(tǒng)組成。光源發(fā)出的光被分束器（類似半透半反鏡）分為兩束，一束經反射到達動鏡，另一束經透射到達定鏡。兩束光分別經定鏡和動鏡反射再回到分束器，動鏡以一包定速度作直線運動，因而經分束器分束后的兩束光形成光程差，產生干涉。干涉光在分束器會合后通過樣品池，通過樣品后含有樣品信息的干涉光到達檢測器，然后通過傅里葉變換對信號進行處理，最終得到透過率或吸光度隨波數(shù)或波長的紅外吸收光譜圖。光學檢測系統(tǒng)由邁克遜干涉儀、光源、檢測器組成、邁克遜干涉儀內有兩個相垂直的平面反射鏡M1、M2

3、和一個與兩鏡成45度角的分束器，M1可沿鏡軸方向前后移動。自光源發(fā)出的紅外光經準直鏡M3反射后變?yōu)槠叫泄馐赵诜质魃虾笞兂蓛墒?。其中一束被反射到可動鏡頭M1后又被M1反射回分束器，并在分束器上再次分城反射光和透射光，透射光部分照在舉聚光鏡M4上，然后到到達探測器，另一束光透過分束器，射在固定鏡M2上，并被M2反射回分束器，在分束器上再次發(fā)生反射和透射，反射部分照在聚光鏡M4上，最后也到達探測器。因而這兩束到達探測器的光油了光程差，成了相干光，移動可動鏡M1可改變兩束光程差。在連續(xù)改變光程差的同時，記錄下中央干涉條紋的光強變化，及得到干涉圖。如果在復合的相干光路中放有樣品，就得到樣品的干涉

4、圖。需要通過計算機進行傅里葉變換后才能得到紅外光譜圖。主要特點1、信噪比高傅里葉變換紅外光譜儀所用的光學元件少，沒有光柵或棱鏡分光器，降低了光的損耗，而且通過干涉進一步增加了光的信號，因此到達檢測器的輻射強度大，信噪比高。2、重現(xiàn)性好傅里葉變換紅外光譜儀采用的傅里葉變換對光的信號進行處理，避免了電機驅動光柵分光時帶來的誤差，所以重現(xiàn)性比較好。3、掃描速度快傅里葉變換紅外光譜儀是按照全波段進行數(shù)據(jù)采集的，得到的光譜是對多次數(shù)據(jù)采集平均后的結果，而且完成一次完整的數(shù)據(jù)采集只需要一至數(shù)秒，而色散型儀器則需要在任一瞬間只測試很窄的頻率范圍，一次完整的數(shù)據(jù)采集需要十分鐘至二十分鐘。FTIR的吸收強度和表

5、示方法紅外吸收光譜分析對于同一類型的化學鍵，偶極矩的變化與結構的對稱性有關。例如C=C雙鍵在下述三種結構中，吸收強度的差別就非常明顯（1）R-CH=CH2摩爾吸光系數(shù)=40（2）R-CH=CHR'順式摩爾吸光系數(shù)=10（3）RCH=CHR'反式摩爾吸光系數(shù)=2這是由于對于C=C雙鍵來說，結構（1）的對稱性最差，因此吸收較強，而結構（3）的對稱性相對最高，故吸收最弱。紅外光譜的吸收強度和表示方法止匕外，對于同一試樣，在不同的溶劑中，或在同一溶劑中不同濃度的試樣中，由于氫鍵的影響以及氫鍵強弱的不同，使原子間的距離增大，偶極矩變化增大，吸收增強。例如，醇類的羥基在四氯化碳溶劑中伸縮振

6、動的強度就比在乙醴溶劑中弱得多。而在不同濃度的四氯化碳溶液中，由于締合狀態(tài)的不同，強度也有很大的差別。紅外光譜的吸收強度和表示方法紅外光譜的吸收強度常定性的用s（強）、m（中等）、w（弱）、vw（極弱）。傅里葉變換紅外光譜儀功能（1制樣方法與手段齊全：包括KBr壓片法、石蠟糊、薄膜法及各種各樣的氣體池和液體池。用于薄膜法的晶片有氯化鈉晶片（5000化鈉晶片（5000-625cm-1、澳化鉀晶片（5000-400cmcm-1、氟化鈣晶片（5000-1110cm-1以及硒化鋅晶片（5000-500cm-1）。（2配備了衰減全反射光譜AttenuatedTotalReflection簡稱ATR又叫內

7、反射光譜（InternalReflectionSpectraATR技術在紅外研究中特別是在界面固體薄膜領域的IR研究中得到了廣泛運用。ATR研究的體系涉及有機組裝膜、金屬表面吸附層及液體等。（3配備了6微米Mylar膜（50050cm-1遠紅外分束器：波數(shù)范圍50050cm-1。遠紅外光譜是研究無機化合物，金屬有機化合物，尤其是研究金屬配位化合物性質的一種非常重要的手段。在無機化合物中，許多金屬的氧化物、硫化物、鹵化物、非金屬的鹵化物在遠紅外區(qū)都有伸縮振動和彎曲振動吸收。在遠紅外區(qū)可能會觀察到環(huán)的面外彎曲或折疊（變形振動吸收。遠紅外區(qū)會觀察到氫鍵振動吸收譜帶。品格振動吸收只有在晶體的遠紅外光譜

8、中才會出現(xiàn)，對于非結晶態(tài)固體不存在品格振動吸收。氣體分子的全部或部分純轉動光譜都位于遠紅外區(qū)。(4氣相色譜-紅外光譜聯(lián)用：wb050MCT檢測器(10000450cm-1。光管傳輸線溫度50350度。紅外光譜法原則上只能用于純化合物，對于混合物的定性分析常常是無能為力的。色譜法長于分離混合物的優(yōu)點正是紅外光譜法的弱點，紅外光譜法長于定性和結構分析的優(yōu)點又正是色譜法的弱點，聯(lián)合這兩種方法，把色譜儀作為紅外光譜儀的前置分離工具，或者說，把紅外光譜儀作為色譜儀的檢測器，就組成了一種理想的分析工具。(5熱重-紅外光譜聯(lián)用：只要在TGA分析中被分析物所釋放的揮發(fā)組分有紅外吸收，而且能被載氣帶入紅外光譜儀

9、的氣體池中，就能用紅外光譜法對氣樣進行定性分析。(6配備了高溫高壓原位池。(7大型Sadtler標準譜庫(商品名HaveltAll：該譜庫是迄今為止最全面最權威的純化合物的紅外標準譜庫。對紅外光數(shù)據(jù)庫進行聯(lián)機檢索和利用軟件進行計算機輔助譜圖解析，解決研究與生產工作中遇到的結構分析難題已經成為化學工作者的常規(guī)性操作。傅里葉變換紅外光譜儀的進展1 .儀器日益智能化，實際上是光譜儀的高度自動化由于計算機技術和自動化技術在儀器中的廣泛使用，使得紅外光譜儀的調整、控制、測試及結果的分析大部分由計算機程序控制和完成，如顯微紅外光譜中的圖像技術。各公司的顯微紅外光譜儀均能對樣品的某一區(qū)域進行掃描，并最后給出

10、該區(qū)域化學成分的分布圖，如AIM8800(Shimadzu、Continuum(Nicolet、EquinoxTM55(Brucker、Spectrum2019(Perkin曰mer和Stingraylmaging(Bio-Rad等顯微紅外光譜儀均有此功能。Continuum和EquimoxTM55在對某一點樣品進行測量時，可同時觀察樣品狀況。AIM8800可自動記錄樣品檢測點及北京的位置。紅外顯微鏡可在測量時自動尋找設定的位置并調整到最佳狀態(tài)進行測量。StingrayImaging將步進掃描功能與焦平面陣列式檢測器結合起來，可在短時間內測定紅外化學圖像。2 .隨著儀器精密度的提高，部分公司在

11、分辨率，掃描速度等方面達到了很高的指標如BrukerIFS120H最佳分辨率為0.0008cm-,1Bomen公司DA系列可達0.0026cm工1而掃描速度Bruker可達117張譜圖/秒，利用步進掃描技術可達到250皮納秒時間分辨光譜。NicoletNexus可達70次掃描/秒，利用步進掃描技術可達優(yōu)于10納秒的時間分辨光譜。使用多種分束器后光譜范圍Bruker為50000-4cmT1,Bomen為50000-4cm,1Nicolet為25000-20cm一。1這些很高的技術指標，標志材料、光路設計、加工技術和軟件都達到了很高的水平。但這不是傅里葉變換紅外光譜儀水平的唯一標志，其他如儀器的穩(wěn)

12、定性，抗震性，光源的穩(wěn)定和使用壽命，監(jiān)測器的靈敏度和穩(wěn)定性等均反映儀器的水平（如AIM8800選用玻璃密封的MCT檢測器，密封效果好，無需定期抽真空）。用戶必須根據(jù)自己的測試要求及性能價格比來選擇適當?shù)膬x器。3 .不同類型的專用儀器及多功能聯(lián)用技術的發(fā)展各公司為適應不同用途的需要，設計了各種不同類型的儀器。如Bruker公司不同類型的傅里葉變換紅外儀器達17種之多，他們與制造熱重分析儀的Netisch公司共同設計了光譜儀與熱重分析儀的接口，使聯(lián)用測試的靈敏度大大提高，并可同時采集熱重和紅外數(shù)據(jù)。Nicolet公司又研究型、分析型和普及型等不同類型的儀器，他們的Nexus光譜儀，除了它的高度自動

13、化外，還配上不同類型的附件，用于不同的測量要求。BIO-Rad公司為適應學校教學需要，儀器窗蓋用透明材料制成。有些公司將同一儀器增加外光路出口，增加聯(lián)用功能。如Bruker的EquinoxTM55多達6個外光路，可與拉曼附件、GC、TC和紅外顯微鏡四機聯(lián)用。Nicolet的Nexus有5個外光路，可提供多機聯(lián)用及發(fā)射光譜的分析。PerkinElmer公司的Programm2019有4個外光路接口，用于不同類型的聯(lián)機。目前許多公司又專用的儀器，如近紅外光譜儀，紅外氣體分析儀，紅外油品分析儀，紅外半導體分析儀，遙感紅外光譜儀（如用于氣象），各種工業(yè)在線紅外光譜分析儀，專用紅外顯微鏡（干涉儀與顯微鏡

14、一體化，JASCO）等。對于特定目的的用戶，不必購置通用紅外光譜。4各種實用附件的發(fā)展島津紅外顯微鏡AIM8800樣品處理器MMS-77D,它安裝在紅外顯微鏡上，可對各種微量樣品進行處理。能切割出膠片中幾小到幾百小勺異物，用微量點滴器將某些器件上的雜物溶解并吸出后進行紅外顯微測定，此附件很大提高了顯微紅外光譜儀測定的樣品種類和測定的效率。Bruker為Vector22/N近紅外光譜儀專門設計的近紅外積分球，光斑為1020mn,并配有樣品旋轉器，它對大顆粒的樣品（如玉米）仍能進行較好的定量分析。PerkinElmer公司紅外光譜儀采用AVI技術，在儀器中置一標準甲烷氣，對測定的光譜波數(shù)進行校正，

15、提高了測定光譜吸收峰位置波數(shù)的準確度；該儀器還以水汽和二氧化碳的高分辨光譜為基礎建立相關軟件，自動模擬各種測量條件下的水汽和二氧化碳的光譜，對光譜進行水汽和二氧化碳的校正；在進行ATR等測量中，能自動顯示樣品與ATR晶體之間的壓力情況，保持兩者的最佳接觸面又不會損壞晶體。Nicolet的歐米采樣器（OmniSampler）可進行接觸式采樣，它適用于微量樣品，硬度較大的樣品及紅外不透過的樣品，如單纖維，高聚物顆粒等。小結現(xiàn)在傅里葉變換紅外光譜儀已得到全面的發(fā)展，使用方法幾乎適應各類物質的檢測分析，包括衰減全反射法、漫反射法，光聲光譜法、顯微光譜法、動態(tài)光譜法（動力學法）、光譜儀與各種儀器的聯(lián)用，以及與計算機技術的結合?，F(xiàn)在，紅外光譜法通常作為分析各種聚合物材料最佳選擇的技術。在紡織工業(yè)領域，主要用于對未知物的分析；定量分析；織物等表面涂層的分析和高分子材料大分子鏈等的測定。微型光譜儀與普通的光譜儀相比具有很大的優(yōu)點，它除了具有微小型、低成本、易于實現(xiàn)模塊化，還具有耐用、緊湊、易于校準、抗震動、抗環(huán)境溫度壓力變化影響等。但目前國內研制的微小型光譜儀一般還基本是原理樣機狀態(tài)，還無法成為