傅立叶红外光谱仪：原理、结构与应用详解

傅立叶红外光谱仪：原理、结构与应用详解

傅立叶红外光谱仪（FTIR）是一种基于干涉原理的红外光谱仪，通过测量样品对红外光的吸收来确定样品的组成和结构。它在医药化工、地矿、石油、环保等多个领域都有广泛应用。本文将详细介绍傅立叶红外光谱仪的工作原理、结构组成及其具体应用。

原理

傅立叶红外光谱仪的工作原理主要基于分子振动光谱学。一个分子围绕其中的原子核振动时，会在红外光谱的不同频率区域吸收一定量的能量。由于不同化学键的振动频率是唯一的，因此可以通过测量样品对红外光的吸收情况，来确定分子中存在的化学键和它们的组合方式。

具体来说，光源发出的红外光经过分束器后分为两束，一束经透射到达动镜，另一束经反射到达定镜。这两束光在分束器处重新会合，形成干涉光。干涉光通过样品后，被探测器接收并转换为电信号。然后，计算机对这些电信号进行傅立叶变换处理，得到红外光谱图。

结构

傅立叶红外光谱仪主要由以下部分组成：

• 光源：为测定不同范围的光谱而设置有多个光源，常用的有钨丝灯（近红外）、硅碳棒（中红外）、高压汞灯及氧化钍灯（远红外）等。

• 分束器：是迈克尔逊干涉仪的关键元件，作用是将入射光束分成反射和透射两部分，然后再使之复合。

• 干涉仪：主要由分束器、动镜和定镜组成，用于产生干涉光。

• 样品池：放置样品的地方，样品在这里吸收红外光。

• 探测器：常用的探测器有硫酸三甘钛（TGS）、铌酸钡锶、碲镉汞、锑化铟等，用于将干涉光转换为电信号。

• 计算机数据处理系统：用于控制仪器的操作、收集和处理数据，并显示红外光谱图。

应用

傅立叶红外光谱仪的应用非常广泛，以下是一些主要应用领域：

• 医药化工：用于药物成分分析、化学反应监测等。

• 地矿：用于矿物成分分析、岩石结构研究等。

• 石油：用于石油产品组成分析、质量监测等。

• 环保：用于监测大气、水体中的污染物等。

• 海关：用于检测进出口商品的成分和质量等。

• 宝石鉴定：用于鉴定宝石的种类和真伪等。

• 刑侦鉴定：用于分析物证中的化学成分等。

此外，傅立叶红外光谱仪还在表面化学、催化化学、石油化学等领域有重要应用。例如，在表面化学研究中，可以利用红外光谱技术研究自组织膜和L-B膜的结构和性质；在催化化学中，可以利用红外光谱技术监测催化剂表面的反应过程等。

综上所述，傅立叶红外光谱仪以其原理、结构和广泛的应用领域，成为了一种重要的分析仪器。它在科研、工业生产和质量检测等方面都发挥着重要作用，为各个领域的科学研究和技术进步提供了有力支持。