傅立葉變換紅外（FTIR）光譜儀是根據光的相干性原理設計的，因此是一種干涉型光譜儀，它主要由光源（硅碳棒，高壓汞燈），干涉儀，檢測器，計算機和記錄系統組成，大多數傅立葉變換紅外光譜儀使用了邁克爾遜（Michelson）干涉儀，因此實驗測量的原始光譜圖是光源的干涉圖，然后通過計算機對干涉圖進行快速傅立葉變換計算，從而得到以波長或波數為函數的光譜圖，因此，譜圖稱為傅立葉變換紅外光譜，儀器稱為傅立葉變換紅外光譜儀。
Infrared spectroscopy is an effective method to identify substance and analyze the structures of molecular. Fourier transform infrared (FTIR) spectrometers developed in the seventies are a typical representative of the third generation of infrared spectroscopy. They are a kind of interference-type spectrometers which were designed based on the principle of coherent light, with excellent features and perfect functions. And they haven’t only been used widely but also have extensive prospects. In this paper, the basic principles of Fourier transform infrared spectrometer are described briefly. The main features of FT-IR were summed up as well as its application in various fields, and some basic opinions of developmental direction as far as FTIR were put forward.
Key words: Fourier transform infrared spectrometer； Basic principles； Application； Development
傅立葉變換紅外光譜儀的應用
以下是分別介紹傅立葉變換紅外光譜儀在各個方面的應用。
4.1 在臨床醫學和藥學方面的應用[4]
鑒于每個化合物都有自己*的紅外光譜, 除特殊情況外, 目前尚未發現兩種不同的化合物具有相同的紅外光譜, 所以紅外光譜為藥品質量的監測提供了快速準確的方法。如藥材天麻、阿膠, 西藥紅霉素、環磷酰胺的監測和抗肝炎藥聯笨雙酯同質異晶體的研究。
傅立葉變換紅外光譜儀在臨床疾病檢測方面也有廣泛的應用, 如利用紅外光譜法對冠心病、動脈硬化、糖尿病、癌癥的檢測。紅外光譜法測定蛋白質基體中的葡萄糖含量。以及用FT-Raman 光譜在700～1900cm- 1處的差異, 對胃、牙齒、血管、肝等人體組織的研究可用于體內診斷。
惡性腫瘤是一種嚴重危害人類身心健康并消耗大量醫療衛生資源的疾病, 由于目前缺乏有效的對晚期癌癥的治療手段, 腫瘤的早期診斷對延長患者的生存時間和提高生活質量具有重要的意義。傅里葉變換紅外光譜可以提供有關分子結構和變化的多種信息, 能在分子水平對細胞組織的改變做出反映, 是行之有效的腫瘤早期檢測的手段, 較傳統的腫瘤手段而言, 具有快速, 準確, 客觀等特點；甚至可以通過光纖附件, 實現腫瘤的原位、在體、實時檢測和診斷。通過胃癌組織與正常組織的FTIR譜圖[5]比較, 可以發現胃癌組織具有特征性的光譜。如圖5所示。胃癌細胞株FTIR檢測結果如圖6所示，與胃癌組織光譜圖比較，光譜特征存在差異。
圖5 胃癌組織與正常組織的FTIR譜
圖6 胃癌細胞株FTIR檢測結果
4.2 在化學、化工方面的應用
在該方面的應用又可分為表面化學、催化化學和石油化學方面的應用。
4.2.1 在表面化學研究中的應用
紅外光譜技術在表面化學研究中的應用具有兩個鮮明特征:
(1) 繼續不斷地開發表面與薄膜的原位和實時紅外分析技術。根據報道已有一種適用于原位和同時紅外分析的FT-IR擴散反射室。
(2) 以紅外吸附光譜( IRAS) , ATR FT-IR 和IR反射光譜為代表的紅外光譜技術廣泛地應用于研究自組織膜和L- B膜。如應用IR反射光譜研究薄膜, 測定組織薄膜的厚度、成分和結構。
4.2.2 在催化化學研究中的應用
(1) 擴散反射紅外光譜傅立葉變換光譜(DR IFTS) 的應用報道特別突出, 其次是IRAS。DR IFTS用于監控催化劑表面吸附化合物的分解動力學。IRAS的典型應用實例包括研究CO在Pd催化劑表面的氧化反應動力學, 以及研究NO和CO在Pd和Pd-SiO2 表面的共吸附現象。
(2) 原位紅外光譜技術除了依然應用普通的原位紅外光譜技術研究催化反應過程外, 還應用于原位反射/吸附紅外光譜研究催化劑表面的點位阻塞效應。另外產生了大量新的與原位紅外光譜技術相配合的附件裝置。
4.2.3 在石油化學研究中的應用
傅立葉變換紅外光譜儀在石油化學中的應用是一個十分廣泛的領域, 如在重油的組成、性質與加工方面,應用IR表面自硅膠色譜得到的膠質和瀝青質。紅外光譜儀在潤滑油及其應用方面的進展體現在: 用于鑒別未知油品和標定潤滑油的經典物理性質(如粘度、總酸值、總堿值) ; 被納入以設備狀態監測為目的的油液分析計劃, 用于表征在用油液的降解和污染程度; 油潤滑表面摩擦化學過程及產物的原位監測與表征。
紅外光譜儀應用于輕質油品生產控制和性質分析方面的主要進展包括: 應用紅外光譜預測汽油的辛烷值, 應用IR 測定汽油中含氧化合物的含量。此外, 還應用ATR FT - IR與GC聯用測定汽油中的芳烴的含量[6]。
4.3 在環境分析中的應用
用氣相色譜- 傅立葉變換紅外聯用技術測定水中的污染物[7], 結合了毛細管氣相色譜的高分辨能力和傅立葉變換紅外光譜快速掃描的特點, 對GC - MS不能鑒別的異構體, 提供了完整的分子結構信息, 有利于化合物官能團的判定。K1A1Krok等報道了氣相色譜/紅外光譜/質譜聯用技術在環境分析中的應用。運用傅立葉變換紅外遙感技術, 可以測定工業大氣空間的特性。由于控制汽油質量與保護環境密切相關, 應用美國HP GC / IRP /MS測定汽油中的甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2 -丁醇、異丁醇、特丁醇、苯、甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯等, 其準確度為1%, 相對偏差為0.155%。應用傅立葉變換紅外法可以定量分析氣態烴類混和物, 對于測定水中的石油烴類, 非色散紅外法已成為我國環境監測的標準方法[8]。
4.4 在半導體和超導材料等方面的應用[9]
在此方面的應用主要有: 分析鈾原子與CO和CO2 反應產物的基體紅外光譜, 研究了鈾- 釷- 鎳- 錫變性錳鋁銅強磁性合金的遠紅外性質。分析C60填料籠形包含物的紅外和拉曼光譜。用反射傅立葉變換紅外顯微光譜法測定有機富油頁巖中海藻化石。
此外, 傅立葉變換紅外光譜儀在其傳統領域———物質結構分析、熱力學狀態分析、熱/動力學過程分析與表征也有著不同程度的進展。
5 全文總結
由于傅立葉變換紅外光譜儀應用的廣泛性，得到了許多科技工作者以及各國廠家的關注及推崇。近年來他們對其光源、干涉儀、檢測器及數據處理等各系統進行了大量的研究和改進, 使之日趨完善。如儀器精密度的提高, 紅外光譜儀在分辨率和掃描速度等方面達到了很高的指標。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完成。雖然相對于之前的紅外光譜儀而言，傅立葉紅外變換紅外光譜儀有了很大的提高。但其本身也存在不少的缺陷：
⑴ 樣品制作比較麻煩，并且會破壞樣品原本形態或表面污染。因此就不能應用在一些如對珠寶，鉆石，紙幣，郵票，筆跡等的真偽鑒定上了。
解決辦法：針對這些缺陷，漫反射傅立葉變換紅外光譜技術和衰減全反射傅立葉變換紅外光譜技術很好的解決了這一問題。
⑵ 紅外光譜的定性分析時要將測得的圖譜與已知樣品圖譜或標準圖譜進行對比，而同一化合物在不同狀態，不同溶劑中都會顯出不同的光譜，此外，濃度、溫度、樣品純度、儀器的分辨率等因素對分析結果也有影響。因此紅外光譜的解析十分的復雜，并且工作量十分的大。
隨著計算機技術的發展，紅外光譜定性分析實現了計算機檢索和輔助光譜分析，但是，這種檢索能力受到存儲數據量的限制，因為新合成的化合物越來越多，建立圖譜庫的工作量越來越大。
現在人們開始研究一種稱之為輔助紅外光譜解析的方法，這是一種人工智能技術，它能根據未知物圖譜中吸收帶的特征頻率、強度及形狀等信息，利用計算機進行演繹推理，完成對未知物官能團的分析。目前仍處于研究階段。相信不久的將來，會開發出在解析化學結構方面具有完善功能的計算機人工智能系統。
能譜科技作為*的紅外光譜儀制造商，生產的ican9傅立葉紅外光譜儀具有先進的紅外光源系統、穩定的光學系統、高性能的電子系統、人性化的操作系統、*的防潮處理、豐富的擴展性等特點廣泛應用于醫藥、化工、高校、環保等領域，得到了廣大用戶的好評。使用iCAN9傅里葉變換紅外光譜儀，搭載*的ATR附件，輕松滿足新版藥典要求，檢測二甲基硅油，我們的產品可以成為企業實驗室的得力幫手。
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