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傅立葉紅外光譜儀:原理、結構與應用詳解

來源:天津市能譜科技有限公司   2024年10月28日 16:37  
  傅立葉紅外光譜儀,又稱為傅立葉變換紅外光譜儀(Fourier Transform Infrared Spectrometer,簡寫為FTIR Spectrometer),是一種基于干涉原理的紅外光譜儀。它通過測量樣品對紅外光的吸收來確定樣品的組成和結構,被廣泛應用于醫藥化工、地礦、石油、煤炭、環保、海關、寶石鑒定、刑偵鑒定等多個領域。
 
  一、原理
 
  傅立葉紅外光譜儀的工作原理主要基于分子振動光譜學。一個分子圍繞其中的原子核振動時,會在紅外光譜的不同頻率區域吸收一定量的能量。由于不同化學鍵的振動頻率是唯一的,因此可以通過測量樣品對紅外光的吸收情況,來確定分子中存在的化學鍵和它們的組合方式。
 
  具體來說,光源發出的紅外光經過分束器后分為兩束,一束經透射到達動鏡,另一束經反射到達定鏡。這兩束光在分束器處重新會合,形成干涉光。干涉光通過樣品后,被探測器接收并轉換為電信號。然后,計算機對這些電信號進行傅立葉變換處理,得到紅外光譜圖。
 
  二、結構
 
  傅立葉紅外光譜儀主要由以下部分組成:
 
  光源:為測定不同范圍的光譜而設置有多個光源,常用的有鎢絲燈(近紅外)、硅碳棒(中紅外)、高壓汞燈及氧化釷燈(遠紅外)等。
 
  分束器:是邁克爾遜干涉儀的關鍵元件,作用是將入射光束分成反射和透射兩部分,然后再使之復合。
 
  干涉儀:主要由分束器、動鏡和定鏡組成,用于產生干涉光。
 
  樣品池:放置樣品的地方,樣品在這里吸收紅外光。
 
  探測器:常用的探測器有硫酸三甘鈦(TGS)、鈮酸鋇鍶、碲鎘汞、銻化銦等,用于將干涉光轉換為電信號。
 
  計算機數據處理系統:用于控制儀器的操作、收集和處理數據,并顯示紅外光譜圖。
 
  三、應用
 
  傅立葉紅外光譜儀的應用非常廣泛,以下是一些主要應用領域:
 
  醫藥化工:用于藥物成分分析、化學反應監測等。
 
  地礦:用于礦物成分分析、巖石結構研究等。
 
  石油:用于石油產品組成分析、質量監測等。
 
  環保:用于監測大氣、水體中的污染物等。
 
  海關:用于檢測進出口商品的成分和質量等。
 
  寶石鑒定:用于鑒定寶石的種類和真偽等。
 
  刑偵鑒定:用于分析物證中的化學成分等。
 
  此外,傅立葉紅外光譜儀還在表面化學、催化化學、石油化學等領域有重要應用。例如,在表面化學研究中,可以利用紅外光譜技術研究自組織膜和L-B膜的結構和性質;在催化化學中,可以利用紅外光譜技術監測催化劑表面的反應過程等。
 
  綜上所述,傅立葉紅外光譜儀以其原理、結構和廣泛的應用領域,成為了一種重要的分析儀器。它在科研、工業生產和質量檢測等方面都發揮著重要作用,為各個領域的科學研究和技術進步提供了有力支持。

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