傅立葉變換紅外光譜儀（Fourier Transform Infrared Spectrometer, FTIR）是一種基于傅立葉變換技術(shù)的紅外光譜分析儀器,，廣泛應(yīng)用于化學、材料,、環(huán)境,、醫(yī)藥等領(lǐng)域的物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析和成分鑒定。以下是其核心工作原理的詳細解析：
一,、紅外光譜的基本原理
紅外光譜的核心是分子對紅外光的吸收特性,。當紅外光照射樣品時，分子中的化學鍵（如 C-H,、O-H,、C=O 等）會因振動能級躍遷而吸收特定頻率的光。不同官能團或分子結(jié)構(gòu)對應(yīng)不同的吸收頻率,，通過檢測這些吸收信號,，可推斷物質(zhì)的分子組成和結(jié)構(gòu)。
二,、傅立葉變換紅外光譜儀的關(guān)鍵組件
FTIR 的工作依賴于以下核心部件的協(xié)同作用：
紅外光源
提供寬頻紅外輻射（通常覆蓋中紅外波段,，如 4000~400 cm?1），常見光源包括硅碳棒,、陶瓷光源等,。
邁克爾遜干涉儀（Michelson Interferometer）
核心部件，用于將光源的寬頻光轉(zhuǎn)化為干涉光,。
結(jié)構(gòu)包括：
分束器（Beamsplitter）：將入射光分為兩束（反射光和透射光）,，分別經(jīng)固定鏡和動鏡反射后重新匯合，產(chǎn)生干涉,。
動鏡：可沿光路方向勻速移動,，改變兩束光的光程差，從而形成不同相位的干涉信號。
干涉圖的形成：當光程差為半波長的整數(shù)倍時,，兩束光干涉相長,；為半波長的奇數(shù)倍時，干涉相消,。動鏡移動過程中,，最終得到包含所有頻率信息的干涉圖（強度隨光程差變化的曲線）。
樣品池
用于放置待測樣品,，根據(jù)樣品狀態(tài)（氣態(tài),、液態(tài)、固態(tài)）選擇不同類型的池體（如氣體池,、液體池,、壓片模具等）。
樣品對紅外光的吸收會調(diào)制干涉圖的強度分布,。
檢測器
常用檢測器包括熱電偶,、熱釋電檢測器（如 DTGS）、碲鎘汞檢測器（MCT）等,，用于將干涉光信號轉(zhuǎn)換為電信號,。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
包含計算機和傅立葉變換軟件，用于對干涉圖進行數(shù)學變換和光譜解析,。
三,、傅立葉變換紅外光譜儀的工作流程
干涉圖采集
紅外光源發(fā)出的光經(jīng)分束器分為兩束，分別經(jīng)固定鏡和動鏡反射后匯合,，形成干涉光,。
干涉光通過樣品池時，被樣品吸收特定頻率的能量,，導致干涉圖的強度發(fā)生變化,。
檢測器采集包含樣品吸收信息的干涉圖（此時信號尚未體現(xiàn)具體頻率，而是光程差與強度的關(guān)系）,。
傅立葉變換（數(shù)學核心）
原始干涉圖是時間域（或光程差域）的信號,，需通過傅立葉變換算法轉(zhuǎn)換為頻率域的光譜圖（即常見的紅外吸收光譜，橫軸為波數(shù) /cm?1,，縱軸為吸光度或透過率）。
傅立葉變換的數(shù)學本質(zhì)是將復雜的干涉信號分解為各頻率分量的疊加,，從而提取出樣品對不同頻率紅外光的吸收強度,。
光譜校正與分析
對變換后的光譜進行基線校正、噪聲濾波等預處理,。
通過與標準光譜庫（如 NIST,、Sadtler 等）對比，或結(jié)合官能團特征吸收頻率,，分析樣品的分子結(jié)構(gòu),、化學鍵類型及雜質(zhì)成分等,。
四、傅立葉變換紅外光譜儀的優(yōu)勢
與傳統(tǒng)色散型紅外光譜儀（如棱鏡或光柵分光）相比,，F(xiàn)TIR 具有以下顯著優(yōu)點：
高分辨率：通過精確控制動鏡移動距離,，可實現(xiàn) 0.1~0.01 cm?1 的分辨率（色散型儀器通常為 1~2 cm?1）。
高靈敏度：干涉儀可同時采集所有頻率的光信號,，信噪比更高,，適合微量樣品分析。
快速掃描：一次掃描即可獲得全波段光譜（約 1 秒內(nèi)完成）,，而色散型儀器需逐點掃描,，耗時較長。
寬光譜范圍：可覆蓋從遠紅外到近紅外的寬波段（通過更換分束器和檢測器實現(xiàn)）,。
五,、典型應(yīng)用場景
化學結(jié)構(gòu)分析：鑒別有機物、聚合物,、無機物的官能團（如醇類的 O-H 峰,、酮類的 C=O 峰）。
質(zhì)量控制與純度檢測：藥品,、高分子材料,、石油產(chǎn)品的雜質(zhì)分析。
環(huán)境監(jiān)測：大氣污染物（如 CO,、NO?）,、水體有機物的定性定量檢測。
動態(tài)過程研究：通過快速掃描追蹤化學反應(yīng)或材料相變的實時光譜變化,。
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