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紅外儀器原理丨紅外透射的基本原理和應(yīng)用
前 言
紅外透射法是紅外光譜最早使用的測試方法,也是最為經(jīng)典的測試方法,。絕大部分的固體,、液體以及氣體都可以采用透射的方式來進行測量。但紅外透射法常常需要依賴相關(guān)附件進行測試,如固體粉末測試需要瑪瑙研缽,、壓片磨具以及壓片機,;液體測試需要液體池;氣體測試則需要氣體池,。
當(dāng)紅外光束照射到樣品表面時,,入射光束會以多種方式與樣品發(fā)生相互作用。 如圖1所示,,一是光在樣品表面發(fā)生反射且不穿過樣品,,稱之為反射光; 二是光進入樣品顆粒內(nèi)部,,被樣品吸收,;三是光在穿過樣品時被樣品改變傳播方向,發(fā)生散射,;四是光照射到樣品上激發(fā)樣品產(chǎn)生熒光,;五是光不與樣品發(fā)生相互作用,直接透過樣品,。

圖一 光照射圖
紅外透射光譜反應(yīng)的是樣品對于紅外光不同波段的透過能力,,獲取紅外透射光譜需要先獲取紅外光原始光譜信息(背景光譜),然后獲取透過樣品紅外光的光譜信息,,將后者與前者相除,,即可得到紅外透射光譜(如圖2),透射光譜縱坐標(biāo)透射率T一般是用百分比(%)來表示,,代表出射光強度和入射光強度之比,。

圖二 透射光譜計算
在使用透射附件時,我們除了測試透過光譜外,,還常常會測試吸收光譜,,其縱坐標(biāo)為吸光度A,吸光度滿足朗伯-比爾定律A=εbc, ε為摩爾吸光系數(shù),它與吸收物質(zhì)的性質(zhì)及入射光的波長λ有關(guān); b為吸收層厚度,; c為吸光物質(zhì)的濃度,。 透過率和吸光度的關(guān)系為A=-lg(T) 。
1,、常規(guī)透射附件(如圖3)
該附件常用于固體粉末測試,,一般將樣品和溴化鉀粉末一起研磨,然后用壓片機將樣品壓成透明的固體片,,然后進行測試,。采用透射附件測試需要用到研缽,、烘干機,、模具和壓片機以及光譜純溴化鉀,還需要采用合適濃度的樣品(一般溴化鉀與樣品比例為100:1),并且要求壓片透明,,制樣所需的時間長,,因此現(xiàn)在常規(guī)的測試往往采用ATR附件(見《紅外ATR的基本原理和應(yīng)用》,后續(xù)發(fā)布)進行測試,。對于需要測試絕對透過率的樣品(如硅片,、鍺片等),則需要用到平行光進行測試,。

圖三 固體透射支架
2,、液體透射附件(如圖4)
液體樣品的透射測試一般需要使用液膜法或液體池進行。對于不同濃度的液體樣品,,需要選擇不同類型的液體池,,包括窗片和光程的選擇。如圖4分別為固定10微米光程硒化鋅窗片的液體池和10厘米四氯化鍺窗片的液體池,。此外,,還有可調(diào)節(jié)光程的液體池,可根據(jù)實際使用需求設(shè)定光程,。


圖四 液體池
3,、氣體透射附件(如圖5)
對于氣體樣品,需要用到氣體池進行測試,。根據(jù)氣體的濃度,,需要用到不同光程的氣體池。如高濃度氣體(百分比含量)可選擇直通式短光程氣體池,,低含量氣體(ppm)可采用多次反射長光程氣體池,。


圖五 氣體池
1、透過率測試,。如汽車玻璃,、眼鏡、太陽鏡,、防曬保護膜,、手機電視顯示屏、塑料包裝等相關(guān)材料的透過率測定,。
2,、油品分析。對汽柴油,、潤滑油中水,、抗磨組分、氧化值,、硝化值,、磺化值以及煙炱等物種的監(jiān)測,,判斷油品質(zhì)量好壞。
3,、氣體分析,。焚燒廠、鋼鐵廠以及大氣環(huán)境中的一氧化碳,、一氧化氮,、二氧化氮、二氧化硫等相關(guān)氣體監(jiān)測,。
結(jié) 語
通過上述介紹,,相信您已經(jīng)知道紅外透射的基本原理和基本的應(yīng)用了。學(xué)海無涯,,在學(xué)習(xí)和使用紅外過程中我們會遇到各種各樣的問題,,也有各種各樣的疑惑。讓我們一起學(xué)習(xí),、一起討論,、一起進步。
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