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傅立叶红外光谱仪:原理、结构与应用详解

时间:2024-10-28      阅读:103

  傅立叶红外光谱仪,又称为傅立叶变换红外光谱仪(Fourier Transform Infrared Spectrometer,简写为FTIR Spectrometer),是一种基于干涉原理的红外光谱仪。它通过测量样品对红外光的吸收来确定样品的组成和结构,被广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定、刑侦鉴定等多个领域。
 
  一、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。
 
  二、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。
 
  三、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。
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