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傅里叶红外光谱仪的结构与工作原理

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2024/7/30 16:55:45
  傅里叶红外光谱仪(Fourier Transform Infrared Spectrometer,简写为FTIR Spectrometer),简称傅里叶红外光谱仪,是一种基于干涉调频和傅里叶变换原理进行光谱分析的高精度仪器。其结构与工作原理可以详细阐述如下:
 
  一、结构组成
 
  傅里叶红外光谱仪主要由以下几个核心部分组成:
 
  红外光源:提供宽频谱的红外光。根据测量光谱范围的不同,通常使用的光源包括钨丝灯(近红外)、硅碳棒(中红外)、高压汞灯及氧化钍灯(远红外)等。
 
  光阑:用于控制进入干涉仪的光束宽度和强度,确保测量的准确性和稳定性。
 
  干涉仪:
 
  迈克尔逊干涉仪:是傅里叶红外光谱仪的核心部件,由分束器、动镜和定镜组成。分束器将光源发出的光分为两束,一束经透射到达动镜,另一束经反射到达定镜。两束光在通过样品后形成一定的光程差,再复合产生干涉图案。
 
  干涉仪的作用:使光源发出的光形成干涉,所得到的干涉图函数包含了光源的全部频率和强度信息。
 
  样品室:用于放置待测样品,样品可以是固体、液体或气体。红外光在样品室中与样品相互作用,样品会吸收特定波长的红外光,产生吸收光谱。
 
  检测器:用于测量干涉图的强度,并将其转换为电信号。常用的检测器包括硫酸三甘钛(TGS)、铌酸钡锶、碲镉汞、锑化铟等。
 
  计算机数据处理系统:对检测器输出的电信号进行傅里叶变换处理,将时域信息转换为频域信息,最终得到样品的红外光谱图。
 
  二、工作原理
 
  傅里叶红外光谱仪的工作原理可以概括为以下几个步骤:
 
  光源发出红外光:红外光源发出宽频谱的红外光,通过光阑后进入干涉仪系统。
 
  干涉仪产生干涉光:红外光在干涉仪中被分束器分为两束,分别经过动镜和定镜后形成一定的光程差,再复合产生干涉光。
 
  样品吸收特定波长的红外光:干涉光进入样品室,与待测样品相互作用。样品会吸收特定波长的红外光,产生吸收光谱。
 
  干涉图案的形成:经过样品后的红外光再次通过干涉仪,形成包含样品信息的干涉图案。
 
  干涉图案转换为电信号:干涉图案被检测器接收并转换为电信号。
 
  傅里叶变换处理:计算机数据处理系统对电信号进行傅里叶变换处理,将时域信息转换为频域信息,得到样品的红外光谱图。
 
  数据分析和比对:通过数据分析和比对,可以确定样品中存在的化学物质及其浓度。
 
  三、主要特点
 
  信噪比高:由于干涉仪的增光作用,到达检测器的辐射强度大,信噪比高。
 
  重现性好:傅里叶变换对光的信号进行处理,避免了电机驱动光栅分光时带来的误差,重现性好。
 
  扫描速度快:傅里叶变换红外光谱仪是按照全波段进行数据采集的,完成一次完整的数据采集只需要一至数秒。
 
  分辨率高:可以提供很高的光谱分辨率以及很高的光谱覆盖范围。
 
  傅里叶红外光谱仪凭借其高分辨率、高灵敏度、高波数精度和快速扫描等优点,在化学、生命科学、材料科学、药学、环保、宝石鉴定、刑侦鉴定等多个领域得到了广泛应用。

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