傅里葉紅外光譜儀(Fourier Transform Infrared Spectrometer,簡寫為FTIR Spectrometer),簡稱傅里葉紅外光譜儀,是一種基于干涉調頻和傅里葉變換原理進行光譜分析的高精度儀器。其結構與工作原理可以詳細闡述如下:
一、結構組成
傅里葉紅外光譜儀主要由以下幾個核心部分組成:
紅外光源:提供寬頻譜的紅外光。根據測量光譜范圍的不同,通常使用的光源包括鎢絲燈(近紅外)、硅碳棒(中紅外)、高壓汞燈及氧化釷燈(遠紅外)等。
光闌:用于控制進入干涉儀的光束寬度和強度,確保測量的準確性和穩定性。
干涉儀:
邁克爾遜干涉儀:是傅里葉紅外光譜儀的核心部件,由分束器、動鏡和定鏡組成。分束器將光源發出的光分為兩束,一束經透射到達動鏡,另一束經反射到達定鏡。兩束光在通過樣品后形成一定的光程差,再復合產生干涉圖案。
干涉儀的作用:使光源發出的光形成干涉,所得到的干涉圖函數包含了光源的全部頻率和強度信息。
樣品室:用于放置待測樣品,樣品可以是固體、液體或氣體。紅外光在樣品室中與樣品相互作用,樣品會吸收特定波長的紅外光,產生吸收光譜。
檢測器:用于測量干涉圖的強度,并將其轉換為電信號。常用的檢測器包括硫酸三甘鈦(TGS)、鈮酸鋇鍶、碲鎘汞、銻化銦等。
計算機數據處理系統:對檢測器輸出的電信號進行傅里葉變換處理,將時域信息轉換為頻域信息,最終得到樣品的紅外光譜圖。
二、工作原理
傅里葉紅外光譜儀的工作原理可以概括為以下幾個步驟:
光源發出紅外光:紅外光源發出寬頻譜的紅外光,通過光闌后進入干涉儀系統。
干涉儀產生干涉光:紅外光在干涉儀中被分束器分為兩束,分別經過動鏡和定鏡后形成一定的光程差,再復合產生干涉光。
樣品吸收特定波長的紅外光:干涉光進入樣品室,與待測樣品相互作用。樣品會吸收特定波長的紅外光,產生吸收光譜。
干涉圖案的形成:經過樣品后的紅外光再次通過干涉儀,形成包含樣品信息的干涉圖案。
干涉圖案轉換為電信號:干涉圖案被檢測器接收并轉換為電信號。
傅里葉變換處理:計算機數據處理系統對電信號進行傅里葉變換處理,將時域信息轉換為頻域信息,得到樣品的紅外光譜圖。
數據分析和比對:通過數據分析和比對,可以確定樣品中存在的化學物質及其濃度。
三、主要特點
信噪比高:由于干涉儀的增光作用,到達檢測器的輻射強度大,信噪比高。
重現性好:傅里葉變換對光的信號進行處理,避免了電機驅動光柵分光時帶來的誤差,重現性好。
掃描速度快:傅里葉變換紅外光譜儀是按照全波段進行數據采集的,完成一次完整的數據采集只需要一至數秒。
分辨率高:可以提供很高的光譜分辨率以及很高的光譜覆蓋范圍。
傅里葉紅外光譜儀憑借其高分辨率、高靈敏度、高波數精度和快速掃描等優點,在化學、生命科學、材料科學、藥學、環保、寶石鑒定、刑偵鑒定等多個領域得到了廣泛應用。
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