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实验室分析仪器--傅里叶变换红外光谱仪工作原理及优点

2022.1.24
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zhaoqisun

致力于为分析测试行业奉献终身

以光栅作为色散元件的红外光谱仪,由于采用了狭缝,能量受到了严格限制,尤其在远红外区能量很弱,它的扫描速率很慢,一次全扫描约需数分钟,使得一些动态研究以及与其他仪器(如色谱)的联用发生了困难,加之它的灵敏度分辨率和准确度也较低,使它在许多方面都不能完全满足需要。随着光学、电子学尤其计算机技术的发展,20世纪70年代出现了新代的红外光谱测量技术和仪器,它就是基于干涉调频分光的 Fourier变换红外光谱仪。这种仪器不用狭缝,因而消除了狭缝对于通过它的光能的限制,可以同时获得光谱所有频率的全部信息。

 

一、傅里叶变换红外光谱仪的工作原理

傅里叶变换红外光谱仪没有色散元件,主要由光源(硅碳棒、高压汞灯)、迈克尔孙(Michel-son)干涉仪、试样插入装置、检测器(DTCS或MCT)计算机和记录仪等部分组成,其工作原理如下图。

图片6.png

 

 

由红外光源R发出的红外辐射,经准直系统准直后(图中未画出)变为一束平行红外光束后进入干涉仪系统,经干涉仪调制后得到一束干涉光。这束干涉光通过试样S后成为带有试样信息的干涉光被检测器D检测。检测器将干涉光信号变为电信号,由电子计算机采集,得到带有试样光谱信息的时域干涉图,即时域谱(time domain),时域谱经过计算机进行傅里叶变换的快速计算,将其转换为以透射比为纵坐标,以波数为横坐标的红外光谱图。

 

二、傅里叶变换红外光谱仪的优点

1、扫描速率快

FTIR仪可在1s左右时间内同时测定所有频率的信息,适用于快速反应过程的追踪,也便于色谱的联用。而色散型红外光谱仪,在任一瞬间只能观测一个很窄的频率范围,一次完整的扫描需要数分钟。

 

2、灵敏度高

FTIR仪所用光学元件少,无狭缝和光栅分光器,反射镜面又大,光通量大,因此到达检测器的辐射强度大,检出限可达10-9~10-12g。

 

3、分辨率高

FTR仪的光谐分辨能力取决于动镜线性移动距离,距离增加,分辨能力提高。通常FTR仪分辨率可达0。1-0。005cm-1,而棱镜型仪器的分辨率很难达到1cm-1,光栅型的红外光谱仪也只有0。2cm-1。目前,动镜位移约为6m,光谱分辨率达0。001cm-1的高分辨率干涉仪已有商品面市。测量平流层气体(如臭氧或卤代烃)或行星大气的旋转细结构,就需要用到这样的仪器。

 

4、测量光谱范围宽(10000~10cm-1),精度高(±0。01cm-1),重现性好(0。1%),可用于整个红外区的光谱研究。

 

除此之外,还有杂散光干扰小,试样不受因红外聚焦而产生的热效应的影响,特别适合研究化学反应机理等。

 

由于傅里叶变换红外光谱仪的突出优点,目前已经逐步取代色散型红外光谱仪。但傅里叶变换红外光谱仪结构复杂,价格较贵。


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