紅外光譜儀工作原理

　　紅外光譜儀是光譜儀一種類型，利用物質(zhì)對不同波長的紅外輻射吸收特性，進(jìn)行結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的儀器。紅外光譜儀通常由光源，單色器，探測器和計算機(jī)處理信息系統(tǒng)組成。

紅外光譜儀簡介

　　紅外光譜儀利用可以吸收不同波長的紅外輻射特性，成為分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成分析儀器的重要成員。紅外光譜儀通常由光源，單色器，探測器和計算機(jī)處理信息系統(tǒng)組成。根據(jù)分光裝置的不同，分為色散型和干涉型。

　　傅立葉變換紅外光譜儀被稱為第三代紅外光譜儀，是基于對干涉后的紅外光進(jìn)行傅里葉變換的原理而開發(fā)的紅外光譜儀，可以對樣品進(jìn)行定性和定量分析，傅立葉紅外光譜儀具有信噪比高，重現(xiàn)性好，掃描速度快等優(yōu)勢，一次完整的數(shù)據(jù)采集需要十分鐘至二十分鐘，該儀器廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥化工、地礦、石油、煤炭、環(huán)保、海關(guān)、寶石鑒定、刑偵鑒定等領(lǐng)域。

　　現(xiàn)代科學(xué)的不斷進(jìn)步，推動紅外光譜儀向更的領(lǐng)域發(fā)展，隨著儀器數(shù)字化程度提升，儀器從內(nèi)部性能、應(yīng)用范圍到外觀設(shè)計每個環(huán)節(jié)都發(fā)生了巨大的變化，從初的人工讀數(shù)逐漸進(jìn)化為智能化儀表盤，方便使用者更快捷、更準(zhǔn)確的完成儀器測量過程。

紅外光譜儀的原理

　　電磁光譜的紅外部分根據(jù)其同可見光譜的關(guān)系，可分為近紅外光、中紅外光和遠(yuǎn)紅外光。 遠(yuǎn)紅外光(大約400-10 cm^-1)同微波毗鄰，能量低，可以用于旋轉(zhuǎn)光譜學(xué)。中紅外光(大約4000-400 cm^-1)可以用來研究基礎(chǔ)震動和相關(guān)的旋轉(zhuǎn)-震動結(jié)構(gòu)。更高能量的近紅外光(14000-4000 cm^-1)可以激發(fā)泛音和諧波震動。

　　紅外光譜儀利用麥克爾遜干涉儀將兩束光程差按一定速度變化的復(fù)色紅外光相互干涉，形成干涉光，再與樣品作用。探測器將得到的干涉信號送入到計算機(jī)進(jìn)行傅立葉變化的數(shù)學(xué)處理，把干涉圖還原成光譜圖。

　　紅外光譜法的工作原理是由于震動能級不同，化學(xué)鍵具有不同的頻率。共振頻率或者振動頻率取決于分子等勢面的形狀、原子質(zhì)量、和Z終的相關(guān)振動耦合。為使分子的振動模式在紅外活躍，必須存在雙極子的改變。具體的，在波恩-奧本海默和諧振子近似中，例如，當(dāng)對應(yīng)于電子基態(tài)的分子哈密頓量能被分子幾何結(jié)構(gòu)的平衡態(tài)附近的諧振子近似時，分子電子能量基態(tài)的勢面決定的固有振蕩模，決定了共振頻率。然而，共振頻率經(jīng)過一次近似后同鍵的強(qiáng)度和鍵兩頭的原子質(zhì)量起來。這樣，振動頻率可以和特定的鍵型起來。簡單的雙原子分子只有一種鍵，那就是伸縮。更復(fù)雜的分子可能會有許多鍵，并且振動可能會共軛出現(xiàn)，導(dǎo)致某種特征頻率的紅外吸收可以和化學(xué)組起來。常在有機(jī)化合物中發(fā)現(xiàn)的CH2組，可以以 “對稱和非對稱伸縮”、“剪刀式擺動”、“左右搖擺”、“上下?lián)u擺”和“扭擺”六種方式振動。

紅外光譜儀的基本結(jié)構(gòu)

　　1、光源

　　紅外光譜儀光源能發(fā)射出穩(wěn)定、高強(qiáng)度、連續(xù)波長的紅外光，通常使用能斯特?zé)?、碳化硅或涂有稀土化合物的鎳鉻旋狀燈絲。

　　2、干涉儀

　　邁克耳孫干涉儀的作用是將復(fù)色光變?yōu)楦缮婀?。中紅外干涉儀中的分束器主要是由溴化鉀材料制成的;近紅外分束器一般以石英和CaF₂為材料;遠(yuǎn)紅外分束器一般由Mylar膜和網(wǎng)格固體材料制成。

　　3、檢測器

　　紅外光譜儀檢測器一般分為熱檢測器和光檢測器兩大類。熱檢測器是把某些熱電材料的晶體放在兩塊金屬板中，當(dāng)光照射到晶體上時，晶體表面電荷分布變化，由此可以測量紅外輻射的功率。熱檢測器有氘代硫酸三甘肽，鉭酸鋰等類型。光檢測器是利用材料受光照射后，由于導(dǎo)電性能的變化而產(chǎn)生信號，Z常用的光檢測器有銻化銦、汞鎘碲等類型。