色散型紅外光譜儀的原理及結(jié)構(gòu)

　　色散型紅外光譜儀一般均采用雙光束設(shè)計(jì)。從光源發(fā)出的紅外光被分為等強(qiáng)度的兩束光：一束通過樣品池，一束通過參比池，然后由斬光器交替送入單色器色散，被檢測(cè)器檢測(cè)。

色散型紅外光譜儀的原理

　　色散型紅外光譜儀從光源發(fā)出的紅外輻射，分成二束，一束通過試樣他，另一束通過參比他，然后進(jìn)入單色器。在單色器內(nèi)先通過以一定頻率轉(zhuǎn)動(dòng)的扇形鏡(斬光器)，其作用與其它的雙光束光度計(jì)一樣，是周期地切割二束光，使試樣光束和參比光束交替地進(jìn)入單色器中的色散棱鏡或光柵，Z后進(jìn)人檢測(cè)器。隨著扇形鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，檢測(cè)器就交替地接受這二束光。

　　假定從色散型紅外光譜儀單色器發(fā)出的為某波數(shù)的單色光，而該單色光不被試樣吸收，此時(shí)二束光的強(qiáng)度相等，檢測(cè)器不產(chǎn)生交流信號(hào);改變波數(shù)，若試樣對(duì)該波數(shù)的光產(chǎn)生吸收，則二束光的強(qiáng)度有差異，此時(shí)就在檢測(cè)器上產(chǎn)生一定頻率的交流信號(hào)(其頻率決定于斬光器的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率)。通過交流放大器放大，此信號(hào)即可通過伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)參比光路上的光楔(光學(xué)衰減器)進(jìn)行補(bǔ)償，此時(shí)減弱參比光路的光強(qiáng)，使投射在檢測(cè)器上的光強(qiáng)等于試樣光路的光強(qiáng)。

　　色散型紅外光譜儀試樣對(duì)某一波數(shù)的紅外光吸收越多，光楔也就越多地遮住參比光路以使參比光強(qiáng)同樣程度地減弱，使二束光重新處于平衡。試樣對(duì)各種不同波數(shù)的紅外輻射的吸收有多有少，參比光路上的光楔也相應(yīng)地按比例移動(dòng)以進(jìn)行補(bǔ)償。記錄筆與光楔同步，因而光楔部位的改變相當(dāng)于試樣的透射比，它作為縱坐標(biāo)直接被描繪在記錄紙上。由于單色器內(nèi)棱鏡或光柵的轉(zhuǎn)動(dòng)，使單色光的波數(shù)連續(xù)地發(fā)生改變，并與記錄紙的移動(dòng)同步，這就是橫坐標(biāo)。這樣在記錄紙上就描繪出透射比T對(duì)波數(shù)(或波長(zhǎng))的紅外光譜吸收曲線。

色散型紅外光譜儀的結(jié)構(gòu)

　　色散型紅外光譜儀主要由光源、單色器、檢測(cè)器三部分組成。

　　光源：

　　色散型紅外光譜儀中所用的光源通常是一種惰性固體，用電加熱使之發(fā)射高強(qiáng)度連續(xù)紅外輻射。常用的有能斯特?zé)艉凸杼及魞煞N。

　　能斯特?zé)羰怯裳趸啞⒀趸惡脱趸Q燒結(jié)而成，是一直徑為1～3mm，長(zhǎng)約20～50mm的中空棒或?qū)嵭陌簦瑑啥死@有鉑絲作為導(dǎo)線。在室溫下，它是非導(dǎo)體，但加熱至800℃時(shí)就成為導(dǎo)體并具有負(fù)的電阻特性，因此，在工作之前，要由一輔助加熱器進(jìn)行預(yù)熱。這種色散型紅外光譜儀光源的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)出的光強(qiáng)度高，使用壽命可達(dá)6個(gè)月至一年，但機(jī)械強(qiáng)度差，稍受壓或受阻就會(huì)發(fā)生損壞，經(jīng)常開關(guān)也會(huì)縮短使用壽命。

　　硅碳棒一般為兩端粗中間細(xì)的實(shí)心棒，中間為發(fā)光部分，其直徑約5mm，長(zhǎng)約50mm。碳硅棒在室溫下是導(dǎo)體，并有正的電阻溫度系數(shù)，工作前不需預(yù)熱。和能斯特?zé)舯容^，它的優(yōu)點(diǎn)是堅(jiān)固，壽命長(zhǎng)，發(fā)光面積大;缺點(diǎn)是工作時(shí)電極接觸部分需用水冷卻。

　　單色器：

　　與其他波長(zhǎng)范圍內(nèi)工作的單色器類似，色散型紅外光譜儀單色器也是由一個(gè)或幾個(gè)色散原件(棱鏡或光柵，目前已主要使用光柵)，可變的入射和出射狹縫，以及用于聚焦和反射光束的反射鏡組成。在色散型紅外光譜儀中一般不使用透鏡，以免產(chǎn)生色差。另外，應(yīng)根據(jù)不同的工作波長(zhǎng)區(qū)域選用不同的透光材料來制作棱鏡。

　　檢測(cè)器：

　　色散型紅外光譜儀常用的檢測(cè)器有真空熱電偶、熱釋電檢測(cè)器和汞鎘碲檢測(cè)器。

　　真空熱電偶是色散性紅外光譜儀中Z常見的一種檢測(cè)器。它利用不同導(dǎo)體構(gòu)成回路時(shí)的溫差電現(xiàn)象，將溫差轉(zhuǎn)變?yōu)殡娢徊睢Ｋ砸黄亢诘慕鸩鳛榧t外輻射的接受面。在金箔的一面焊有兩種不同的金屬、合金或半導(dǎo)體作為熱接點(diǎn)，而在冷接點(diǎn)端(通常為室溫)連有金屬導(dǎo)線。此熱電偶封于真空度約為7×10-7Pa的腔內(nèi)。為了接受各種波長(zhǎng)的紅外輻射，在此腔體上對(duì)著涂黑的金箔開一小窗，粘以紅外透光材料，如KBr(至25μm)，CsI(至50μm) ，KRS-5(至45μm)等。當(dāng)紅外輻射通過此窗口射到涂黑的金箔上時(shí)，熱接點(diǎn)溫度升高，產(chǎn)生溫差電勢(shì)，在閉路的情況下，回路即有電流產(chǎn)生。由于它的阻抗很低(一般10Ω左右)，在和前置放大器耦合時(shí)需要用升壓變壓器。