紅外光譜儀的相關(guān)介紹

一、基本原理

• 光譜中吸收峰的位置對應(yīng)化學(xué)鍵的類型

• 峰的強度反映基團含量或振動偶極矩變化；

• 峰的形狀可輔助判斷分子結(jié)構(gòu)（如氫鍵會使峰變寬）。
  通過解析光譜，可確定樣品中含有的官能團、分子結(jié)構(gòu)及成分比例。

二、核心組成部分

1. 光源：提供穩(wěn)定的紅外光，常見類型有：

• 硅碳棒（適用于中紅外區(qū)，4000-400 cm?1）；

• 高壓汞燈（適用于遠(yuǎn)紅外區(qū)，400-10 cm?1）。

2. 單色器 / 干涉儀：

• 傳統(tǒng)色散型儀器使用單色器（棱鏡或光柵），將復(fù)合光分解為單色光；

• 現(xiàn)代傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）采用干涉儀（如邁克爾遜干涉儀），通過干涉圖與光譜的傅里葉變換獲取光譜，速度更快、分辨率更高。

3. 樣品池 / 附件：用于放置樣品，根據(jù)樣品狀態(tài)（氣、液、固）設(shè)計：

• 固體：壓片模具（KBr 壓片）、ATR 衰減全反射附件（無需制樣，直接檢測）；

• 液體：液體池（固定池、可拆池）；

• 氣體：氣體池（帶抽真空裝置）。

4. 檢測器：將紅外光信號轉(zhuǎn)化為電信號，常見有碲鎘汞檢測器（MCT，靈敏度高）、熱釋電檢測器（如 DTGS，適用于常規(guī)檢測）。

5. 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：通過計算機軟件對信號進行傅里葉變換、基線校正、譜圖檢索等分析。

三、主要分類

1. 色散型紅外光譜儀

• 原理：通過棱鏡或光柵將紅外光色散，依次檢測不同波長的光強。

• 特點：結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但掃描速度慢（單一樣品需數(shù)分鐘）、分辨率較低，逐漸被淘汰。

2. 傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）

• 速度快（單次掃描僅需 0.1 秒，可多次累加提高信噪比）；

• 分辨率高（可達(dá) 0.1 cm?1）；

• 能量利用率高（無需分光，適合弱信號檢測），是目前主流機型。

• 原理：利用干涉儀產(chǎn)生干涉圖，經(jīng)傅里葉變換計算得到紅外光譜。

• 特點：

四、主要應(yīng)用領(lǐng)域

1. 化學(xué)與材料分析

• 定性分析：通過特征峰識別有機物官能團（如判斷是否含羥基、羰基）、鑒別化合物（如區(qū)分乙醇與甲醇）；

• 定量分析：利用峰面積與濃度的線性關(guān)系，測定混合物中各組分含量（如油品中水分含量）。

2. 醫(yī)藥與食品

• 藥物成分鑒定（如原料藥純度檢測）、中藥材真?zhèn)舞b別；

• 食品添加劑檢測（如防腐劑）、油脂氧化程度分析。

3. 環(huán)境與化工

• 廢水、廢氣中污染物（如 VOCs）監(jiān)測；

• 高分子材料（塑料、橡膠）的結(jié)構(gòu)表征（如聚合物鏈段振動分析）。

4. 法庭科學(xué)

• 微量物證分析

五、技術(shù)特點

• 優(yōu)勢：

• 非破壞性檢測（多數(shù)樣品可回收）；

• 樣品適用范圍廣（氣、液、固均可）；

• 分析速度快（FTIR 單次檢測僅需幾秒至幾分鐘）；

• 結(jié)合化學(xué)計量學(xué)方法可實現(xiàn)多組分同時分析。

• 局限性：

• 對無紅外活性的分子（如 O?、N?，振動時偶極矩不變）無法檢測；

• 復(fù)雜混合物光譜重疊，需結(jié)合分離技術(shù)（如 GC-IR 聯(lián)用）或化學(xué)計量學(xué)解析。

總結(jié)

紅外光譜儀是分子結(jié)構(gòu)分析的 “指紋" 工具，尤其傅里葉變換技術(shù)的應(yīng)用使其成為現(xiàn)代分析實驗室的核心設(shè)備之一。