化工儀器網(wǎng)
資料下載
紅外光譜儀到底是怎么工作的？
閱讀：56 發(fā)布時間：2025-9-17| 提 供 商 | 梁山成行機(jī)械設(shè)備有限公司（德行化工） | 資料大小 | 1.7MB |
|---|---|---|---|
| 資料圖片 | 查看 | 下載次數(shù) | 0次 |
| 資料類型 | JPG 圖片 | 瀏覽次數(shù) | 56次 |
| 免費(fèi)下載 | 點(diǎn)擊下載 |
紅外光譜儀到底是怎么工作的？
在化學(xué)分析、材料檢測、醫(yī)藥研發(fā)等領(lǐng)域，紅外光譜儀就像一臺 “物質(zhì)顯微鏡"，能通過檢測物質(zhì)對紅外光的吸收情況，精準(zhǔn)識別物質(zhì)的成分和結(jié)構(gòu)。很多人好奇，它到底是怎么工作的？其實(shí)原理并不復(fù)雜，核心就是 “紅外光照射→物質(zhì)吸收→記錄信號→分析結(jié)果" 這幾個步驟，下面用大白話一步步拆解。
一、先搞懂基礎(chǔ)：紅外光與分子的 “特殊互動"
要理解紅外光譜儀的工作原理，得先明白一個關(guān)鍵知識點(diǎn)：而紅外光的能量，剛好能與分子的振動、轉(zhuǎn)動能量 “匹配"—— 當(dāng)紅外光照射到物質(zhì)上時，分子會吸收特定頻率的紅外光，然后加快振動或轉(zhuǎn)動；而不匹配的紅外光，則會直接穿過物質(zhì)。
舉個簡單例子：水（H?O）分子的振動頻率和二氧化碳（CO?）分子不同，所以它們吸收的紅外光頻率也不一樣。紅外光譜儀就是通過捕捉這種 “吸收差異"，來判斷物質(zhì)到底是什么。
二、核心工作流程：四步完成物質(zhì)分析
紅外光譜儀的工作過程，就像給物質(zhì)做 “紅外體檢"，主要分為四個核心步驟，每個步驟都有對應(yīng)的儀器部件協(xié)同工作：
第一步：產(chǎn)生紅外光 ——“光源" 提供 “檢測信號源"
儀器的第一步是生成穩(wěn)定的紅外光。常見的紅外光源有 “硅碳棒"“能斯特?zé)? 等，這些光源通電后會發(fā)出連續(xù)波長的紅外光（就像家里的燈泡發(fā)光，但發(fā)出的是肉眼看不見的紅外光）。這種紅外光覆蓋了大部分物質(zhì)分子可能吸收的頻率范圍，為后續(xù)檢測提供 “信號源"。
需要注意的是，光源發(fā)出的紅外光強(qiáng)度要穩(wěn)定，否則會影響后續(xù)檢測的準(zhǔn)確性。所以優(yōu)質(zhì)的紅外光譜儀，會在光源部分加入穩(wěn)流裝置，確保紅外光的強(qiáng)度不會忽強(qiáng)忽弱。
第二步：紅外光 “分家"——“單色器" 篩選特定頻率光
光源發(fā)出的是 “混合紅外光"（包含多種頻率），但檢測時需要逐一測試不同頻率的紅外光是否被物質(zhì)吸收。這時候就需要 “單色器" 來幫忙 —— 它就像一個 “光的過濾器"，能把混合紅外光按頻率（或波長）分開，然后按順序輸出單一頻率的紅外光，依次照射到待檢測的物質(zhì)樣品上。
比如，先輸出頻率為 1000cm?1（紅外光譜常用 “波數(shù)" 表示頻率，波數(shù)越大，頻率越高）的紅外光，再輸出 1001cm?1、1002cm?1…… 直到覆蓋整個檢測范圍。這樣就能逐個測試樣品對不同頻率紅外光的吸收情況。
第三步：樣品吸收與信號捕捉 ——“檢測器" 記錄 “吸收痕跡"
當(dāng)單一頻率的紅外光照射到樣品上時，會出現(xiàn)兩種情況：
若紅外光頻率與樣品分子的振動 / 轉(zhuǎn)動頻率匹配：分子會吸收這部分紅外光，穿過樣品的紅外光強(qiáng)度就會減弱；
若頻率不匹配：紅外光幾乎不被吸收，大部分會穿過樣品。
這時候，“檢測器" 就派上用場了 —— 它能精準(zhǔn)測量穿過樣品后的紅外光強(qiáng)度，并將 “光信號" 轉(zhuǎn)換成 “電信號"（比如電流或電壓）。比如，當(dāng)某一頻率的紅外光被樣品大量吸收時，檢測器測得的光強(qiáng)度低，輸出的電信號也弱；反之，電信號就強(qiáng)。
舉個實(shí)際檢測的例子：檢測乙醇（酒精）樣品時，當(dāng)紅外光頻率達(dá)到 3300cm?1 左右，乙醇分子中的 “O-H 鍵" 會強(qiáng)烈吸收這部分光，檢測器會記錄到一個 “吸收峰"（電信號驟降）；而在其他頻率下，吸收較弱，電信號相對穩(wěn)定。
第四步：數(shù)據(jù)處理與圖譜生成 ——“計算機(jī)系統(tǒng)" 分析出結(jié)果
檢測器輸出的電信號是 “原始數(shù)據(jù)"，需要通過計算機(jī)系統(tǒng)處理。計算機(jī)首先會將電信號與 “空白對照"（即沒有樣品時，紅外光穿過空氣的信號）對比，計算出每個頻率下樣品的 “吸收率"（吸收率 = 1 - 穿過樣品的光強(qiáng)度 / 空白光強(qiáng)度）。
然后，計算機(jī)會把 “頻率" 作為橫坐標(biāo)，“吸收率" 作為縱坐標(biāo)，繪制出一張 “紅外光譜圖"—— 圖上的每個 “吸收峰"，都對應(yīng)樣品分子的特定振動 / 轉(zhuǎn)動模式。最后，系統(tǒng)會將這張光譜圖與數(shù)據(jù)庫中已知物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)光譜圖對比：如果兩者的吸收峰位置、強(qiáng)度高度一致，就說明樣品就是這種物質(zhì)；如果有差異，則可能是未知物質(zhì)或混合物，需要進(jìn)一步分析。
比如檢測某化妝品成分時，若樣品的紅外光譜圖與 “甘油" 的標(biāo)準(zhǔn)光譜圖匹配，就可以確定樣品中含有甘油；若出現(xiàn)額外的吸收峰，則說明可能還添加了其他成分。
三、關(guān)鍵注意點(diǎn)：樣品制備影響檢測 accuracy
要讓紅外光譜儀準(zhǔn)確工作，樣品制備也很重要。不同狀態(tài)的樣品（固體、液體、氣體），制備方法不同：
固體樣品：通常壓成 “溴化鉀（KBr）壓片"（將少量固體樣品與 KBr 混合研磨，再壓成透明薄片），因?yàn)?KBr 對紅外光幾乎不吸收，不會干擾檢測；
液體樣品：用 “液體池" 盛裝，液體池的窗口是用對紅外光透明的材料（如氯化鈉晶體）制成，確保紅外光能順利穿過；
氣體樣品：則需要用 “氣體池"，先將氣體樣品通入池中，再進(jìn)行檢測。
如果樣品制備不當(dāng)（比如固體壓片不透明、液體中有雜質(zhì)），會導(dǎo)致紅外光無法正常穿過，或出現(xiàn)虛假吸收峰，影響檢測結(jié)果。
現(xiàn)在再看紅外光譜儀，是不是覺得它的工作原理很清晰了？其實(shí)它就是通過 “精準(zhǔn)控制紅外光→捕捉分子吸收信號→對比標(biāo)準(zhǔn)圖譜"
