傅里葉變換紅外光譜儀主要�邁克爾遜干涉儀和計算機組成。邁克爾�干涉儀的主要功能是�光源�(fā) 出的光分為兩束后形成一定的光程�,再使之復合以產生干�,所得到的干涉圖函數(shù)包含了光源的全部頻率 和強度信�。用計算機將干涉圖函�(shù)進行傅里葉變�,就可計算出原來光源的強度按頻率的分布� 它克服了色散型光譜儀分辨能力�、光能量輸出小、光譜范圍窄、測量時間長等缺�。它不僅可以測量各種氣體、固�、液體樣品的吸收、反射光譜等,而且可用于短時間化學反應測量。目前,紅外光譜儀在電�、化工、醫(yī)學等領域均有著廣泛的應用�
傅里葉變換紅外(FourierTransformInfrared,F(xiàn)TIR)光譜儀主要由紅外光源、分束器、干涉儀、樣品池、探測器、計算機�(shù)�(jù)處理系統(tǒng)、記錄系�(tǒng)等組成,是干涉型紅外光譜儀的典型代�,不同于色散型紅外儀的工作原理,它沒有單色器和狹�,利用邁克爾遜干涉儀獲得入射光的干涉�,然后通過傅里葉數(shù)學變換,把時間域函數(shù)干涉圖變換為頻率域函�(shù)圖(普通的紅外光譜圖)�
�1)光源:傅里葉變換紅外光譜儀為測定不同范圍的光譜而設置有多個光�。通常用的是鎢絲燈或碘鎢燈(近紅外)、硅碳棒(中紅外�、高壓汞燈及氧化釷燈(遠紅外��
?�?)分束器:分束器是邁克爾遜干涉儀的關鍵元件。其作用是將入射光束分成反射和透射兩部�,然后再使之復合,如果可動鏡使兩束光造成一定的光程�,則復合光束即可造成相長或相消干��
對分束器的要求是:應在波�(shù)v處使入射光束透射和反射各�,此時被調制的光束振幅。根�(jù)使用波段范圍不同,在不同介質材料上加相應的表面涂層,即構成分束器�
?�?)探測器:傅里葉變換紅外光譜儀所用的探測器與色散型紅外分光光度計所用的探測器無本質的區(qū)別。常用的探測器有硫酸三甘鈦(TGS�、鈮酸鋇鍶、碲鎘汞、銻化銦��
�4)數(shù)�(jù)處理系統(tǒng):傅里葉變換紅外光譜儀�(shù)�(jù)處理系統(tǒng)的核心是計算�,功能是控制儀器的操作,收集數(shù)�(jù)和處理數(shù)�(jù)�
按光學系�(tǒng)�
光譜儀按照光學系統(tǒng)的不同可以分為色散型和干涉型,色散型光譜儀根據(jù)分光元件的不�,又可分為棱鏡式和光柵式,干涉型紅外光譜儀即傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)。其中光柵式的優(yōu)點是可以重復光譜響應,機械性能可靠,缺點是效率偏低,對偏振敏感;干涉型光譜儀的優(yōu)點在于可以提供很高的光譜分辨率以及很高的光譜覆蓋范圍,同時其需要高精度的光學組件及機械組件作為支持。干涉型紅外光譜儀憑借其高分辨率、高波數(shù)精度、高靈敏度等�(yōu)�,迅速成為的分析儀器中的研究熱點�
按使用場景分
傅里葉變換紅外光譜儀根據(jù)使用場景不同可分為型與多用途型。型傅里葉變換紅外光譜儀包括了大氣環(huán)境傅里葉紅外光譜儀、太空星載傅里葉光譜儀、化學分析傅里葉紅外光譜儀、車載遙感傅里葉變換紅外光譜儀�;多功能傅里葉變換光譜儀可以實現(xiàn)多種物質的分析,通常用于實驗室對相應樣品進行分析�
傅里葉紅外光譜儀的產生是一次革命性的飛躍。與傳統(tǒng)的分光光譜儀相比,傅里葉紅外光譜儀具有以下�(yōu)勢:
掃描速度�
傅里葉變換紅外光譜儀的掃描速度比色散型儀器快�(shù)百�,而且在任何測量時間內都能獲得輻射源的所有頻率的全部信息,即所謂的“多路傳輸�。掃描速度的快慢主要由動鏡的移動速度決定�,動鏡移動一次即可采集所有信�。這一�(yōu)點使它特別適合與氣相色譜、高壓液相色譜儀器聯(lián)機使用,也可用于快速化學反應過程的跟蹤及化學反應動力學的研究等�。對于穩(wěn)定的樣品,在一次測量中一般采用多次掃�、累加求平均法得到干涉圖,這就改善了信噪比。在相同的總測量時間和相同的分辨率條件下,F(xiàn)TIR的信噪比比色散型的要提高�(shù)十倍以�。這也是快速掃描帶來的�(yōu)��
具有很高的分辨率
分辨率是紅外光譜儀的主要性能指標之一,是指光譜儀對兩個靠得很近的譜線的辨別能力。一般棱鏡式紅外分光光度計的分辨率在1000cm-1處為3cm-1。光柵式儀器在1000cm-1處可�0.2cm-1,而傅里葉變換紅外光譜儀在整個光譜范圍內可達0.1cm-1~0.005cm-1。它的分辨率與儀器的光程差有關,光程差越�,儀器的分辨率越�,即動鏡掃描的距離越�,分辨率越高,但掃描時間也隨之增�。利用其高分辨率的特�,可以研究因振動和轉動吸收帶重疊而導致的氣體混合物的復雜光譜。在一般材料分析中,不需要高分辨�。相應地,F(xiàn)TIR光譜儀均有多檔分辨率供用戶�(jù)實際需要隨用隨��
波數(shù)精度�
波數(shù)是紅外定性分析的關鍵參數(shù),因此儀器的波數(shù)精度非常重要。因為干涉儀的動鏡可以被很精確地驅動,所以干涉圖的變化很準確,同時動鏡的移動距離是由He-Ne激光器的干涉條紋來測量�,從而保證了所測的光程差很準確。而現(xiàn)代He-Ne激光器的頻率穩(wěn)定度和強度穩(wěn)定度都是非常高的,頻率穩(wěn)定度�(yōu)�5*10-10,因此在計算的光譜中有很高的波數(shù)精度和準確度,�??蛇_�0.01cm-1�
極高的靈敏度
色散型紅外分光光度計大部分的光源能量都損失在入口狹縫的刀口上,而傅里葉變換紅外儀沒有狹縫的限�,輻射通量只與干涉儀的平面鏡大小有關,在同樣的分辨率�,其輻射通量比色散型儀器大得多,從而使檢測器接受的信噪比增大,因此具有很高的靈敏度,可�10-9~10-12g。由于此�(yōu)點,使傅里葉變換紅外光譜儀特別適合測量弱信號光�。例如遙測大氣污染物車輛、火箭尾氣及煙道氣等和水污染物例如水面油污染�。此�,在研究催化劑表面的化學吸附也具有很大潛��
光譜范圍�
傅里葉變換紅外儀只要能實�(xiàn)測量儀器的元器件(不同的分束器和光源等)的自動轉換,就可以研究整個近紅外、中紅外和遠紅外10000cm-1~10cm-1的光譜。這對測定無機化合物和金屬有機化合物十分有��
酒制品檢測分�
不同產地的葡萄酒具有不同的質量與風格,市場上葡萄酒以假亂�、以次充好現(xiàn)象頗多,尋找簡單有效地鑒別葡萄酒產區(qū)的方�,有利于葡萄酒市場的健康�(fā)展。向伶俐等人采用�、中紅外光譜的貝葉斯信息融合技術對葡萄酒原產地進行快速識�,建模集準確率為87.11%,檢驗集準確率為90.87%,提高判別的準確�,為葡萄酒原產地�?zhèn)巫R別提供了一種高效低成本的新方法�
此外,利用紅外光譜對白酒年份與香型鑒別也有十分效。因不同香型白酒的成分有所差異,其紅外光譜也不盡相�,可根據(jù)紅外光譜差異鑒別不同年份的白��
蜂蜜檢測分析
我國蜂蜜質量參差不齊,摻假現(xiàn)象也較為嚴重。孫燕等利用中紅外圖譜分析儀結合化學計量軟件建立饒河黑蜂蜂蜜產地真假判別模型判別饒河本地的蜂蜜樣品和其它地區(qū)蜂蜜樣品,準確率�90.3%,為蜂蜜�?zhèn)舞b別提供了一種有效的方法�
谷類檢測分析
近年來,少數(shù)造假者頻頻在陳舊大米中涂抹摻加植物油、礦物油,增加其亮度和光�,冒充優(yōu)質新鮮大米銷�,嚴重危害消費者身心健�。張耀武等利用紅外光譜對涂有和摻有礦物油的大米進行定性鑒�。將分離出含有礦物油的試樣進行紅外光譜測試,未出現(xiàn)1745cm-1脂C=O的伸縮振動吸收和1000~1300cm-1伸縮振動吸收,證明該試樣中含有直鏈烷烴的礦物油。文中指出該方法可用于對大米、餅�、瓜子和食用油中是否摻加工業(yè)礦物油的鑒定�
糧食在高溫高濕條件下極易�(fā)霉變�,不僅造成�(jīng)濟損失還嚴重威脅人畜健康。劉凌平等利用傅里葉變換衰減全反射紅外光譜技術結合化學計量學方法(ART-FTIR�,對稻谷�7種常見有害霉菌進行了快速鑒定,建立的線性判別分析和偏最小二乘判別分析模型對7種不同類別菌株的留一交互驗證整體正確率分別達�87.1%�87.3%,表明ART-FTIR技術技術可用于谷物中霉菌不同屬間的快速鑒別,尤其對不同菌屬的霉菌具有良好的判別效��
果蔬檢測分析
果蔬中農藥殘留快速、高效的檢測技術是當前食品安全控制關注的重大問�。朱春艷用傅里葉紅外光譜技術對敵百蟲和辛硫磷兩種農藥的紅外光譜進行了測量和分析,驗證了FTIR/ATR技術快速檢測蔬菜中有機磷農藥殘留的可行�,測定敵百蟲的的檢測限為0.2×10-6(體積分�(shù)),相關系數(shù)�0.9141,辛硫磷的檢測限�0.02×10-6,相關系�(shù)�0.9036,為果蔬農藥殘留檢測提供了一種方�、快�、準確的方法�
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