1、 J JI IA AN NG GX XI I N NO OR RM MA AL L U UN NI IV VE ER RS SI IT TY Y 20092009 屆本科生畢業(yè)論文屆本科生畢業(yè)論文 課題名稱課題名稱: :傅立葉變換紅外光譜儀的基本原傅立葉變換紅外光譜儀的基本原 理及其應(yīng)用理及其應(yīng)用 Basic principles and application of Fourier transform infrared spectrometer 姓姓 名名 高立峰高立峰 學(xué)學(xué) 院院 理電學(xué)院理電學(xué)院 專專 業(yè)業(yè) 物理學(xué)（師范）物理學(xué)（師范） 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 完完 成成 時(shí)時(shí) 間間 2009.4

2、聲 明 本人鄭重聲明： 所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取 得的研究成果。其中除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰 寫并以某種方式公開過(guò)的研究成果，也不包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證 書而作的材料。其他同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在文中作了明確的說(shuō)明 并表示謝意。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果是本人在江西師范大學(xué)讀書期間在指導(dǎo)教師指導(dǎo) 下取得的，成果歸江西師范大學(xué)所有。 特此聲明。 聲明人（畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者）學(xué)號(hào)： 聲明人（畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者）簽名： 摘要 紅外光譜儀是鑒別物質(zhì)和分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)的有效手段，其中傅立葉變換紅外 光譜儀（FT-IR）是七

3、十年代發(fā)展起來(lái)的第三代紅外光譜儀的典型代表。它是根 據(jù)光的相干性原理設(shè)計(jì)的，是一種干涉型光譜儀，具有優(yōu)良的特性，完善的功 能，并且應(yīng)用范圍極其廣泛，同樣也有著廣泛的發(fā)展前景。本文就傅立葉變換 紅外光譜儀的基本原理作扼要的介紹，總結(jié)了傅立葉變換紅外光譜法的主要特 點(diǎn)，綜述了其在各個(gè)方面的應(yīng)用，并對(duì)傅立葉變換紅外光譜儀的發(fā)展方向提出 了一些基本觀點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：傅立葉變換紅外光譜儀；基本原理；應(yīng)用；發(fā)展 Abstract Infrared spectroscopy is an effective method to identify substance and analyze the structu

4、res of molecular. Fourier transform infrared (FT-IR) spectrometers developed in the seventies are a typical representative of the third generation of infrared spectroscopy. They are a kind of interference-type spectrometers which were designed based on the principle of coherent light, with excellent

5、 features and perfect functions. And they havent only been used widely but also have extensive prospects. In this paper, the basic principles of Fourier transform infrared spectrometer are described briefly. The main features of FT-IR were summed up as well as its application in various fields, and

6、some basic opinions of developmental direction as far as FT-IR were put forward. KeyKey wordswords: Fourier transform infrared spectrometer； Basic principles； Application； Development 目目 錄錄 摘要.I ABSTRACT.II 1 傅里葉紅外光譜儀的發(fā)展歷史.1 2 基本原理.4 2.1 光學(xué)系統(tǒng)及工作原理 .4 2.2 傅立葉變換紅外光譜測(cè)定 .6 2.3 傅立葉變換紅外光譜儀的主要特點(diǎn) .7 3 樣品處理.

7、8 3.1 氣體樣品 .8 3.2 液體和溶液樣品 .8 3.3 固體樣品 .8 4 傅立葉變換紅外光譜儀的應(yīng)用.9 4.1 在臨床醫(yī)學(xué)和藥學(xué)方面的應(yīng)用.9 4.2 在化學(xué)、化工方面的應(yīng)用 .10 4.3 在環(huán)境分析中的應(yīng)用 .11 4.4 在半導(dǎo)體和超導(dǎo)材料等方面的應(yīng)用.11 5 全文總結(jié).12 參考文獻(xiàn).13 1 傅立葉紅外光譜儀的發(fā)展歷史 到目前為止紅外光譜儀已發(fā)展了三代。第一代是最早使用的棱鏡式色散型 紅外光譜儀, 用棱鏡作為分光元件，分辨率較低，對(duì)溫度、濕度敏感, 對(duì)環(huán)境 要求苛刻。60 年代出現(xiàn)了第二代光柵型色散式紅外光譜儀, 由于采用先進(jìn)的光 柵刻制和復(fù)制技術(shù), 提高了儀器的分辨

8、率, 拓寬了測(cè)量波段, 降低了環(huán)境要求。 70 年代發(fā)展起來(lái)的干涉型紅外光譜儀, 是紅外光譜儀的第三代的典型代表（見 圖 1）, 具有寬的測(cè)量范圍、高測(cè)量精度、極高的分辨率以及極快的測(cè)量速度。 傅立葉變換紅外光譜儀是干涉型紅外光譜儀器的代表, 具有優(yōu)良的特性, 完善 的功能。 圖 1 傅立葉變換紅外光譜儀實(shí)物圖 近年來(lái)各國(guó)廠家對(duì)其光源、干涉儀、檢測(cè)器及數(shù)據(jù)處理等各系統(tǒng)進(jìn)行了大 量的研究和改進(jìn), 使之日趨完善。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)在儀器中的廣 泛使用, 使得紅外光譜儀的調(diào)整、控制、測(cè)試及結(jié)果的分析大部分由計(jì)算機(jī)完 成, 如顯微紅外光譜中的圖像技術(shù)。各公司的顯微紅外光譜儀均能對(duì)樣品的某 一區(qū)

9、域進(jìn)行面掃描, 得到該區(qū)域的化學(xué)成分的分布圖, 如 Continuum (Nicolet) 、EquinoxTM55 (Bruker) 、Spectrum2000 ( Perkin El2mer) 和 Stingray lmaging (Bio-Rad) 等顯微鏡都有此功能。 隨著儀器精密度的提高, 紅外光譜儀在分辨率和掃描速度等方面達(dá)到了很 高的指標(biāo)。如 BrukerIFSl20H 最佳分辨率為 cm- 1 , Bomen 公司的 DA 系列可達(dá) cm- 1。而掃描速度 Bruker 可達(dá) 117 張譜圖/ s, 利用步進(jìn)掃描技術(shù)可達(dá) 250 皮 納秒的時(shí)間分辨率。Nicolet8700 掃

10、描速度為 105 次/ s,步進(jìn)掃描時(shí)間分辨率為 10ns?，F(xiàn)有的傅立葉變換紅外光譜儀已不僅限于中紅外(MIR) 的使用, 分束器 的使用可將光譜范圍可覆蓋紫外到遠(yuǎn)紅外的區(qū)段。如 Bruker 為 500004cm- 1, Bomen 為 500005cm- 1, Nicolet 為 2500020cm- 1。這些很高的技術(shù)指標(biāo)、 標(biāo)志材料、光路設(shè)計(jì)、加工技術(shù)和軟件都達(dá)到了很高的水平1。 但是,通常的透射紅外光譜,即使是傅里葉變換透射紅外光譜,都存在如下不 足: 固體壓片或液膜法制樣麻煩,光程很難控制一致,給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差。 另外,無(wú)論是添加紅外惰性物質(zhì)或是壓制自支撐片,都會(huì)給粉末狀態(tài)的樣品

11、造成 形態(tài)變化或表面污染,使其在一定程度上失去其“本來(lái)面目” 大多數(shù)物質(zhì)都 有獨(dú)特的紅外吸收,多組分共存時(shí),普遍存在譜峰重疊現(xiàn)象。透射樣品池?zé)o法 解決催化氣相反應(yīng)中反應(yīng)物的“短路”問(wèn)題,使得催化劑表面的吸附物種濃度較 低,影響檢測(cè)的靈敏度。 不能用于原位(在線) 研究,只能在少數(shù)研究中應(yīng)用。 因此,漫反射傅里葉變換紅外光譜技術(shù)和衰減全反射傅里葉變換紅外光譜技 術(shù)應(yīng)運(yùn)而生2。漫反射技術(shù)是一種對(duì)固體粉末樣品進(jìn)行直接測(cè)量的光譜方法。 雖然早在 20 世紀(jì) 60 年代就已發(fā)展成為光譜學(xué)中的一個(gè)分支,但與紅外光譜結(jié) 合,是在傅里葉變換紅外光譜出現(xiàn)后,漫反射傅立葉變換紅外光譜技術(shù)才進(jìn)入實(shí) 用階段。與透射傅

12、立葉變換紅外光譜技術(shù)相比,漫反射傅里葉變換紅外光譜法具 有如下優(yōu)點(diǎn):不需要制樣、不改變樣品的形狀、不會(huì)污染樣品, 不要求樣品有足 夠的透明度或表面光潔度,也不需要破壞樣品,不會(huì)對(duì)樣品的外觀及性能造成任 何損壞,可直接將樣品放在樣品支架上進(jìn)行測(cè)定,可以同時(shí)測(cè)定多種組分,這些特 點(diǎn)很適合對(duì)樣品的無(wú)損檢測(cè),如對(duì)珠寶、鉆石、紙幣、郵票的真?zhèn)芜M(jìn)行鑒定,對(duì) 樣品無(wú)任何不良作用。 20 世紀(jì) 90 年代初,衰減全反射(ATR ) 技術(shù)開始應(yīng)用到紅外顯微鏡上, 誕 生了全反射傅里葉變換紅外(ATR-FTIR ) 光譜儀。近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和 多媒體圖視功能的運(yùn)用,實(shí)現(xiàn)了非均勻樣品和不平整樣品表面的微區(qū)無(wú)損

13、測(cè)量, 可以獲得官能團(tuán)和化合物在微區(qū)空間分布的紅外光譜圖像。衰減全反射不需要 通過(guò)透過(guò)樣品的信號(hào),而是通過(guò)樣品表面的反射信號(hào)獲得樣品表層有機(jī)成分的結(jié) 構(gòu)信息,因此,衰減全反射具有如下特點(diǎn): 1) 不破壞樣品,不需要象透射紅外光譜那樣要將樣品進(jìn)行分離和制樣。對(duì) 樣品的大小,形狀沒有特殊要求,屬于樣品表面無(wú)損測(cè)量。 2) 可測(cè)量含水和潮濕的樣品。 3) 檢測(cè)靈敏度高,測(cè)量區(qū)域小,檢測(cè)點(diǎn)可為數(shù)微米。 4) 能得到測(cè)量位置處物質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)信息、某化合物或官能團(tuán)空間分布的 紅外光譜圖像及微區(qū)的可見顯微圖象。 5) 能進(jìn)行紅外光譜數(shù)據(jù)庫(kù)檢索以及化學(xué)官能團(tuán)輔助分析,確定物資和種類 和性質(zhì)。 6) 操作簡(jiǎn)便,

14、自動(dòng)化,用計(jì)算機(jī)進(jìn)行選點(diǎn)、定位、聚集、測(cè)量。 由于衰減全反射的上述特點(diǎn),極大地?cái)U(kuò)大了紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用范圍,使許 多采用透射紅外光譜技術(shù)無(wú)法制樣,或者樣品制做過(guò)程十分復(fù)雜、難度大、而效 果又不理想的實(shí)驗(yàn)成為可能,采用衰減全反射附件和實(shí)驗(yàn)方法,可以獲得常規(guī)的 透射紅外光譜技術(shù)所不能得到的檢測(cè)效果。 傅立葉變換紅外光譜儀與其他儀器的聯(lián)用技術(shù)是近代研究發(fā)展的重要方向。 在現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)中, 用于復(fù)雜試樣的微量或痕量組分的分離分析的多功能 紅外聯(lián)機(jī)檢測(cè)技術(shù)代表了新的發(fā)展方向。傅立葉變換紅外光譜儀與色譜聯(lián)用可 以進(jìn)行多組分樣品的分離和定性, 與顯微鏡聯(lián)用可進(jìn)行微量樣品的分析鑒定, 與熱失重聯(lián)用可進(jìn)行材

15、料的熱穩(wěn)定性研究, 與拉曼光譜聯(lián)用可得到紅外光譜弱 吸收的信息。實(shí)踐證明, 紅外光譜聯(lián)用技術(shù)是一種十分有效的實(shí)用技術(shù), 現(xiàn)已 實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)的有氣相色譜-紅外、高效液相色譜-紅外、超臨界流體色譜-紅外、薄 層色譜-紅外、熱失重-紅外、顯微鏡-紅外及氣相色譜-紅外-質(zhì)譜等, 這將進(jìn)一 步提高分析儀器的分離分析能力。 隨著傅立葉變換紅外光譜技術(shù)的發(fā)展, 遠(yuǎn)紅外、近紅外、偏振紅外、高壓 紅外、紅外光聲光譜、紅外遙感技術(shù)、變溫紅外、拉曼光譜、色散光譜等技術(shù) 也相繼出現(xiàn), 這些技術(shù)的出現(xiàn)使紅外成為物質(zhì)結(jié)構(gòu)和鑒定分析的有效方法。 近年來(lái), 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展, 紅外光譜定性分析實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)檢索和 輔助光譜解析

16、。概括地說(shuō), 就是首先將相當(dāng)數(shù)量化合物的紅外光譜圖,按照一定 規(guī)則進(jìn)行編碼后, 存放在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備中形成譜庫(kù), 然后, 對(duì)待分析樣品 的紅外光譜圖也進(jìn)行同樣的編碼, 再以某種計(jì)算方法與譜庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)逐個(gè) 進(jìn)行比較, 挑選出類似的數(shù)據(jù),最后按類似的程度輸出挑選結(jié)果, 從而達(dá)到光譜 檢索目的。而這也大大減少了光譜解析的工作量。 2 基本原理 紅外線和可見光一樣都是電磁波，而紅外線是波長(zhǎng)介于可見光和微波之間 的一段電磁波。紅外光又可依據(jù)波長(zhǎng)范圍分成近紅外、中紅外和遠(yuǎn)紅外三個(gè)波 區(qū)，其中中紅外區(qū)（2.525m；4000400cm-1）能很好地反映分子內(nèi)部所進(jìn) 行的各種物理過(guò)程以及分子結(jié)構(gòu)方面的特

17、征，對(duì)解決分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成中的 各種問(wèn)題最為有效，因而中紅外區(qū)是紅外光譜中應(yīng)用最廣的區(qū)域，一般所說(shuō)的 紅外光譜大都是指這一范圍。 紅外光譜屬于吸收光譜，是由于化合物分子振動(dòng)時(shí)吸收特定波長(zhǎng)的紅外光 而產(chǎn)生的，化學(xué)鍵振動(dòng)所吸收的紅外光的波長(zhǎng)取決于化學(xué)鍵動(dòng)力常數(shù)和連接在 兩端的原子折合質(zhì)量，也就是取決于的結(jié)構(gòu)特征。這就是紅外光譜測(cè)定化合物 結(jié)構(gòu)的理論依據(jù)。 紅外光譜作為“分子的指紋”廣泛的用于分子結(jié)構(gòu)和物質(zhì)化學(xué)組成的研究。 根據(jù)分子對(duì)紅外光吸收后得到譜帶頻率的位置、強(qiáng)度、形狀以及吸收譜帶和溫 度、聚集狀態(tài)等的關(guān)系便可以確定分子的空間構(gòu)型，求出化學(xué)建的力常數(shù)、鍵 長(zhǎng)和鍵角。從光譜分析的角度看主要是利

18、用特征吸收譜帶的頻率推斷分子中存 在某一基團(tuán)或鍵，由特征吸收譜帶頻率的變化推測(cè)臨近的基團(tuán)或鍵，進(jìn)而確定 分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也可由特征吸收譜帶強(qiáng)度的改變對(duì)混合物及化合物進(jìn)行 定量分析。而鑒于紅外光譜的應(yīng)用廣泛性,繪出紅外光譜的紅外光譜儀也成了科 學(xué)家們的重點(diǎn)研究對(duì)象. 傅立葉變換紅外（FT-IR）光譜儀是根據(jù)光的相干性原理設(shè)計(jì)的，因此是一 種干涉型光譜儀，它主要由光源（硅碳棒，高壓汞燈） ，干涉儀，檢測(cè)器，計(jì)算 機(jī)和記錄系統(tǒng)組成，大多數(shù)傅立葉變換紅外光譜儀使用了邁克爾遜 （Michelson）干涉儀，因此實(shí)驗(yàn)測(cè)量的原始光譜圖是光源的干涉圖，然后通過(guò) 計(jì)算機(jī)對(duì)干涉圖進(jìn)行快速傅立葉變換計(jì)算，從而得

19、到以波長(zhǎng)或波數(shù)為函數(shù)的光 譜圖，因此，譜圖稱為傅立葉變換紅外光譜，儀器稱為傅立葉變換紅外光譜儀。 2.1 光學(xué)系統(tǒng)及工作原理 圖 2 是傅立葉變換紅外光譜儀的典型光路系統(tǒng)，來(lái)自紅外光源的輻射，經(jīng) 過(guò)凹面反射鏡使成平行光后進(jìn)入邁克爾遜干涉儀，離開干涉儀的脈動(dòng)光束投射 到一擺動(dòng)的反射鏡 B，使光束交替通過(guò)樣品池或參比池，再經(jīng)擺動(dòng)反射鏡 C（與 B 同步） ，使光束聚焦到檢測(cè)器上。 光源 干涉儀 移動(dòng)鏡 B 擺動(dòng)鏡 A 準(zhǔn)直燈 圖 2 傅立葉變換紅外光譜儀的典型光路系統(tǒng) 傅立葉變換紅外光譜儀無(wú)色散元件，沒有夾縫，故來(lái)自光源的光有足夠的 能量經(jīng)過(guò)干涉后照射到樣品上然后到達(dá)檢測(cè)器，傅立葉變換紅外光譜儀測(cè)

20、量部 分的主要核心部件是干涉儀，圖 3 是單束光照射邁克爾遜干涉儀時(shí)的工作原理 圖，干涉儀是由固定不動(dòng)的反射鏡 M1（定鏡） ，可移動(dòng)的反射鏡 M2（動(dòng)鏡）及 分光束器 B 組成，M1和 M2是互相垂直的平面反射鏡。B 以 45角置于 M1和 M2 之間，B 能將來(lái)自光源的光束分成相等的兩部分，一半光束經(jīng) B 后被反射，另 一半光束則透射通過(guò) B。在邁克爾遜干涉儀中，當(dāng)來(lái)自光源的入射光經(jīng)光分束 器分成兩束光，經(jīng)過(guò)兩反射鏡反射后又匯聚在一起，再投射到檢測(cè)器上，由于 動(dòng)鏡的移動(dòng)，使兩束光產(chǎn)生了光程差，當(dāng)光程差為半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)，發(fā)生相 長(zhǎng)干涉，產(chǎn)生明線；為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，發(fā)生相消干涉，產(chǎn)生暗線，

21、若光程 差既不是半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍，也不是奇數(shù)倍時(shí)，則相干光強(qiáng)度介于前兩種情況之 間，當(dāng)動(dòng)鏡聯(lián)系移動(dòng)，在檢測(cè)器上記錄的信號(hào)余弦變化，每移動(dòng)四分之一波長(zhǎng) 參比 擺動(dòng)鏡 C 樣品 固定反射鏡 M1 MCT 或 DTGS 檢測(cè) 器 的距離，信號(hào)則從明到暗周期性的改變一次， （圖 3） 。 圖 3 單束光照射邁克爾遜干涉儀時(shí)的工作原理圖 2.2 傅立葉變換紅外光譜測(cè)定 在傅立葉變換紅外光譜測(cè)量中，主要由兩步完成:第一步,測(cè)量紅外干涉圖, 該圖是一種時(shí)域譜,它是一種極其復(fù)雜的譜,難以解釋；第二步,通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)該 干涉圖進(jìn)行快速傅立葉變換計(jì)算,從而得到以波長(zhǎng)或波數(shù)為函數(shù)的頻域譜,即紅 外光譜圖，例圖 4。 a

22、 2a 1 光源波長(zhǎng) 移動(dòng)反射鏡 M2 位移 cm /4 光源 S 光分束器 B 檢測(cè)器 D 0 + 光程差 cm 固定反射鏡 M1 圖 4 紅外光譜圖 此圖為 Octane（辛烷）紅外光譜圖 縱坐標(biāo)為透過(guò)率，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng) （ m ）或波數(shù)（cm-1） 2.3 傅立葉變換紅外光譜儀的主要特點(diǎn) (1)多路優(yōu)點(diǎn)。夾縫的廢除大大提高了光能利用率。樣品置于全部輻射波長(zhǎng) 下，因此全波長(zhǎng)范圍下的吸收必然改進(jìn)信噪比，使測(cè)量靈敏度和準(zhǔn)確度大大提 高。 (2)分辨率提高。分辨率決定于動(dòng)鏡的線性移動(dòng)距離，距離增加，分辨率提 高.一般可達(dá) 0.5cm-1,高的可達(dá) 10-2cm. (3)波數(shù)準(zhǔn)確度高，由于引入激光參

23、比干涉儀，用激光干涉條紋準(zhǔn)確測(cè)定光 程差，從而使波數(shù)更為準(zhǔn)確。 (4)測(cè)定的光譜范圍寬，可達(dá) 10104cm-1. (5)掃描速度極快，在不到 1s 時(shí)間里可獲得圖譜，比色散型儀器高幾百倍。 3 樣品處理 以下就按樣品的物理狀態(tài)來(lái)來(lái)進(jìn)行逐一簡(jiǎn)略分析。 3.1 氣體樣品 對(duì)氣體樣品，可將它直接充入已抽成真空的樣品池內(nèi)，常用樣品池長(zhǎng)度約 在 10cm 以上，對(duì)衡量分析來(lái)說(shuō)，采用多次反射使光程折疊，從而使光束通過(guò)樣 品池全長(zhǎng)的次數(shù)達(dá)數(shù)十次。 3.2 液體和溶液樣品 純液體樣品可直接滴入兩窗片之間形成薄膜后形成測(cè)定，可以消除由于加 入溶劑而引起的干擾，但會(huì)呈現(xiàn)強(qiáng)烈的分子間氫鍵及締和效應(yīng)。 對(duì)于溶液，必

24、須注意兩點(diǎn)： 制成池窗及樣品池的材料必須與所測(cè)量的光譜范圍相匹配。 應(yīng)正確選擇溶劑，對(duì)溶劑的要求是：對(duì)樣品有良好的溶解度；溶劑的紅外 吸收不干擾測(cè)定，溶劑選擇取決于所研究的光譜區(qū)。CCl4(測(cè)定范圍 40001300cm-1)和 CS2（測(cè)定范圍 1300650 cm-1） ，若樣品不溶于二者，則 可 CHCl3或 CH2Cl2等，水不做溶劑，因?yàn)樗旧碛形?，且?huì)侵蝕池窗，因此 樣品必須干燥。配成的溶液一般較稀，約 10，這有利于測(cè)定。 3.3 固體樣品 固體樣品可以采用溶液法、研糊法和壓片法。 溶液法就是將樣品在合適溶劑中配成濃度約為 5的溶液后測(cè)量。 研糊法即將研細(xì)的樣品與蠟油調(diào)成均勻的

25、糊狀物后，涂于窗片上進(jìn)行測(cè)量。 此法方便，但不能獲得滿意的定量結(jié)果。 壓片法是將約 1mg 樣品與 100mg 干燥的溴化鉀粉末研磨均勻，再在壓片機(jī) 上壓成幾乎呈透明狀的圓片后測(cè)量，這種處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：干擾小，容易控 制樣品濃度，定量結(jié)果準(zhǔn)確，而且容易保存樣品。 為了成功地測(cè)試固體樣品，必須注意以下兩點(diǎn)： 仔細(xì)研磨樣品，使粉末顆粒足夠小。試樣顆粒必須均勻分散，且沒有水分 存在3。 4 傅立葉變換紅外光譜儀的應(yīng)用 以下是分別介紹傅立葉變換紅外光譜儀在各個(gè)方面的應(yīng)用。 4.1 在臨床醫(yī)學(xué)和藥學(xué)方面的應(yīng)用4 鑒于每個(gè)化合物都有自己獨(dú)特的紅外光譜, 除特殊情況外, 目前尚未發(fā)現(xiàn) 兩種不同的化合物具有

26、相同的紅外光譜, 所以紅外光譜為藥品質(zhì)量的監(jiān)測(cè)提供 了快速準(zhǔn)確的方法。如藥材天麻、阿膠, 西藥紅霉素、環(huán)磷酰胺的監(jiān)測(cè)和抗肝 炎藥聯(lián)笨雙酯同質(zhì)異晶體的研究。 傅立葉變換紅外光譜儀在臨床疾病檢測(cè)方面也有廣泛的應(yīng)用, 如利用紅外 光譜法對(duì)冠心病、動(dòng)脈硬化、糖尿病、癌癥的檢測(cè)。紅外光譜法測(cè)定蛋白質(zhì)基 體中的葡萄糖含量。以及用 FT-Raman 光譜在 7001900cm- 1處的差異, 對(duì)胃、 牙齒、血管、肝等人體組織的研究可用于體內(nèi)診斷。 惡性腫瘤是一種嚴(yán)重危害人類身心健康并消耗大量醫(yī)療衛(wèi)生資源的疾病, 由于目前缺乏有效的對(duì)晚期癌癥的治療手段, 腫瘤的早期診斷對(duì)延長(zhǎng)患者的生 存時(shí)間和提高生活質(zhì)量具有

27、重要的意義。傅里葉變換紅外光譜可以提供有關(guān)分 子結(jié)構(gòu)和變化的多種信息, 能在分子水平對(duì)細(xì)胞組織的改變做出反映, 是行之 有效的腫瘤早期檢測(cè)的手段, 較傳統(tǒng)的腫瘤手段而言, 具有快速, 準(zhǔn)確, 客觀 等特點(diǎn)；甚至可以通過(guò)光纖附件, 實(shí)現(xiàn)腫瘤的原位、在體、實(shí)時(shí)檢測(cè)和診斷。 通過(guò)胃癌組織與正常組織的 FTIR 譜圖5比較, 可以發(fā)現(xiàn)胃癌組織具有特征性 的光譜。如圖 5 所示。胃癌細(xì)胞株 FTIR 檢測(cè)結(jié)果如圖 6 所示，與胃癌組織光 譜圖比較，光譜特征存在差異。 圖 5 胃癌組織與正常組織的 FTIR 譜 圖 6 胃癌細(xì)胞株 FTIR 檢測(cè)結(jié)果 4.2 在化學(xué)、化工方面的應(yīng)用 在該方面的應(yīng)用又可分為

28、表面化學(xué)、催化化學(xué)和石油化學(xué)方面的應(yīng)用。 4.2.1 在表面化學(xué)研究中的應(yīng)用 紅外光譜技術(shù)在表面化學(xué)研究中的應(yīng)用具有兩個(gè)鮮明特征: (1) 繼續(xù)不斷地開發(fā)表面與薄膜的原位和實(shí)時(shí)紅外分析技術(shù)。根據(jù)報(bào)道已 有一種適用于原位和同時(shí)紅外分析的 FT-IR 擴(kuò)散反射室。 (2) 以紅外吸附光譜( IRAS) , ATR FT-IR 和 IR 反射光譜為代表的紅外 光譜技術(shù)廣泛地應(yīng)用于研究自組織膜和 L- B 膜。如應(yīng)用 IR 反射光譜研究薄膜, 測(cè)定組織薄膜的厚度、成分和結(jié)構(gòu)。 4.2.2 在催化化學(xué)研究中的應(yīng)用 (1) 擴(kuò)散反射紅外光譜傅立葉變換光譜(DR IFTS) 的應(yīng)用報(bào)道特別突出, 其次是 I

29、RAS。DR IFTS 用于監(jiān)控催化劑表面吸附化合物的分解動(dòng)力學(xué)。IRAS 的典型應(yīng)用實(shí)例包括研究 CO 在 Pd 催化劑表面的氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué), 以及研究 NO 和 CO 在 Pd 和 Pd-SiO2 表面的共吸附現(xiàn)象。 (2) 原位紅外光譜技術(shù)除了依然應(yīng)用普通的原位紅外光譜技術(shù)研究催化反 應(yīng)過(guò)程外, 還應(yīng)用于原位反射/吸附紅外光譜研究催化劑表面的點(diǎn)位阻塞效應(yīng)。 另外產(chǎn)生了大量新的與原位紅外光譜技術(shù)相配合的附件裝置。 4.2.3 在石油化學(xué)研究中的應(yīng)用 傅立葉變換紅外光譜儀在石油化學(xué)中的應(yīng)用是一個(gè)十分廣泛的領(lǐng)域, 如在 重油的組成、性質(zhì)與加工方面,應(yīng)用 IR 表面自硅膠色譜得到的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。

30、 紅外光譜儀在潤(rùn)滑油及其應(yīng)用方面的進(jìn)展體現(xiàn)在: 用于鑒別未知油品和標(biāo)定潤(rùn) 滑油的經(jīng)典物理性質(zhì)(如粘度、總酸值、總堿值) ; 被納入以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)為目 的的油液分析計(jì)劃, 用于表征在用油液的降解和污染程度; 油潤(rùn)滑表面摩擦化 學(xué)過(guò)程及產(chǎn)物的原位監(jiān)測(cè)與表征。 紅外光譜儀應(yīng)用于輕質(zhì)油品生產(chǎn)控制和性質(zhì)分析方面的主要進(jìn)展包括: 應(yīng) 用紅外光譜預(yù)測(cè)汽油的辛烷值, 應(yīng)用 IR 測(cè)定汽油中含氧化合物的含量。此外, 還應(yīng)用 ATR FT - IR 與 GC 聯(lián)用測(cè)定汽油中的芳烴的含量6。 4.3 在環(huán)境分析中的應(yīng)用 用氣相色譜- 傅立葉變換紅外聯(lián)用技術(shù)測(cè)定水中的污染物7, 結(jié)合了毛細(xì) 管氣相色譜的高分辨能力和傅

31、立葉變換紅外光譜快速掃描的特點(diǎn), 對(duì) GC - MS 不能鑒別的異構(gòu)體, 提供了完整的分子結(jié)構(gòu)信息, 有利于化合物官能團(tuán)的判定。 K1A1Krok 等報(bào)道了氣相色譜/紅外光譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在環(huán)境分析中的應(yīng)用。 運(yùn)用傅立葉變換紅外遙感技術(shù), 可以測(cè)定工業(yè)大氣空間的特性。由于控制汽油 質(zhì)量與保護(hù)環(huán)境密切相關(guān), 應(yīng)用美國(guó) HP GC / IRP /MS 測(cè)定汽油中的甲醇、乙 醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2 -丁醇、異丁醇、特丁醇、苯、甲苯、鄰二甲 苯、間二甲苯、對(duì)二甲苯等, 其準(zhǔn)確度為 1%, 相對(duì)偏差為 0.155%。應(yīng)用傅立葉 變換紅外法可以定量分析氣態(tài)烴類混和物, 對(duì)于測(cè)定水中的石油烴類

32、, 非色散 紅外法已成為我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)方法8。 4.4 在半導(dǎo)體和超導(dǎo)材料等方面的應(yīng)用9 在此方面的應(yīng)用主要有: 分析鈾原子與 CO 和 CO2 反應(yīng)產(chǎn)物的基體紅外光 譜, 研究了鈾- 釷- 鎳- 錫變性錳鋁銅強(qiáng)磁性合金的遠(yuǎn)紅外性質(zhì)。分析 C60填 料籠形包含物的紅外和拉曼光譜。用反射傅立葉變換紅外顯微光譜法測(cè)定有機(jī) 富油頁(yè)巖中海藻化石。 此外, 傅立葉變換紅外光譜儀在其傳統(tǒng)領(lǐng)域物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、熱力學(xué) 狀態(tài)分析、熱/動(dòng)力學(xué)過(guò)程分析與表征也有著不同程度的進(jìn)展。 5 5 全文總結(jié)全文總結(jié) 由于傅立葉變換紅外光譜儀應(yīng)用的廣泛性，得到了許多科技工作者以 及各國(guó)廠家的關(guān)注及推崇。近年來(lái)他們對(duì)其光源、干涉儀、檢測(cè)器及數(shù)據(jù)處理 等各系統(tǒng)進(jìn)行了大量的研究和改進(jìn), 使之日趨完善。如儀器精密度的提高, 紅 外光譜儀在分辨率和掃描速度等方面達(dá)到了很高的指標(biāo)。紅外光譜儀的調(diào)整、 控制、測(cè)試及結(jié)果的分析大部分由計(jì)算機(jī)完成。雖然相對(duì)于之前的紅外光譜儀 而言，傅