一.儀器的基本構(gòu)成

　　1.光源

　　光源能發(fā)射出穩(wěn)定、高強(qiáng)度、連續(xù)波長(zhǎng)的紅外光，通常使用能斯特(Nernst)燈、碳化硅或涂有稀土化合物的鎳鉻旋狀燈絲。

　　2.干涉儀

　　邁克耳孫(Michelson)干涉儀的作用是將復(fù)色光變?yōu)楦缮婀狻Ｖ屑t外干涉儀中的分束器主要是由溴化鉀材料制成的;近紅外分束器一般以石英和CaF2為材料;遠(yuǎn)紅外分束器一般由Mylar膜和網(wǎng)格固體材料制成。

　　3.檢測(cè)器

　　檢測(cè)器一般分為熱檢測(cè)器和光檢測(cè)器兩大類。熱檢測(cè)器是把某些熱電材料的晶體放在兩塊金屬板中，當(dāng)光照射到晶體上時(shí)，晶體表面電荷分布變化，由此可以測(cè)量紅外輻射的功率。熱檢測(cè)器有氘代硫酸三甘肽(DTGS),鉭酸鋰(LiTaO3)等類型。光檢測(cè)器是利用材料受光照射后，由于導(dǎo)電性能的變化而產(chǎn)生信號(hào)，最常用的光檢測(cè)器有銻化銦、汞鎘碲等類型。

二.工作原理

　　用一定頻率的紅外光聚焦照射被分析的樣品時(shí)，如果分子中某個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)頻率與照射紅外線頻率相同便會(huì)產(chǎn)生共振，從而吸收一定頻率的紅外線，把分子吸收紅外線的這種情況用儀器記錄下來(lái)，便能得到全面反映樣品成分特征的光譜，進(jìn)而推測(cè)化合物的類型和結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的傅里葉變換二手紅外光譜儀是一種非色散型的第三代紅外吸收光譜儀，其光學(xué)系統(tǒng)的主體是邁克耳孫(Michelson)干涉儀。

　　邁克耳孫干涉儀主要由兩個(gè)互成90o的平面鏡(動(dòng)鏡和定鏡)和一個(gè)分束器組成。固定定鏡、可調(diào)動(dòng)鏡和分束器組成了傅里葉變換二手紅外光譜儀的核心部件—邁克耳孫干涉儀。動(dòng)鏡在平穩(wěn)移動(dòng)中要時(shí)時(shí)與定鏡保持90o。分束器具有半透明性質(zhì)，位于動(dòng)鏡與定鏡之間并和它們呈45o放置。由光源射來(lái)的一束光到達(dá)分束器時(shí)即被它分為兩束，Ⅰ為反射光，Ⅱ?yàn)橥干涔猓渲?0%的光透射到動(dòng)鏡，另外50%的光反射到定鏡。射向探測(cè)器的Ⅰ和Ⅱ兩束光會(huì)合在一起成為具有干涉光特性的相干光。動(dòng)鏡移動(dòng)至兩束光光程差為半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)，這兩束光發(fā)生相長(zhǎng)干涉，干涉圖由紅外檢測(cè)器獲得，單色光的干涉如圖14-3所示，結(jié)果經(jīng)傅里葉變換處理得到紅外光譜圖。FTIR的工作原理如圖14-4所示。

　　單色光的干涉圖和基本方程：

　　Michelson干涉儀移動(dòng)時(shí)兩鏡相差任意δ時(shí)的光強(qiáng)I (δ) ,①當(dāng)O點(diǎn)到動(dòng)鏡和定鏡的距離相等時(shí)無(wú)光程差。②當(dāng)O點(diǎn)到兩鏡距離(δ表示)相差λ/4的偶數(shù)倍時(shí)為相長(zhǎng)干涉，光強(qiáng)加強(qiáng);相差λ/4的奇數(shù)倍時(shí)為相消干涉，光強(qiáng)減弱。發(fā)生在上述

　　兩種位移之間，部分為相消干涉。

　　若令I(lǐng)為兩光束干涉后的強(qiáng)度，

　　則

　　I(δ) =0. 51(

　　) cos2πδ/λ

　　或

　　I(δ)=0. 51(

　　)cos2δvπ

　　光強(qiáng)隨波長(zhǎng)變化I(v)而不是光強(qiáng)隨兩鏡距離差變化I(δ)。

　　依此類推，Ⅰ和Ⅱ兩相干光光程差變化所產(chǎn)生的干涉有如下規(guī)律：光程差為±nλ(n=0,1,2,…)，發(fā)生相長(zhǎng)干涉，光程差為n±1/2λ (n=0,1, 2,…)，發(fā)生相消干涉。正號(hào)表示動(dòng)鏡從零位向遠(yuǎn)離分束器方向移動(dòng);負(fù)號(hào)表示動(dòng)鏡從零位向分束器方向移動(dòng);零位是動(dòng)鏡距分束器和定鏡距分束器相等的部位。此時(shí)，探測(cè)器上檢測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度為

　　   這就是波數(shù)為

　　的單色光的干涉圖方程。

外光譜分析可用于研究分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，也可以作為表征和鑒別化學(xué)物種的方法。紅外光譜具有高度特征性，可以采用與標(biāo)準(zhǔn)化合物的紅外光譜對(duì)比的方法來(lái)做分析鑒定。已有幾種匯集成冊(cè)的標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜集出版，可將這些圖譜貯存在計(jì)算機(jī)中，用以對(duì)比和檢索，進(jìn)行分析鑒定。

利用化學(xué)鍵的特征波數(shù)來(lái)鑒別化合物的類型，并可用于定量測(cè)定。由于分子中鄰近基團(tuán)的相互作用，使同一基團(tuán)在不同分子中的特征波數(shù)有一定變化范圍。此外，在高聚物的構(gòu)型、構(gòu)象、力學(xué)性質(zhì)的研究，以及物理、天文、氣象、遙感、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，也廣泛應(yīng)用紅外光譜。