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紅外光譜儀（infrared spectrophotometer）的發(fā)展大致經(jīng)歷了這樣的過程:**代的紅外光譜儀以棱鏡為色散元件，由于光學(xué)材料制造困難，分辨率低，并要求低溫低濕等，這種儀器現(xiàn)已被汰。20世紀(jì)60年代后發(fā)展的以光柵為色散元件的第二代紅外光譜儀，分辨率比**代儀器高得多，儀器的測(cè)量范圍也比較寬。70年代后發(fā)展起來的傅里葉變換紅外光譜儀是第三代產(chǎn)品。目前，商品紅外光譜儀主要是色散型紅外光譜儀和傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）兩種，常用的是FT-IR光譜儀。
一、儀器工作原理和主要部件
1.色散型紅外光譜儀
色散型紅外光譜儀（dispersion infrared spectrophotometer）按測(cè)光方式不同，可以分光學(xué)零位平衡式與比例記錄式兩類。
光學(xué)零位平衡式的儀器是把調(diào)制光信號(hào)經(jīng)檢測(cè)與放大后，用以驅(qū)動(dòng)參比光路上的光學(xué)衰減器，使兩束光的能量達(dá)到零位平衡時(shí)記錄儀與光學(xué)衰減器同步運(yùn)動(dòng)以記錄樣品的透射比。
比例記錄式儀器是把調(diào)制光信號(hào)經(jīng)檢測(cè)與放大后分離，通過測(cè)量?jī)蓚€(gè)電信號(hào)的比例而得出樣品的透射比。
不論是何種類型的色散型紅外光譜儀，其基本部件均由光源、樣品室、單色器、檢測(cè)器、放大器及記錄機(jī)械裝置等幾個(gè)部分組成。
（1）光源 紅外光譜儀中的光源通常是一種惰性固體，用電加熱使之發(fā)射高強(qiáng)度連續(xù)波長(zhǎng)的紅外光但每種光源只能覆蓋一定的波段，所以紅外的全波段測(cè)量常需要幾種光源。常用的光源如表所示。
表：紅外光譜儀常用光源
| 光源 | 使用波數(shù)范圍/cm-1 | 主要性能 |
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鎢燈 鹵鎢燈 Nernst |
15000~4000（近紅外） 15000~4000（近紅外） 4000~400（中紅外） |
能量高，壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定性好 同鎢燈 工作溫度為1400~2000K，輻射強(qiáng)度集中在短波處，在5000~1666cm-1處發(fā)射系數(shù)為0.8~0.9，具有較長(zhǎng)的壽命（約2000h） |
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硅碳棒 金屬陶瓷棒 EVER-GLO 金屬陶瓷棒（Ceramic） 高壓汞弧燈 |
4000~400（中紅外） 4000~400（中外紅） 4000~400（中外紅） 400~50（遠(yuǎn)外紅） 100~10（遠(yuǎn)外紅） |
能量高、功率大、工作溫度為1300~1500K，熱輻射強(qiáng)，使用壽命很長(zhǎng)，工作前不需要預(yù)熱，需要冷卻水冷卻 大功率（1500k，120mW），風(fēng)冷卻，壽命長(zhǎng) 大功率（1525k，150mW），低熱輻射，風(fēng)冷卻 大功率，水冷卻 高功率，水冷卻 |
（2）樣品室紅外光譜儀的樣品室一般為一個(gè)可插入固體薄膜或液體池的樣品槽，如果需要對(duì)特殊的樣品（如超細(xì)粉末等）進(jìn)行測(cè)定，則需要裝配相應(yīng)的附件。紅外光譜儀的樣品槽需要用可透過紅外光的NaCl、KBr、CsI等材料制成窗片，使用時(shí)需注意防潮。固體試樣常與純KBr混勻壓片，然后直接進(jìn)行測(cè)定。
（3）單色器單色器由色散元件、準(zhǔn)直鏡和狹縫構(gòu)成，復(fù)制的閃耀光柵是*常用的色散元件，其分辨率高，易于維護(hù)。
（4）檢測(cè)器紅外光譜儀中常用的檢測(cè)器有高真空熱電偶，熱釋電檢測(cè)器和碲鎘汞檢測(cè)器（MCT）等。熱釋電檢測(cè)器響應(yīng)速度快，噪聲影響小，能實(shí)現(xiàn)高速掃描，如氘化硫酸三甘鈦（DTGS）、鉭酸鋰（LiTaO3）等。熱釋電檢測(cè)器常被用于傅里葉變換紅外光譜儀中。碲鎘汞檢測(cè)器屬光檢測(cè)器，它靈敏度高，適于快速掃描和GC/FT-IR聯(lián)機(jī)檢測(cè)。
（5）記錄系統(tǒng)紅外光譜儀一般都由記錄儀自動(dòng)記錄譜圖。新型的儀器還配有微機(jī)，以控制儀器的操作、譜圖的檢索等。
2.傅里葉變換紅外光譜儀
傅里葉變換紅外光譜儀（fourier transform infrared spectro-photometer，簡(jiǎn)稱FT-IR）是20世紀(jì)70年代問世的，屬于第三代紅外光譜儀，它是基于光相干涉原理而設(shè)計(jì)的干涉型紅外光譜儀。傅里葉變換紅外光譜儀具有掃描速度快，光通量大，分辨率高，測(cè)定光譜范圍寬，適合各種聯(lián)機(jī)等優(yōu)點(diǎn)。近年來，F(xiàn)T-IR發(fā)展很快，應(yīng)用范圍也越來越廣泛。
傅里葉變換紅外光譜儀沒有色散元件，主要由光源、干涉儀、檢測(cè)器、計(jì)算機(jī)和記錄儀等組成。其核心部分是邁克爾遜干涉儀。它將光源來的信號(hào)以干涉圖的形式送往計(jì)算機(jī)進(jìn)行傅里葉變換的數(shù)學(xué)處理，*后將干涉圖還原成光譜圖。干涉儀由定鏡、動(dòng)鏡、分束器和探測(cè)器組成，其中分束器（簡(jiǎn)稱BS）是核心部分。分束器的作用是使進(jìn)入干涉儀中的光，一半透射到動(dòng)鏡上，一半反射到定鏡上，又返回到BS上，形成十涉光后達(dá)到樣品上。不同紅外光譜范圍所用的BS不同BS價(jià)格昂貴，使用中要特別予以保養(yǎng)。分束器的種類及適用范圍如表所示。
表：分束器種類及適用范圍
| 名稱 | 適用波數(shù)范圍/cm-1 | 名稱 | 適用波數(shù)范圍/cm-1 |
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石英近紅外 |
15000~2000 | 中紅外KBr-Ge | 5000~370 |
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CaF2 近紅外-Si |
13000~1200 | 6μm聚脂薄膜遠(yuǎn)外紅 | 500~50 |
| 寬范圍KBr-Ge | 10000~370 |
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由紅外光源S發(fā)出的紅外光，經(jīng)準(zhǔn)直為平行紅外光束進(jìn)入干涉儀系統(tǒng)，經(jīng)干涉儀調(diào)制后得到一束干涉光。干涉光通過樣品Sa，獲得含有光譜信息的干涉信號(hào)到達(dá)探測(cè)器（即檢測(cè)器）D上，由D將干涉信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)。此處的干涉信號(hào)是一時(shí)間函數(shù)，即由干涉信號(hào)繪出的干涉圖，其橫坐標(biāo)是動(dòng)鏡移動(dòng)時(shí)間或動(dòng)鏡移動(dòng)距離。這種干涉圖經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行傅里葉變換的快速計(jì)算，即可獲得以波數(shù)為橫坐標(biāo)的紅外光譜圖。然后通過D/A轉(zhuǎn)換器送入繪圖儀而繪出人們十分熟悉的標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜圖。
傅里葉變換紅外光譜儀通常使用的光源是能斯特?zé)簟⒐杼及艋蛲坑邢⊥粱衔锏逆囥t旋狀燈絲；檢測(cè)器多使用熱釋電檢測(cè)器和碲鎘汞檢測(cè)器；紅外譜圖的記錄、處理一般都是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的。目前，國(guó)內(nèi)外都有比較好的工作軟件，如美國(guó)PE公司的 spectrumv3.01，它可以在軟件上直接進(jìn)行掃描操作，可以對(duì)紅外譜圖進(jìn)行優(yōu)化、保存、比較、打印等。此外，儀器上的各項(xiàng)參數(shù)可以在工作軟件上直接調(diào)整。
二、常用儀器型號(hào)和特點(diǎn)
常用紅外光譜儀型號(hào)、性能與主要技術(shù)指標(biāo)如表所示
表：常用紅外光譜儀型號(hào)，性能與主要技術(shù)指標(biāo)
| 生產(chǎn)廠家 | 儀器型號(hào) | 性能與主要技術(shù)指標(biāo) |
| 北京瑞麗分析儀器公司 | WQF-310型傅里葉變換紅外光譜儀 | 微機(jī)化儀器；波數(shù)范圍為7000~400cm-1；分辨率為1.5cm-1；波數(shù)精度為0.01cm-1；掃描速度為0.2~2.5cm/s；采用密封折射掃描干涉儀；由微機(jī)控制和選擇掃描速度，信噪比>10000:1 |
| WQF-410型傅里葉變換紅外光譜儀 | 微機(jī)化儀器；波數(shù)范圍為7000~400cm-1；分辨率為0.65cm-1；波數(shù)精度為±0.01cm-1；掃描速度為0.2~1.5cm/s；連續(xù)可調(diào)；信噪比>1000:1。儀器采用密封折射掃描干涉儀；光源為高強(qiáng)度空氣冷卻紅外光源；譜庫內(nèi)存11種專業(yè)譜圖，6萬張譜圖 | |
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天津市光學(xué)儀器廠 |
TJ270-30 型雙光束比例記錄式紅外分光光度計(jì) | 微機(jī)化儀器；雙閃耀光柵單色器；波數(shù)范圍為4000~400cm-1；波數(shù)精度≤±4cm-1（4000~2000cm-1），≤±2cm-1（2000~400cm-1）；分辨率為1.5cm-1（在1000cm-1附近）；透射比精度為±0.2％τ（不含噪聲電平）；雜散光≤0.5％τ（4000~650cm-1），≤1％（650~400cm-1）；測(cè)試模式有透射比、吸光度、單光束 |
| 日本津島制作所 | FTIR-8400/8900型傅里葉變換紅外光譜儀 |
微機(jī)化儀器；波數(shù)范圍為7800~350cm-1；分辨率為 0.5cm-1、1.0cm-1、2cm-1、4cm-1、8cm-1、16cm-1（FTIR-8900），0.85cm-1、2cm-1、4cm-1、8cm-1、16cm-1（FTIR-8400）；反射鏡掃描速度3擋分別為2.8mm/s、5mm/s、9mm/s；信噪比≥20000:1 |
| 美國(guó) PE 公司 | Spectrum RX系列傅里葉變換紅外光譜儀 | 微機(jī)化儀器；波數(shù)范圍為7800~350cm-1；光譜范圍7800~350cm-1；分辨率優(yōu)于0.8cm-1；波數(shù)精度優(yōu)于0.01cm-1；信噪比60000:1；FR-DTGS檢測(cè)器；具備專利的光譜 Compare軟件，有完善的系統(tǒng)自檢功能，充分滿足藥典檢測(cè)和水中油分析等常規(guī)分析要求，也適合日常QA/QC需求 |
| 伯樂公司（英） | FTS-45 | 微機(jī)化儀器；光譜范圍為4400~400cm-1；可選7500~380cm-1；可擴(kuò)展至15700~10cm-1；分辨率優(yōu)于0.5cm-1；可優(yōu)于0.25cm-1 |
| 伯樂公司（英） | FTS-65A | 微機(jī)化儀器；光譜范圍為63200~10cm-1；具有雙光源、雙檢測(cè)器；快速掃描>50次/s；步進(jìn)式掃描為800~0.25步/s |
| FTS-7A | 微機(jī)化儀器；光譜范圍為4400~400cm-1（可選7500~380cm-1）；*大分辨率2.0cm-1（可選1cm-1或0.5cm-1） |
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