傅里叶红外光谱仪是一种用于分析物质化学成分和检测有机物、无机物的高精度实验设备。下面我们将详细介绍其工作参数以及工作原理和基本结构。
一、 傅立叶变换红外光谱(FTIR)技术简介
在FTIR系统中,使用干涉法代替了传统的单色器进行波长选择,而且采用全反射式样品室来增强信号,并通过电子数字转换将处理后数据送入计算机进行处理与拟合。这些创新极大推动了近年来 FTIR 技术快速发展。
二、 傅里叶红外光谱仪的基本结构
(1) 光源:
通常由加热钨丝或氘灯组成,在可见-近紫外范围内产生连续辐射并经过凸镜反向聚焦于进口孔。
(2) 光学系统:
光线经过进口孔到达光学系统,首先被半透镜分成两束,并通过一系列的反射和折射形成干涉。然后,再次反向穿过这些元件并到达检测器。
(3) 样品室:
样品室中有一个旋转式样品夹持装置,用于放置不同类型的样品。在样品表面应当保证较好平整度以减少信号噪声影响。
(4) 检测器:
检测器是FTIR系统中最重要的组件之一。常用探测方式为电热偶或者小型半导体激光。其中电热偶具有灵敏度高、采集数据速率快等优点。
三、 傅里叶红外光谱仪工作参数
1. 分辨率
分辨率越高,则能够观察更多细节结构变化。
2. 信噪比
对于同种物质来说,S/N 能决定出相应吸收峰强度大小与指纹图像清晰度。
3. 光谱范围
一般指数字化的光谱数据能够采集到的最小和最大波数。根据不同应用场景,可以选择合适的仪器配置(例如:可见-中紫外和近红外波段等)。
4. 采样方式
包括反射式、透射式及自由空间传输等多种方式,具体要视实验要求而定。
四、 傅里叶变换红外光谱仪工作原理
(1) 干涉测量原理:
FTIR系统使用干涉法代替了传统单色器进行波长选择,使得信号更加强烈且精细。
(2) 检测器读数与傅立叶变换:
检测器将负载电流转化成对应电压值,并通过模数转换芯片A/D 转化为计算机-readable 数据形式;随后再借助 FFT 算法将时域信号(读数记录到营造仿真信号)转化为频域信息。
(3) 样品室设计:
样品室内灌注过惰性气体,旋转式标本台配合光束通过该样品区域,完整地进行干涉。
(4) 全反射表面:
全反射表面结构可将光线折回并多端反复透过标本/金属膜形成“表观无限厚度”,使吸收强度增加提高信号级别。
五、 傅里叶红外光谱仪的重要作用
傅立叶变换红外光谱(FTIR)技术在不同领域都具有重要应用,如生物学、环境监测、化工与材料科学等。以食品分析为例,FTIR 可以快速检测出大肠杆菌这类食源性病原微生物,并同时对康氏菌群和维生素质量进行定量评估。
总之,在实验操作上使用 FTIR 仪器能够检测到极其严格的化学事件(例如:离子共振或精确制备A+B=C 的缩合),更好帮助化学家们控制他们正在研究的反应机理。
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