在化学、生物和材料科学等领域中,对于样品成分的确定和结构表征十分关键。其中,傅里叶红外(Fourier Transform Infrared, FTIR)光谱是一种非常重要的手段之一。FTIR光谱可以用于快速、精确地测量样品中不同组份之间化学键相互作用所带来的震动频率,并基于这些振动特性提供有关试验样品结构、碳氢配位状态以及各种官能团含量等信息。
选料讲究
进行FTIR测试时需要注意实验样品应该具有以下特点:
- 无毛刺或尖锐棱角: 实验样品不能存在如果出现尖锐角度,则会影响信号采集并可能损坏窗口。
- 耐蚀性较强: 由于靠近窗口处通常为气体环境,并且检测到的波长区间主要针对小分子振荡模式,在此情况下容易受到腐蚀影响。
- 透光性较好: 样品要求对于红外线非常敏感,能够穿过测试窗口并被检测仪器反射得到足够强的信号。因此,样品的厚度通常是50 μm ~ 2000 μm之间。
傅里叶变换红外原理
FTIR分析技术利用基础物理学中的一个概念——傅里叶变换(Fourier Transform)进行数据处理和谱图生成。在FTIR设备中,一束单色光通过经缓冲气体填塞的干涉仪向待测样品传输,在其后面再次被镜子反射回来,这时候会形成一种由两束平行光组成的维形相干光束交替进入探头后:
- A型波: 与试样相互作用、吸收部分特定或全部频段带,并且偏转/减弱。(原始Spectum A)
- B型波 : 未与试样接触过、无任何吸收影响。
二者按照特定采样频率将产生同步变化的穿过测试窗口并反射到检测器上。 干涉仪/探头可以记录两个波之间相位差异,进而通过复合傅里叶理论算法(即线性累加)来还原出每个不同振动模式所对应的信号。
由于样品与B波没有任何交互作用,因此在进行FTIR分析时往往需要使用空白样本扣除这种基准值、以便获得更精确和可靠的实验数据。
傅里叶红外光谱分析仪应用场景
由于其无需破坏样品、非破坏性地提供详细化学信息、操作简单等优点,目前FTIR技术已经成为许多工业领域常规表征手段。具体包括:
- 材料科学: 主要用于表面形貌分析,孔隙结构及有机骨架构建;
- 医药制造行业: 配合ATR (Attenuated Total Reflection) 实现药物组份确定及离子交换树脂质量控制;
- 化学领域: 对离子液体、催化器等类产品进行成分确认和质量保证;
- 生物制药: 用于检测蛋白质、疫苗等大型生物分子结构拓扑。
总之,傅里叶红外光谱分析仪的选料讲究及其原理机制使得该技术可以广泛应用于不同产业和实验场景中,为科学家们提供基础信息。因此有必要认真掌握这种技术的具体流程和细节,并且在实际使用过程中也需要注意一些安全操作问题。
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