傅立叶变换红外光谱仪的基本原理及其应用

J I A N G X I N O R M A L U N I V E R S I T Y

课题名称:傅立叶变换红外光谱仪的基本原

理及其应用

Basic principles and application of Fourier transform infrared spectrometer

姓名高立峰

学院理电学院

专业物理学（师范）

学号 0507020016

完成时间 2009.4

声明

本人郑重声明：

所呈交的毕业设计（论文）是本人在指导教师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。其中除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写并以某种方式公开过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位或证书而作的材料。其他同志对本研究所做的任何贡献均已在文中作了明确的说明并表示谢意。

本毕业设计（论文）成果是本人在江西师范大学读书期间在指导教师指导下取得的，成果归江西师范大学所有。

特此声明。

声明人（毕业设计（论文）作者）学号：0507020016

声明人（毕业设计（论文）作者）签名：

摘要

红外光谱仪是鉴别物质和分析物质结构的有效手段，其中傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）是七十年代发展起来的第三代红外光谱仪的典型代表。它是根据光的相干性原理设计的，是一种干涉型光谱仪，具有优良的特性，完善的功能，并且应用范围极其广泛，同样也有着广泛的发展前景。本文就傅立叶变换红外光谱仪的基本原理作扼要的介绍，总结了傅立叶变换红外光谱法的主要特点，综述了其在各个方面的应用，并对傅立叶变换红外光谱仪的发展方向提出了一些基本观点。

关键词：傅立叶变换红外光谱仪；基本原理；应用；发展

Abstract

Infrared spectroscopy is an effective method to identify substance and analyze the structures 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 features and perfect functions. And they haven’t 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 some basic opinions of developmental direction as far as FT-IR were put forward.

Key words: Fourier transform infrared spectrometer； Basic principles；Application； Development

目录

摘要............................................. I ABSTRACT......................................... II

1 傅里叶红外光谱仪的发展历史 (1)

2 基本原理 (4)

2.1光学系统及工作原理 (4)

2.2傅立叶变换红外光谱测定 (6)

2.3傅立叶变换红外光谱仪的主要特点 (7)

3 样品处理 (8)

3.1气体样品 (8)

3.2液体和溶液样品 (8)

3.3固体样品 (8)

4 傅立叶变换红外光谱仪的应用 (9)

4.1在临床医学和药学方面的应用⑷ (9)

4.2在化学、化工方面的应用 (10)

4.3在环境分析中的应用 (11)

4.4在半导体和超导材料等方面的应用⑼ (11)

5 全文总结 (12)

参考文献 (13)

1 傅立叶红外光谱仪的发展历史

到目前为止红外光谱仪已发展了三代。第一代是最早使用的棱镜式色散型红外光谱仪, 用棱镜作为分光元件，分辨率较低，对温度、湿度敏感, 对环境要求苛刻。60年代出现了第二代光栅型色散式红外光谱仪, 由于采用先进的光栅刻制和复制技术, 提高了仪器的分辨率, 拓宽了测量波段, 降低了环境要求。70年代发展起来的干涉型红外光谱仪, 是红外光谱仪的第三代的典型代表（见图1）, 具有宽的测量范围、高测量精度、极高的分辨率以及极快的测量速度。傅立叶变换红外光谱仪是干涉型红外光谱仪器的代表, 具有优良的特性, 完善的功能。

图1傅立叶变换红外光谱仪实物图

近年来各国厂家对其光源、干涉仪、检测器及数据处理等各系统进行了大量的研究和改进, 使之日趋完善。由于计算机技术和自动化技术在仪器中的广泛使用, 使得红外光谱仪的调整、控制、测试及结果的分析大部分由计算机完成, 如显微红外光谱中的图像技术。各公司的显微红外光谱仪均能对样品的某一区域进行面扫描, 得到该区域的化学成分的分布图, 如Continuum (Nicolet) 、EquinoxTM55 (Bruker) 、Spectrum2000 ( Perkin El2mer) 和Stingray lmaging (Bio-Rad) 等显微镜都有此功能。

随着仪器精密度的提高, 红外光谱仪在分辨率和扫描速度等方面达到了很高的指标。如BrukerIFSl20H最佳分辨率为010008cm- 1 , Bomen公司的DA系列可达010026cm- 1。而扫描速度Bruker可达117张谱图/ s, 利用步进扫描技术可达250皮纳秒的时间分辨率。Nicolet8700扫描速度为105 次/ s,步进扫描时间分辨率为10ns。现有的傅立叶变换红外光谱仪已不仅限于中红外(MIR) 的使用, 分束器的使用可将光谱范围可覆盖紫外到远红外的区段。如Bruker为50000～4cm- 1, Bomen为50000～5cm- 1, Nicolet为25000～20cm- 1。这些很高的技术指标、标志材料、光路设计、加工技术和软件都达到了很高的水平[1]。