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傅里葉變換紅外光譜儀
閱讀�7185�(shí)間:2018-06-28 09:49:10

傅里葉變換紅外光譜儀主要�邁克爾遜干涉儀和計(jì)算機(jī)組成。邁克爾�干涉儀的主要功能是�光源�(fā) 出的光分為兩束后形成一定的光程�,再使之�(fù)合以�(chǎn)生干�,所得到的干涉圖函數(shù)包含了光源的全部頻率 和強(qiáng)度信息。用�(jì)算機(jī)將干涉圖函數(shù)�(jìn)行傅里葉變換,就可計(jì)算出原來光源的強(qiáng)度按頻率的分�� 它克服了色散型光譜儀分辨能力�、光能量輸出小、光譜范圍窄、測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)等缺�(diǎn)。它不僅可以�(cè)量各種氣�、固體、液體樣品的吸收、反射光譜等,而且可用于短�(shí)間化�(xué)反應(yīng)�(cè)量。目�,紅外光譜儀在電�、化�、醫(yī)�(xué)等領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用�

�(jié)�(gòu)

  傅里葉變換紅外(FourierTransformInfrared,F(xiàn)TIR)光譜儀主要由紅外光�、分束器、干涉儀、樣品池、探�(cè)器、計(jì)算機(jī)�(shù)�(jù)處理系統(tǒng)、記錄系�(tǒng)等組成,是干涉型紅外光譜儀的典型代�,不同于色散型紅外儀的工作原理,它沒有單色器和狹�,利用邁克爾遜干涉儀獲得入射光的干涉�,然后通過傅里葉數(shù)�(xué)變換,把�(shí)間域函數(shù)干涉圖變換為頻率域函�(shù)圖(普通的紅外光譜圖)�
  �1)光源:傅里葉變換紅外光譜儀為測(cè)定不同范圍的光譜而設(shè)置有多�(gè)光源。通常用的是鎢絲燈或碘鎢燈(近紅外�、硅碳棒(中紅外�、高壓汞燈及氧化釷燈(遠(yuǎn)紅外)�
 ?�?)分束器:分束器是邁克爾遜干涉儀的關(guān)鍵元件。其作用是將入射光束分成反射和透射兩部�,然后再使之�(fù)合,如果可動(dòng)鏡使兩束光造成一定的光程�,則�(fù)合光束即可造成相長(zhǎng)或相消干��
  �(duì)分束器的要求是:�(yīng)在波�(shù)v處使入射光束透射和反射各�,此�(shí)被調(diào)制的光束振幅。根�(jù)使用波段范圍不同,在不同介質(zhì)材料上加相應(yīng)的表面涂�,即�(gòu)成分束器�
  �3)探�(cè)器:傅里葉變換紅外光譜儀所用的探測(cè)器與色散型紅外分光光度計(jì)所用的探測(cè)器無本質(zhì)的區(qū)�。常用的探測(cè)器有硫酸三甘鈦(TGS�、鈮酸鋇�、碲鎘汞、銻化銦等�
 ?�?)數(shù)�(jù)處理系統(tǒng):傅里葉變換紅外光譜儀�(shù)�(jù)處理系統(tǒng)的核心是�(jì)算機(jī),功能是控制儀器的操作,收集數(shù)�(jù)和處理數(shù)�(jù)�

分類

  按光�(xué)系統(tǒng)�
  光譜儀按照光學(xué)系統(tǒng)的不同可以分為色散型和干涉型,色散型光譜儀根據(jù)分光元件的不�,又可分為棱鏡式和光柵式,干涉型紅外光譜儀即傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR�。其中光柵式的優(yōu)�(diǎn)是可以重�(fù)光譜響應(yīng),機(jī)械性能可靠,缺�(diǎn)是效率偏�,對(duì)偏振敏感;干涉型光譜儀的優(yōu)�(diǎn)在于可以提供很高的光譜分辨率以及很高的光譜覆蓋范�,同�(shí)其需要高精度的光�(xué)組件及機(jī)械組件作為支�。干涉型紅外光譜儀憑借其高分辨率、高波數(shù)精度、高靈敏度等�(yōu)�(diǎn),迅速成為的分析儀器中的研究熱�(diǎn)�
  按使用場(chǎng)景分
  傅里葉變換紅外光譜儀根據(jù)使用�(chǎng)景不同可分為型與多用途型。型傅里葉變換紅外光譜儀包括了大氣環(huán)境傅里葉紅外光譜儀、太空星載傅里葉光譜儀、化�(xué)分析傅里葉紅外光譜儀、車載遙感傅里葉變換紅外光譜儀�;多功能傅里葉變換光譜儀可以�(shí)�(xiàn)多種物質(zhì)的分�,通常用于�(shí)�(yàn)室對(duì)相應(yīng)樣品�(jìn)行分��

�(yōu)�(diǎn)

  傅里葉紅外光譜儀的產(chǎn)生是一次革命性的飛躍。與傳統(tǒng)的分光光譜儀相比,傅里葉紅外光譜儀具有以下�(yōu)�(shì)�
  掃描速度�
  傅里葉變換紅外光譜儀的掃描速度比色散型儀器快�(shù)百�,而且在任何測(cè)量時(shí)間內(nèi)都能獲得輻射源的所有頻率的全部信息,即所謂的“多路傳輸”。掃描速度的快慢主要由�(dòng)鏡的移動(dòng)速度決定�,動(dòng)鏡移�(dòng)一次即可采集所有信�。這一�(yōu)�(diǎn)使它特別適合與氣相色�、高壓液相色譜儀器聯(lián)�(jī)使用,也可用于快速化�(xué)反應(yīng)過程的跟蹤及化學(xué)反應(yīng)�(dòng)力學(xué)的研究等�。對(duì)于穩(wěn)定的樣品,在一次測(cè)量中一般采用多次掃�、累加求平均法得到干涉圖,這就改善了信噪比。在相同的總�(cè)量時(shí)間和相同的分辨率條件下,F(xiàn)TIR的信噪比比色散型的要提高�(shù)十倍以�。這也是快速掃描帶來的�(yōu)�(diǎn)�
  具有很高的分辨率
  分辨率是紅外光譜儀的主要性能指標(biāo)之一,是指光譜儀�(duì)兩�(gè)靠得很近的譜線的辨別能力。一般棱鏡式紅外分光光度�(jì)的分辨率�1000cm-1處為3cm-1。光柵式儀器在1000cm-1處可�(dá)0.2cm-1,而傅里葉變換紅外光譜儀在整�(gè)光譜范圍�(nèi)可達(dá)0.1cm-1~0.005cm-1。它的分辨率與儀器的光程差有�(guān),光程差越大,儀器的分辨率越�,即�(dòng)鏡掃描的距離越長(zhǎng),分辨率越高,但掃描�(shí)間也隨之增加。利用其高分辨率的特�,可以研究因振動(dòng)和轉(zhuǎn)�(dòng)吸收帶重疊而導(dǎo)致的氣體混合物的�(fù)雜光�。在一般材料分析中,不需要高分辨�。相�(yīng)�,F(xiàn)TIR光譜儀均有多檔分辨率供用戶�(jù)�(shí)際需要隨用隨��
  波數(shù)精度�
  波數(shù)是紅外定性分析的�(guān)鍵參�(shù),因此儀器的波數(shù)精度非常重要。因?yàn)楦缮鎯x的動(dòng)鏡可以被很精確地�(qū)�(dòng),所以干涉圖的變化很�(zhǔn)確,同時(shí)�(dòng)鏡的移動(dòng)距離是由He-Ne激光器的干涉條紋來�(cè)量的,從而保證了所�(cè)的光程差很準(zhǔn)�。而現(xiàn)代He-Ne激光器的頻率穩(wěn)定度和強(qiáng)度穩(wěn)定度都是非常高的,頻率穩(wěn)定度�(yōu)�5*10-10,因此在�(jì)算的光譜中有很高的波�(shù)精度和準(zhǔn)確度,�??蛇_(dá)�0.01cm-1�
  極高的靈敏度
  色散型紅外分光光度計(jì)大部分的光源能量都損失在入口狹縫的刀口上,而傅里葉變換紅外儀沒有狹縫的限�,輻射通量只與干涉儀的平面鏡大小有關(guān),在同樣的分辨率�,其輻射通量比色散型儀器大得多,從而使檢測(cè)器接受的信噪比增�,因此具有很高的靈敏度,可達(dá)10-9~10-12g。由于此�(yōu)�(diǎn),使傅里葉變換紅外光譜儀特別適合�(cè)量弱信號(hào)光譜。例如遙�(cè)大氣污染物車輛、火箭尾氣及煙道氣等和水污染物例如水面油污染�。此�,在研究催化劑表面的化學(xué)吸附也具有很大潛��
  光譜范圍�
  傅里葉變換紅外儀只要能實(shí)�(xiàn)�(cè)�?jī)x器的元器件(不同的分束器和光源等)的自動(dòng)�(zhuǎn)�,就可以研究整�(gè)近紅�、中紅外和遠(yuǎn)紅外10000cm-1~10cm-1的光�。這對(duì)�(cè)定無�(jī)化合物和金屬有機(jī)化合物十分有��

在食品中的應(yīng)�

  酒制品檢�(cè)分析
  不同�(chǎn)地的葡萄酒具有不同的�(zhì)量與�(fēng)�,市�(chǎng)上葡萄酒以假亂真、以次充好現(xiàn)象頗�,尋找簡(jiǎn)單有效地鑒別葡萄酒產(chǎn)區(qū)的方�,有利于葡萄酒市�(chǎng)的健康發(fā)�。向伶俐等人采用�、中紅外光譜的貝葉斯信息融合技�(shù)�(duì)葡萄酒原�(chǎn)地�(jìn)行快速識(shí)�,建模集�(zhǔn)確率�87.11%,檢�(yàn)集準(zhǔn)確率�90.87%,提高判別的�(zhǔn)確度,為葡萄酒原�(chǎn)地真?zhèn)巫R(shí)別提供了一種高效低成本的新方法�
  此外,利用紅外光譜對(duì)白酒年份與香型鑒別也有十分效。因不同香型白酒的成分有所差異,其紅外光譜也不盡相同,可根�(jù)紅外光譜差異鑒別不同年份的白��
  蜂蜜檢測(cè)分析
  我國蜂蜜�(zhì)量參差不�,摻假現(xiàn)象也較為�(yán)重。孫燕等利用中紅外圖譜分析儀�(jié)合化�(xué)�(jì)量軟件建立饒河黑蜂蜂蜜產(chǎn)地真假判別模型判別饒河本地的蜂蜜樣品和其它地區(qū)蜂蜜樣品,準(zhǔn)確率�(dá)90.3%,為蜂蜜�?zhèn)舞b別提供了一種有效的方法�
  谷類檢測(cè)分析
  近年�,少�(shù)造假者頻頻在陳舊大米中涂抹摻加植物油、礦物油,增加其亮度和光�,冒充優(yōu)�(zhì)新鮮大米銷售,嚴(yán)重危害消�(fèi)者身心健�。張耀武等利用紅外光譜�(duì)涂有和摻有礦物油的大米�(jìn)行定性鑒別。將分離出含有礦物油的試樣�(jìn)行紅外光譜測(cè)�,未出現(xiàn)1745cm-1脂C=O的伸縮振�(dòng)吸收�1000~1300cm-1伸縮振動(dòng)吸收,證明該試樣中含有直鏈烷烴的礦物�。文中指出該方法可用于對(duì)大米、餅�、瓜子和食用油中是否摻加工業(yè)礦物油的鑒定�
  糧食在高溫高濕條件下極易�(fā)霉變�(zhì),不僅造成�(jīng)�(jì)損失還嚴(yán)重威脅人畜健�。劉凌平等利用傅里葉變換衰減全反射紅外光譜技�(shù)�(jié)合化�(xué)�(jì)量學(xué)方法(ART-FTIR�,對(duì)稻谷�7種常見有害霉菌�(jìn)行了快速鑒�,建立的線性判別分析和偏最小二乘判別分析模型對(duì)7種不同類別菌株的留一交互�(yàn)證整體正確率分別�(dá)�87.1%�87.3%,表明ART-FTIR技�(shù)技�(shù)可用于谷物中霉菌不同屬間的快速鑒�,尤其對(duì)不同菌屬的霉菌具有良好的判別效果�
  果蔬檢測(cè)分析
  果蔬中農(nóng)藥殘留快�、高效的檢測(cè)技�(shù)是當(dāng)前食品安全控制關(guān)注的重大問題。朱春艷用傅里葉紅外光譜技�(shù)�(duì)敵百蟲和辛硫磷兩種農(nóng)藥的紅外光譜�(jìn)行了�(cè)量和分析,驗(yàn)證了FTIR/ATR技�(shù)快速檢�(cè)蔬菜中有�(jī)磷農(nóng)藥殘留的可行性,�(cè)定敵百蟲的的檢測(cè)限為0.2×10-6(體積分?jǐn)?shù)�,相�(guān)系數(shù)�0.9141,辛硫磷的檢�(cè)限為0.02×10-6,相�(guān)系數(shù)�0.9036,為果蔬�(nóng)藥殘留檢�(cè)提供了一種方�、快�、準(zhǔn)確的方法�

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