作为物质结构分析及鉴别的重要手段，红外光谱仪特别是傅立叶变换红外光谱仪已在各领域得到广泛的推广和应用。本文结 合多方理论资料和数据，重点对傅立叶变换红外光谱仪基本原理及结构进行了分析和研究，并以医疗和石油领域为例，简要叙述了 其具体的应用情况。

1、概述

第一代红外光谱仪亦称红外分光光度计是由辐射源、吸收 池、单色器(岩盐棱镜)、检测器及记录仪等主要部件组成。第二代 红外光谱仪用衍射光栅取代了易吸潮损坏及分辨率低的岩盐棱 镜作为单色器。20世纪70年代以后诞生了傅立叶变换红外光谱 仪(FT—IR)，属于第三代红外光谱仪。它以干涉仪取代了传统的 单色器，通过计算机进行傅立叶变换得到化合物的红外光吸收图 谱，具有很高的分辨率和极快的扫描速度，其灵敏度比光栅型红外 光谱仪高两个数量级，也使得色谱一红外吸收光谱的联用成为现 实。目前使用的红外光谱仪主要是傅立叶变换红外光谱仪。

2、工作原理及主要部件

傅立叶变换红外光谱仪是由光学测量系统、计算机数据处 理系统、计算机接口及电子控制系统等几部分组成，其中光学测 量系统由辐射光源、Michelson干涉仪及检测器等所组成。由光源 发出的红外辐射，通过干涉仪产生干涉光，透过样品后，得到带 有样品信息的干涉图。干涉图包含光源的全部频率和与该频率 相对应的强度信息，所以，如有一个有红外吸收的样品放在干涉 仪的光路中，由于样品能吸收特征波数的能量，结果所得到的干 涉图强度曲线就会相应地产生一些变化。包括每个频率强度信 息的干涉图，用计算机数据处理系统进行干涉图函数的傅立叶 余弦变换，再经计算机接口系统进行数字一模拟信号的转换，就 得到了样品吸收强度或透过率对波数变化的红外吸收光谱图。

2.1辐射源(光源）

FT-IR仪器使用的红外光源与色散型红外光谱仪相同，通常 是一种惰性固体，通电加热使之发射高强度的连续红外辐射，如硅 碳棒、Nernst灯及一些新材料制作的光源逐渐取代了传统光源。

2.2干涉仪

傅立叶变换红外光谱仪光学测量系统的重要部件，多种频 率的光进入干涉仪后，形成相干光而得到干涉图。

2.3检测器

目前采用的主要为热电型和光电导型检测器。由于丌一 IR 的全程扫描小于1s，一般检测器的响应时间不能满足要求。因 此，多用热电型硫酸三甘肽(TGS)或光电导型如汞镉碲(MCT)检测 器，这些检测器的响应时间约为lus。

2.4吸收池

由可透过红外光的NaCl、KBr、CsI、KRS-5等材料制成窗片。 其形式有固体压片、气体池和液体池，根据样品的形状和性质可 采用不同方法，固态样品可直接采用光谱纯的KBr稀释后，压制 成透明的窗片即可测定；对于气体和液体可采用气体池和液体 池法。

2.5 计算机数据处理系统

使用计算机进行傅立叶转换计算，将带有光谱信息的干涉 图的时域函数，转换成以波数为横坐标频域函数，最后由接口系 统的数模转换电路还原出样品对红外光的吸收图谱。

3、仪器性能

红外光谱仪的性能指标有：分辨率、波数的准确度与重复 性、透过率的准确度与重复性。前两项为仪器的最主要指标。

3.1分辨率

一般采用在某波数处怡能分开两个吸收峰的波数差为指 标。例如：P—E1800型Fourier变换红外分光光度计(FT—IR)的分 辨率优于0.2cm-1(全光谱范围)。也可采用一些简便的表示法：① 测某一样品在某一波数区间所能分辨出的峰数；②一定波数处相 邻峰的分辨深度。常用聚苯乙烯薄膜为试样，《中国药典》(2005 年版）中要求在3110—2850cm-1区间应能分出七个峰，峰 2851cm-1与谷2870cm-1的之间的分辨深度不小于18%，峰 1583cm-1与谷1589cm-1的之间的分辨深度不小于12%。

3.2波数准确度与重复性

通常将仪器测定所得波数与文献值比较，其差值称为波数准 确度；将多次重复测量(3 ~ 5次)所得同一吸收峰的最大值与最小 值之差称为波数重复性。常用聚苯乙烯薄膜检查。

4、傅立叶变换红外光谱仪的特点

(1)扫描速度极快在整扫描时间内同时测定所有频率的信 息，一般只要1s左右即可。因此，它可用于测定不稳定物质的红 外光谱，还可用于对快速反应过程的追踪，也便于和色谱法联用。

(2)具有很高的分辨率，能达0.1~0.005cm-1。

(3)灵敏度高因为傅立叶变换红外光谱仪没有狭缝和单色 器，反射镜面又大，故能量损失小，到达检测器的能量大，可检测 10-8g数量级的样品。

除此之外，还有光谱范围宽(1000~10cm-1)；测量精度高，重 复性可达0.1%;杂散光干扰小；样品不受因红外聚焦而产生的热 效应的影响等特点。

5、应用情况分析

5.1医学及药学领域的应用

鉴于每个化合物都有自己独特的红外光谱，除特殊情况外, 目前尚未发现两种不同的化合物具有相同的红外光谱，所以红 外光谱为药品质量的监测提供了快速准确的方法。如药材天麻、 阿胶，西药红霉素、环磷酰胺的监测和抗肝炎药联笨双酯同质异 晶体的研究。

傅立叶变换红外光谱仪在临床疾病检测方面也有广泛的应 用，如利用红外光谱法对冠心病、动脉硬化、糖尿病、癌症的检 测。红外光谱法测定蛋白质基体中的葡萄糖含量。以及用FT- Raman光谱在700~1900cm-1处的差异，对胃、牙齿、血管、肝等人 体组织的研究可用于体内诊断。

5.2石油化学分析领域的应用

傅立叶变换红外光谱仪在石油化学中的应用是一个十分广 泛的领域，如在重油的组成、性质与加工方面,应用IR表面自硅 胶色谱得到的胶质和沥青质。红外光谱仪在润滑油及其应用方 面的进展体现在：用于鉴别未知油品和标定润滑油的经典物理 性质(如粘度、总酸值、总碱值);被纳入以设备状态监测为目的的 油液分析计划，用于表征在用油液的降解和污染程度；油润滑表 面摩擦化学过程及产物的原位监测与表征。

近年来，随着傅立叶变换红外光谱仪在国民经济各领域的推 广和应用，对其原理及结构的深入分析和研究已成为业界广泛关 注的热点问题。因而在平时的工作实践中，不断加强对其构成光 源、干涉仪、检测器及数据处理等各系统进行研究和改进具有非 常重要的现实意义。

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