FTIR-的基本原理与结构

FT-IR基本理论和系统结构ThermoFisher分子光谱部2012-7-32红外光谱概述•傅里叶变换红外光谱仪•FourierTransformInfraredSpectrometer（简写为FTIRSpectrometer）•是基于对干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而开发的红外光谱仪3101010101010101097531-1-3-5WavenumbersX射线紫外可见近红外中红外远红外微波无线电波Wavelengthinmicrons核转变电子跃迁分子振动1010101010101010跃迁-5-3-113579转动红外光谱概述4红外光谱概述•红外光区的划分红外光谱波长范围约为0.75~1000µm，一般换算为波数。根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光区分为三个区：近红外光区（0.75~2.5µm）13158-4000cm-1分子化学健振动的倍频和组合频。中红外光区（2.5~25µm）4000~400cm-1化学健振动的基频远红外光区（25~1000µm）400-10cm-1骨架振动，转动5红外光谱概述振动频率与光的频率匹配1520253035404550556065707580859095100%T1000150020002500300035004000cm-1红外光分子吸收能量谱图6ClHNN红外光谱概述•偶极矩发生变化，有红外吸收•偶极距为零没有红外吸收7CCCC伸缩振动弯曲振动BendingTwistingC+-1520253035404550556065707580859095100%T1000150020002500300035004000cm-1红外光谱概述8100015002000250030003500Wavenumbers(cm-1)指纹区官能团区红外光谱概述随着化学键的增加，光谱变得越来越复杂9傅立叶红外光谱仪的结构•傅立叶光谱仪的主要组成1光源2干涉仪及分束器3检测器4主控板5激光器10傅立叶红外光谱仪的结构11傅立叶红外光谱仪的结构－－iS10IS10的内部结构图摩擦更小的动态准直干涉仪HeNe激光验证轮中红外光源CaF2涂覆的KBr窗片DLA-TGS检测器金刚石切削光镜光阑外光路12傅立叶光谱仪的结构－iN1013傅立叶光谱仪的结构－－iN10室温DTGS检测器MCT-A检测器自动聚焦X-Y自动平台自动聚焦的聚光镜光束调节光路(vignetting控制)标准的外光路X-Y光阑单检测器用FT-IR光学元件，密封干燥模块14傅立叶红外光谱仪的结构15傅立叶红外光谱仪的工作原理16傅立叶红外光谱仪的工作原理•同相–相长干涉•异相–相消干涉+=+=17检测器傅立叶红外光谱仪的工作原理定镜l0-l干涉仪动镜IR光源分束器BM光程差=0BMBF=BF18傅立叶红外光谱仪的工作原理Detector定镜干涉仪动镜l0-lIRSource分束器BM光程差=1/4BM-1/8BF=BF检测器19傅立叶红外光谱仪的工作原理定镜检测器干涉仪动镜l0-lIRSource分束器光程差=1/2BM-1/4BF=BMBF20定镜分束器0-检测器干涉仪IR光源傅立叶红外光谱仪的工作原理动镜21光程差傅立叶红外光谱仪的工作原理电压01/41/23/422傅立叶红外光谱仪的工作原理DataPoints单色光的干涉多色光的干涉020406080100120140-1.0-0.50.00.51.0010002000300040005000-3-2-101234DataPointsDataPointsVoltsVolts“干涉图”23傅立叶红外光谱仪的工作原理FFT干涉图（时间域）光谱（频率域）010002000300040005000-3-2-101234DataPoints5001000150020002500300035004000510152025303540Wavenumbers24傅立叶红外光谱仪的工作原理170018001900210022002300-3-2-101234DataPointsVolts170018001900210022002300-3-2-101234DataPointsVolts5001000150020002500300035004000510152025303540WavenumbersEmissivity5001000150020002500300035004000510152025303540WavenumbersEmissivitybkg:FFTsam:FFT50010001500200025003000350040002030405060708090WavenumbersTransmittanceRatio干涉图能量图光谱25傅立叶红外光谱仪的工作原理•FT-IR的特点：•（1）扫描速度快•扫描时间内同时测定所有频率的信息•（2）具有很高的分辨率•（3）灵敏度高•不用狭缝和单色器,更高的能量通过•（4）高精度优点26傅立叶红外光谱仪的工作原理扫描次数信噪比分辨率峰的分辨能力增益检测器信号动镜速度信号强度光阑光通量27傅立叶红外光谱仪的采样原理透射反射Io=RoIo=0o28傅立叶红外光谱仪的采样原理Io=RoSDDDD衰减全反射(ATR)漫反射(DRIFTs)镜反射29傅立叶红外光谱仪的采样原理1最基本的采样方式2适合于所有的样品：固态，液态，气态3用于样品的定性，定量分析4特点：灵敏度高5经济成本低透射原理30傅立叶红外光谱仪的采样原理由于玻璃，石英等常规透明材料不能透过红外线，因此红外吸收池必须采用特殊的透红外材料制作如：NaCl，KBr和CsI等作为窗口。固体粉体样品可以直接与KBr混合压片，直接进行测定。透射原理31傅立叶红外光谱仪的采样原理傅立叶红外光谱仪的采样原理透射原理32傅立叶红外光谱仪的采样原理ATR原理33傅立叶红外光谱仪的采样原理光密到光疏，折射角入射角临界角sinα2=n2/n1折射光光强为零，全反射α增大α临界角ATR原理34傅立叶红外光谱仪的采样原理ATR法主要特点:1选用最多的无损红外采样附件几乎或完全不用样品制备，特别适用于测定不易溶解、熔化、难于粉碎的弹性或粘性样品，如涂料、橡胶、合成革、聚氨基甲酸乙酯等表面及其涂层。有利于表面薄膜、涂层样品的测定。2选用附件的注意事项光谱范围，样品的形态（固态液态胶状），化学特性（如酸碱性），样品的硬度3容易操作ATR原理35傅立叶红外光谱仪的采样原理ATR原理原始谱图ATR校正谱图36傅立叶红外光谱仪的采样原理漫反射原理这些接触样品微粒表面后被漫射或散射出来的光具有吸收－衰减特性。37傅立叶红外光谱仪的采样原理漫反射附件38红外光谱仪的应用及采样的基本原则•傅立叶变换红外光谱仪目前比较集中的应用领域有以下几个方面：(1)在医药化工行业上的应用(2)在高分子材料研究上的应用(3)在石油化工行业上应用(4)在矿物学领域的应用(5)在材料生产领域上的应用(6)在生物医学研究方面的应用(7)在半导体材料领域上的应用(8)在刑侦鉴定上的应用(9)在气体分析方面的应用(10)在大气环境监测上的应用39红外光谱仪的应用及采样的基本原则在法庭科学领域，红外光谱法更成为比对分析的主要方法之一，广泛应用于刑事案件、交通肇事案件等有关物证分析，为侦查工作和法庭审判提供证据。1物证样品的定性判别样品谱图与标准谱库之间的比对2物证样品之间的同一性判别两张以上的谱图之间的比对40红外光谱仪的应用及采样的基本原则1用于主机的样品检测2用于显微红外的样品检测41红外光谱仪的应用及采样的基本原则