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FTIR基本结构
复色光的干涉图：当动镜连续往返移动时，检测器的信号将呈现余弦变化 。动镜每移动 距离时，信号则从最强到最弱周期性变化一次。如图（a） 所示。图（b）为另一频率ν2的单色光经干涉仪后的干涉图。如果是频率ν1 、 ν2光一起进入干涉仪，则得到两种单色光干涉图的加合图，如图（c）所 示 。当入射光是连续频率的多色光时，得到的是中心极大而向两侧迅速衰 减的对称干涉图，如图（d）所示。这种干涉图是所有各种单色光干涉图的 总加合图。
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傅立叶变换红外光谱仪
傅立叶变换红外光谱仪（Fourier Transform Infrared Spectrometer ，FTIR光谱仪 ）是第三代红外光谱仪。经过麦克尔逊干涉仪的两束 相干光间的光程差改变，探测器所测得的光强也随之变化，再与样 品作用从而得到干涉图。探测器将得到的干涉信号送入到计算机进 行傅立叶变换的数学处理，把干涉图还原成红外光谱图。
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基本定义与原理
红外光
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基本定义与原理
红外光谱 光谱仪测得的红外光谱是由于分子振动能级（同时伴随转动能级）跃 迁而产生的，其吸收频率对应于分子的振动频率，物质吸收红外辐射应满 足： (1) 辐射光具有的能量应满足物质产生振动跃迁所需的能量 (2) 分子振动时，偶极矩的大小和方向必须有一定的变化 双原子分子振动 为简化讨论，采用谐振子模型来研究双原子分子的振动，即化学键的 振动可近似看作两个刚性小球沿轴线方向的简谐振动。
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基本定义与原理
根据虎克定律： 频率：
K是键力常数， μ是折合质量
任意两个相邻能级之间的能量差为： 能量：
波数：
h是普朗克常数，λ是波长，c是光速。K与键能和键长有关。发生振动能级 跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键力常数，即取决于 分子的结构特征。
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基本定义与原理
表 一些键的伸缩振动的力常数
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红外光谱仪发展史
这两代红外光谱仪属于色散型，利用分光镜将红外光分成两束，一束作为参 考光，一束作为探测光照射样品，两束光交替通过反射镜、入射狭缝进入棱镜（或 光栅），再由出射狭缝进入检测器。当这两束光强度相同时，检测器上的光强差为 0，记录器上没有记录。当通过样品池的红外光被样品吸收而光强减弱时，在检测 器上会显示一个信号，此信号与两光束的强度差成正比。当波长连续改变时，由于 样品对不同波长的光吸收强度不同，就可得到红外光谱图。
傅里叶变换红外光谱仪
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主要内容
• 基本定义与原理
• 红外光谱仪发展史
• 傅里叶变换红外光谱仪
• 红外光谱图解析 • FTIR光谱仪应用 • 主流厂商及仪器
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基本定义与原理
红外光谱仪是以连续变化的各种波长的红外光为光源照射样 品，引起分子振动和转动能级之间的跃迁，从而测得样品的 吸收光谱。
红外光谱仪通常由光源，单色器，探测器和计算机处理信 息系统组成。
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红外光谱仪发展史
第一代 棱镜色散型 对温度、湿度敏感，对环境要求苛刻。 第二代 光栅色散型 60年代，由于光栅刻制和复制技术的发展，出现了光栅色散型红外光谱仪 。分辨率得到了提高，测量波段范围拓宽，环境要求降低。
化学键键能越强（即键的力常数K越大），原子折合质量μ 越小，化学键的 振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。
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基本定义与原理
多原子分子振动
伸缩振动：键长沿键轴方向变化，键角不变。 弯曲振动：键长不变，键角变化，又称为变形振动。 以亚甲基为例，其振动方式和分类如下：
伸缩振动
变形振动
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基本定义与原理
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FTIR基本结构
迈克尔逊（Michelson）干涉仪及其工作原理
是FTIR的核心部件，其作用是将复色光变为干涉光。
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FTIR基本结构
单色光的干涉图：
•当光程差是1/2λ的偶数倍时，两束光相位相同，产生相长干涉，亮度最强 •当光程差是1/2λ的奇数倍时，两束光相位相反，产生相消干涉，亮度最弱 •光程差介于两者之间时，相干光强度也对应介于最强和最弱之间。
棱镜和光栅色散型红外光谱仪原理图
ห้องสมุดไป่ตู้11
红外光谱仪发展史
第三代 干涉型 70年代发展起来，其原理与色散型完全不同，特点是测量速度快，测量范 围宽，精度和分辨率高，典型代表是傅里叶变换红外光谱仪。（原理后面 讲）
第四代 激光红外光源 70年代末开始发展，能量高，单色性好，具有极高的灵敏度，可调激光 既作为光源又省去了分光系统。
• 基频：每一种振动方式都有一个特征频率，叫基频。
• 基频峰：分子吸收红外光后，E0→E1引起的一个吸收峰。 • 倍频峰：分子吸收红外光后，E0→E2、 E0→E3……引起的一系列吸收峰 。倍频峰通常很弱。 • 理论上有几种振动方式就有几个吸收带。
由于原子的种类和化学键的性质不同，以及各化学键所处的环境不同，导 致不同化合物的吸收光谱具有各自的特征。大量实验结果表明，一定的官 能团总是对应于一定的特征吸收频率，即有机分子的官能团具有特征红外 吸收频率。这对于利用红外谱图进行分子结构鉴定具有重要意义，据此可 以对化合物进行定性分析。
Sales School-Phase I
FTIR光谱仪没有色散元件，主要部件有光源、麦克尔逊干涉仪、样 品池、检测器、计算机。
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Lumiere Tech. Ltd.
FTIR基本结构
光源
红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体，用电加热使之发射稳定、 高强度的红外辐射。常用的是硅碳棒、能斯特（Nernst）灯。 硅碳棒 由碳化硅烧结而成的，两端粗中间细，在低电压大电流下工作（ 约4～5A）。耗电功率约200～400W，工作温度为1200～1500℃。优点：发 光面积大，波长范围宽（可低至 200cm-1），坚固、耐用，使用方便及成 本低。缺点：电极触头发热需水冷，工作时间长时电阻增大。
能斯特灯 由稀土氧化物烧结而成的空心棒或实心棒，主要成分为ZrO2（75 ％）、Y2O3、ThO2，参入少量Na2O、CaO或MgO。直径约1～2mm，长度25～ 30mm，两端绕有Pt丝作为导线。功率约50～200W，工作温度1300～1700℃ 。优点：发光强度大，稳定性好，寿命长，不需水冷。缺点：机械性能较 差，脆，操作较不方便，价格较贵。