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傅里葉紅外光譜儀的工作原理涉及多個方面

更新時間:2025-05-21  |  點擊率:515
  傅里葉紅外光譜儀是一種在化學分析領域占據重要地位的儀器,它基于物質對不同波長紅外輻射的吸收特性,實現對分子結構和化學組成的深入分析,其工作原理涉及多個關鍵步驟,光源發出的紅外光經過單色器后成為特定波長的光,照射到待測樣品上。當紅外光的頻率與分子中某些基團的振動頻率相同時,分子會吸收紅外光的能量,導致透射光的強度減弱。探測器負責測量透射光的強度變化,并將這些信息轉化為電信號,再由計算機處理系統進行分析和處理,得到紅外光譜圖。
 
  從結構上看,傅里葉紅外光譜儀通常由光源、單色器、探測器和計算機處理信息系統等部分組成。常見的光源有能斯特燈、硅碳棒和鎳鉻絲等。能斯特燈在室溫下為非導體,加熱至約800°C時成為良導體,但其在約1400°C時會因腐蝕而損壞,且操作不便,需要預熱。硅碳棒則在低電壓下即可達到微紅熱狀態,具有堅固、廉價且壽命長的優點,啟動迅速,但需注意防止過度冷卻時的熱震破裂。鎳鉻絲光源具有強度高、耐用性好的特點,可在較高溫度下工作,適用于需要高亮度和穩定性的應用場景。
 
  單色器的作用是將光源發出的連續紅外光分解成單一波長的光,以便對樣品進行特定波長的掃描。它通常由入射狹縫、準直鏡、色散元件(如光柵或棱鏡)、反射鏡和出射狹縫等組成。通過準確的機械裝置或電子控制系統,單色器能夠準確地選擇和調節所需的波長,確保進入樣品的光是單一且純凈的。
 
  探測器則是將透射過樣品的光信號轉化為電信號的關鍵部件。常用的紅外探測器包括熱電偶、熱釋電探測器和光電導探測器等。熱電偶利用溫差電效應,當紅外光照射到熱電偶的一端時,該端溫度升高,與另一端產生溫差,從而產生熱電動勢,其響應速度較慢,但靈敏度較高。熱釋電探測器則基于熱釋電效應,當溫度變化導致晶體表面電荷變化時,會產生可測量的電信號,它具有較快的響應速度和較寬的動態范圍。光電導探測器利用半導體材料的光電導效應,當紅外光照射到半導體材料上時,材料的電導率發生變化,從而產生電信號,其靈敏度和響應速度都較高,但通常需要在低溫下工作。
 
  計算機處理系統負責控制儀器的各個部件,如光源的開關、單色器的波長調節、探測器的信號采集等,并對采集到的信號進行處理和分析。通過專門的軟件,計算機可以將電信號轉換為紅外光譜圖,并進行基線校正、峰識別、數據擬合等操作,幫助用戶快速準確地獲取樣品的化學信息。
傅里葉紅外光譜儀
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