一.儀器的基本構(gòu)成
1.光源
光源能發(fā)射出穩(wěn)定、高強度、連續(xù)波長的紅外光，通常使用能斯特(Nernst)燈、碳化硅或涂有稀土化合物的鎳鉻旋狀燈絲。
2.干涉儀
邁克耳孫(Michelson)干涉儀的作用是將復(fù)色光變?yōu)楦缮婀?。中紅外干涉儀中的分束器主要是由溴化鉀材料制成的;近紅外分束器一般以石英和CaF2為材料;遠紅外分束器一般由Mylar膜和網(wǎng)格固體材料制成。
3.檢測器
檢測器一般分為熱檢測器和光檢測器兩大類。熱檢測器是把某些熱電材料的晶體放在兩塊金屬板中，當(dāng)光照射到晶體上時，晶體表面電荷分布變化，由此可以測量紅外輻射的功率。熱檢測器有氘代硫酸三甘肽(DTGS),鉭酸鋰(LiTaO3)等類型。光檢測器是利用材料受光照射后，由于導(dǎo)電性能的變化而產(chǎn)生信號，最常用的光檢測器有銻化銦、汞鎘碲等類型。
二.工作原理
用一定頻率的紅外光聚焦照射被分析的樣品時，如果分子中某個基團的振動頻率與照射紅外線頻率相同便會產(chǎn)生共振，從而吸收一定頻率的紅外線，把分子吸收紅外線的這種情況用儀器記錄下來，便能得到全面反映樣品成分特征的光譜，進而推測化合物的類型和結(jié)構(gòu)。20世紀70年代出現(xiàn)的傅里葉變換紅外光譜儀是一種非色散型的第三代紅外吸收光譜儀，其光學(xué)系統(tǒng)的主體是邁克耳孫(Michelson)干涉儀。
邁克耳孫干涉儀主要由兩個互成90o的平面鏡(動鏡和定鏡)和一個分束器組成。固定定鏡、可調(diào)動鏡和分束器組成了傅里葉變換紅外光譜儀的核心部件—邁克耳孫干涉儀。動鏡在平穩(wěn)移動中要時時與定鏡保持90o。分束器具有半透明性質(zhì)，位于動鏡與定鏡之間并和它們呈45o放置。由光源射來的一束光到達分束器時即被它分為兩束，Ⅰ為反射光，Ⅱ為透射光，其中50%的光透射到動鏡，另外50%的光反射到定鏡。射向探測器的Ⅰ和Ⅱ兩束光會合在一起成為具有干涉光特性的相干光。動鏡移動至兩束光光程差為半波長的偶數(shù)倍時，這兩束光發(fā)生相長干涉，干涉圖由紅外檢測器獲得，單色光的干涉如圖14-3所示，結(jié)果經(jīng)傅里葉變換處理得到紅外光譜圖。FTIR的工作原理如圖14-4所示。
單色光的干涉圖和基本方程：
Michelson干涉儀移動時兩鏡相差任意δ時的光強I (δ) ,①當(dāng)O點到動鏡和定鏡的距離相等時無光程差。②當(dāng)O點到兩鏡距離(δ表示)相差λ/4的偶數(shù)倍時為相長干涉，光強加強;相差λ/4的奇數(shù)倍時為相消干涉，光強減弱。發(fā)生在上述
兩種位移之間，部分為相消干涉。
若令I(lǐng)為兩光束干涉后的強度，
則
I(δ) =0. 51(
) cos2πδ/λ
或
I(δ)=0. 51(
)cos2δvπ
光強隨波長變化I(v)而不是光強隨兩鏡距離差變化I(δ)。
依此類推，Ⅰ和Ⅱ兩相干光光程差變化所產(chǎn)生的干涉有如下規(guī)律：光程差為±nλ(n=0,1,2,…)，發(fā)生相長干涉，光程差為n±1/2λ (n=0,1, 2,…)，發(fā)生相消干涉。正號表示動鏡從零位向遠離分束器方向移動;負號表示動鏡從零位向分束器方向移動;零位是動鏡距分束器和定鏡距分束器相等的部位。此時，探測器上檢測到的信號強度為
這就是波數(shù)為
的單色光的干涉圖方程。
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