傅里叶变换红外(Fourier Transform Infrared,FTIR)光谱仪主要由红外光源、分束器、干涉仪、样品池、探测器、计算机数据处理系统、记录系统等组成,是干涉型红外光谱仪的典型代表,不同于色散型红外仪的工作原理,它没有单色器和狭缝,利用迈克尔逊干涉仪获得入射光的干涉图,然后通过傅里叶数学变换,把时间域函数干涉图变换为频率域函数图(普通的红外光谱图)。
(1)光源:傅里叶变换红外光谱仪为测定不同范围的光谱而设置有多个光源。通常用的是钨丝灯或碘钨 灯(近红外)、硅碳棒(中红外)、高压汞灯及氧化钍灯(远红外)。
(2)分束器:分束器是迈克尔逊干涉仪的关键元件。其作用是将入射光束分成反射和透射两部分,然后 再使之复合,如果可动镜使两束光造成一定的光程差,则复合光束即可造成相长或相消干涉。 对分束器的要求是:应在波数v处使入射光束透射和反射各半,此时被调制的光束振幅最大。根据使用 波段范围不同,在不同介质材料上加相应的表面涂层,即构成分束器。
(3)探测器:傅里叶变换红外光谱仪所用的探测器与色散型红外分光光度计所用的探测器无本质的区 别。常用的探测器有硫酸三甘钛(TGS)、铌酸钡锶、碲镉汞、锑化铟等。
(4)数据处理系统:傅里叶变换红外光谱仪数据处理系统的核心是计算机,功能是控制仪器的操作,收集 数据和处理数据。
具有很高的分辨率 分辨率是红外光谱仪的主要性能指标之一,是指光谱仪对两个靠得很近的谱线的辨别能力。一般棱镜式红外分光光度计的分辨率在1000cm-1处为3cm-1。光栅式仪器在1000cm-1处可达0.2cm-1,而傅里叶变换红外光谱仪在整个光谱范围内可达0.1cm-1~0.005cm-1。它的分辨率与仪器的光程差有关,光程差越大,仪器的分辨率越高,即动镜扫描的距离越长,分辨率越高,但扫描时间也随之增加。利用其高分辨率的特性,可以研究因振动和转动吸收带重叠而导致的气体混合物的复杂光谱。在一般材料分析中,不需要高分辨率。相应地,FTIR光谱仪均有多档分辨率供用户据实际需要随用随选。 波数精度高 波数是红外定性分析的关键参数,因此仪器的波数精度非常重要。因为干涉仪的动镜可以被很精确地驱动,所以干涉图的变化很准确,同时动镜的移动距离是由He-Ne激光器的干涉条纹来测量的,从而保证了所测的光程差很准确。而现代He-Ne激光器的频率稳定度和强度稳定度都是非常高的,频率稳定度优于5*10-10,因此在计算的光谱中有很高的波数精度和准确度,通常可达到0.01cm-1。 极高的灵敏度 色散型红外分光光度计大部分的光源能量都损失在入口狭缝的刀口上,而傅里叶变换红外仪没有狭缝的限制,辐射通量只与干涉仪的平面镜大小有关,在同样的分辨率下,其辐射通量比色散型仪器大得多,从而使检测器接受的信噪比增大,因此具有很高的灵敏度,可达10-9~10-12g。由于此优点,使傅里叶变换红外光谱仪特别适合测量弱信号光谱。
例如遥测大气污染物车辆、火箭尾气及烟道气等和水污染物例如水面油污染等。此外,在研究催化剂表面的化学吸附也具有很大潜力。 光谱范围宽 傅里叶变换红外仪只要能实现测量仪器的元器件(不同的分束器和光源等)的自动转换,就可以研究整个近红外、中红外和远红外10000cm-1~10cm-1的光谱。这对测定无机化合物和金属有机化合物十分有利。