资料:红外光谱仪分类特点

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资料:红外光谱仪分类特点
  目前主要有两类红外光谱仪:色散型红外光谱仪和Fourier(傅立叶)变换红外光谱仪。

  一、色散型红外光谱

  色散型红外光谱仪的组成部件与紫外-可见分光光度计相似,但对没一个部件的结构、所用的材料及性能与 紫外-

  -可见分光光度计不同。它们的排列顺序也略有不同,红外光谱仪的样品是放在光源和单色器之间;而紫外- -可见分光光度计是放在单色器之后。

  1 . 光源

  红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体,同电加热使之发射高强度的连续红外辐射。常用的是Nernst灯或硅碳棒。Nernst灯是用氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结而成的中空棒和实心棒。工作温度约为1700℃,在此高温下导电并发射红外线。但在室温下是非导体,因此,在工作之前要预热。它的特点是发射强度高,使用寿命长,稳定性较好。缺点是价格地硅碳棒贵,机械强度差,操作不如硅碳棒方便。硅碳棒是由碳化硅烧结而成,工作温度在1200-1500℃左右。

  2 . 吸收池

  因玻璃、石英等材料不能透过红外光,红外吸收池要用可透过红外光的NaCl、KBr、CsI、KRS-5(TlI

  58%,TlBr42%)等材料制成窗片。用NaCl、KBr、CsI等材料制成的窗片需注意防潮。固体试样常与纯KBr混匀压片,然后直接进行测定。

  3 . 单色器

  单色器由色散元件、准直镜和狭缝构成。

  色散元件常用复制的闪耀光栅。由于闪耀光栅存在次级光谱的干扰,因此,需要将光栅和用来分离次光谱的

  滤光器或前置棱镜结合起来使用。

  4 . 检测器

  常用的红外检测器有高真空热电偶、热释电检测器和碲镉汞检测器。

  高真空热电偶是利用不同导体构成回路时的温差电现象,将温差转变为电位差。

  热释电检测器是利用硫酸三苷肽的单晶片作为检测元件。硫酸三苷肽(TGS)是铁电体,在一定的温度以下,能产生很大的极化反应,其极化强度与温度有关,温度升高,极化强度降低。将TGS薄片正面真空渡铬(半透明),背面镀金,形成两电极。当红外辐射光照射到薄片上时,引起温度升高,TGS极化度改变,表面电荷减少,相当于“释放”了部分电荷,经放大,转变成电压或电流方式进行测量。

  碲镉汞检测器(MCT检测器)是由宽频带的半导体碲化镉和半金属化合物碲化汞混合形成,其组成为Hg1-xCdx Te

  ,x≈0.2,改变x值,可获得测量波段不同灵敏度各异的各种MCT检测器。

  5. 记录系统

  二.Fou rier变换红外光谱仪(FTIR)

  ourier 变换 红外光谱仪

  没有色散元件,主要由光源(硅碳棒、高压汞灯)、Michelson干涉仪、检测器、计算机和记录仪组成。

  核心部分为Michelson干涉仪,它将光源来的信号以干涉图的形式送往计算机进行Fourier变换的数学处理,最后将干涉图还原成光谱图。

  它与色散型红外光度计的主要区别在于干涉仪和电子计算机两部分。 下图为Fourier变换 红外光谱仪工作

  原理示意图:

  仪器中的Michelson干涉仪的作用是将光源发出的光分成两光束后,再以不同的光程差重新组合,发生干涉现象。当两束光的光程差为l/2的偶数倍时,则落在检测器上的相干光相互叠加,产生明线,其相干光强度有极大值;相反,当两束光的光程差为l/2的奇数倍时,则落在检测器

  上的相干光相互抵消,产生暗线,相干光强度有极小值。由于多色光的干涉图等于所有各单色光干涉图的加合,故得到的是具有中心极大,并向两边迅速衰减的对称干涉图。

  干涉图包含光源的全部频率和与该频率相对应的强度信息,所以,如有一个有红外吸收的样品放在干涉仪的光路中,由于样品能吸收特征波数的能量,结果所得到的干涉图强度曲线就会相应地产生一些变化。包括每个频率强度信息的干涉图,可借数学上的Fourier变换

  技术对每个频率的光强进行计算,从而得到吸收强度或透过率和波数变化的普通光谱图。

  Fourier变换红外光谱仪的特点:

  (1)扫描速度极快

  Fourier变换仪器是在整扫描时间内同时测定所有频率的信息,一般只要1s左右即可。因此,它可用于测定不稳定物质的红外光谱。而色散型红外光谱仪,在任何一瞬间只能观测一个很窄的频率范围,一次完整扫描通常需要8、15、30s等。

  (2)具有很高的分辨率

  通常Fourier变换 红外光谱仪分辨率达0.1~0.005 cm-1, 而一般棱镜型的仪器分辨率在1000

  cm-1处有3 cm-1 ,光栅型红外光谱仪分辨率也只有0.2cm-1 。

  (3)灵敏度高

  因Fourier变换 红外光谱仪

  不用狭缝和单色器,反射镜面又大,故能量损失小,到达检测器的能量大,可检测10-1g数量级的样品。

  除此之外,还有光谱范围宽(1000~10 cm-1

  );测量精度高,重复性可达0.1%;杂散光干扰小;样品不受因红外聚焦而产生的热效应的影响。


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