第三課

前兩節課：【第一課】什么是紅外光譜方法、【第二課】如何進行紅外光譜結構解析，孫素琴教帶我們學習了紅外光譜的前世今生，以及紅外光譜的理論基礎。相信小伙伴們都有所收獲，今天咱們將跟隨另一位清華大學紅外光譜專家周群老師，繼續我們的紅外光譜學習。

紅外光譜儀

1、紅外光譜儀的基本組成：光源、樣品倉、分光系統和檢測2、主要紅外光譜儀類型(1)色散型紅外光譜儀光柵分光優點：相比于棱鏡 ：相比于棱鏡，提高了分辨能力 ，提高了分辨能力，擴大了測量范圍 ，擴大了測量范圍。缺點：需要隨著光柵轉動而逐點收集 ：需要隨著光柵轉動而逐點收集，掃描速度較慢 ，掃描速度較慢。?(2)傅里葉變換紅外(FTIR)光譜儀

兩種類型紅外光譜儀的比較

色散型紅外光譜儀使用棱鏡或光柵將光束按波長分散于不同的空間位置，通過光路元件的轉動，不同波長的光束依次進入檢測器，記錄不同波長光的強度，得到整張光譜。傅里葉變換紅外光譜儀通過干涉儀使不同波長光的信號強度具有不同的時間周期，所有波長光同時進入檢測器，通過傅里葉變換計算對總光強度信號進行拆分，提取出不同波長光的強度信號，得到整張光譜。傅里葉變換紅外光譜儀的優勢??多通道優勢(Fellgett advantage)：測試速度快??光通量優勢(Jacquinot advantage)：信噪比高??波數精密度優勢(Connes advantage)：重復性好

簡單的比較：

如果以4 cm-1分辨率測試4000-400 cm-1區域的紅外光譜，大約有900個分辨單元，傅里葉變換紅外光譜儀完成該測試所需要的時間只是色散型儀器的1/900，而信噪比是后者的30倍；如果將分辨率提高到1 cm-1，傅里葉變換紅外光譜儀用1秒鐘時間即可完成色散型儀器1小時的測試工作，而且信噪比是后者的60倍！

傅里葉變換紅外光譜儀

傅里葉變換紅外光譜儀主要性能指標

主要性能指標有分辨率、信噪比、穩定性、波數精密度、波數準確度和光度準確度。1、分辨率每臺傅里葉變換紅外儀都有確定的最佳分辨率，但實際測量時很少使用最佳分辨率。因為獲得較高的分辨率需要限制光束的孔徑，導致光通量降低，要保持信噪比不變，就需要增加掃描時間和次數。每臺儀器的分辨率是分檔可選的，常見的分辨率檔次?，常見的分辨率檔次為：64、32、16、8、4、2、1、0.5、0.25、0.125、0.0625cm^-1。固體、液體和常壓下氣體的振動吸收峰半高寬都在?、液體和常壓下氣體的振動吸收峰半高寬都在4cm^-1以上，所以一般中紅外光譜測試分辨率到 ，所以一般中紅外光譜測試分辨率到4 cm^-1即可。?可以通過測試一氧化碳、水蒸汽等氣體樣品的光譜以?、水蒸汽等氣體樣品的光譜以檢查儀器的最高分辨率。根據2010版《中國藥典》的規定，在使用4cm^-1分辨率時，聚苯乙烯薄膜的紅外光譜在3110-2850 cm^-1區域應該出現7個吸收峰，分別是3103、3060、3026和3002cm^-1附近的苯環C-H伸縮振動吸收峰，2924和2850 cm^-1附近的亞甲基C-H反對稱和對稱伸縮振動吸收峰。另外，2850cm^-1附近波峰與2870cm^-1附近波谷的透過率之差不應小于18%，1583 cm^-1附近波峰與1589 cm-1附近波谷的透過率之差不應小于12%。2、信噪比信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR)是判斷一臺紅外光譜儀性能好壞的非常重要的技術指標。紅外光譜儀的信噪比可以用100%線的噪聲水平來衡量。在掃描光譜背景后，不放置任何樣品而進行光譜掃描，即可得到儀器的100%線。理想情況下，不放置任何樣品時的單光束譜譜圖與背景單光束譜圖完全一樣，因此光譜應該為一條透過率為100%的直線，但是各種噪聲的存在使得實際情況并非如此。100%線的透過率在不同波數處的變異程度就反映了儀器的噪聲水平，可以用峰-峰值或者均方根值來表示。100%線上一定波數區域內所有數據點的透過率最大值與最小值之差就是峰值噪聲水平，這些數據點的透過率所組成的集合的標準差就是均方根值噪聲水平，噪聲水平的峰值一般是均方根值的5倍左右。一般測量參數：4 cm^-1分辨率，1分鐘測試，2200-2000 cm^-1區域，數據點間隔為2 cm^-1。3、穩定性紅外光譜儀的穩定性可以用100%線的重復性和傾斜程度來衡量。4、波數精密度、波數和光度準確度傅里葉變換紅外光譜儀中使用He-Ne激光控制干涉儀的移動速度與采樣位置，該激光的波長(632.8nm)同時也可以作為參照標準對波數誤差進行一定程度的校正，使得傅里葉變換紅外光譜儀的波數精密度一般優于0.01cm^-1。波數準確度需要用標準物質進行檢查。有些儀器中內置某些參考物質，方便了校正操作，提高了測量結果的波數準確度。光度準確度也需要用標準物質進行檢查。光束能量、切趾函數等因素會影響吸收峰的光度準確度。真實吸收峰的吸光度越高，受到的影響越顯著，測量值偏離比爾定律也越嚴重。一般情況下，光譜峰真實吸光度小于0.7(透過率高 于20%)時，其表觀吸光度與濃度基本成線性關系。

近紅外光譜儀

1、激光二極管型

LED發出的不是單色光，波長分辨能力有限。可用于特定氣體、水分、色度等樣品的分析。

2、濾光片型

轉動濾光片輪，依次使特定波長的光透過濾光片。波長分辨能力有限，可檢測的波長數目決定于濾光片的數量。

3、光柵陣列型

4、光柵掃描型

5、AOTF型

聲光可調濾光器(Acousto-optic tunable filter, AOTF)是一種基于聲光效應的電光調制分光器件。聲波在各向異性介質(TeO2等單軸雙折射晶體)中傳播時使后者產生相應的彈性形變，從而使介質折射率產生周期性變化，形成等效的相位光柵，相當于光柵常數等于聲波波長的透射光柵。通過電信號的調諧即可改變輸出光的波長、強度和傳播方向。

6、阿達瑪變換型

常規測量中檢測器每次只檢測一個分辨單元的信號強度，而阿達瑪變換(Hadamard Transform, HT)多通道檢測技術可以同時檢測多個分辨單元的組合信號總強度。在相同實驗條件下，經阿達瑪變換后，信噪比提高到原來的(n+1)/2n1/2倍。

7、傅里葉變換型

8、多通道傅里葉變換型

傳統傅里葉變換是基于動鏡掃描的時間調制干涉，而多通道傅里葉變換是基于陣列檢測器的空間調制干涉，兼具多通道分析器和傳統傅里葉變換光譜儀的優點。

近紅外光譜儀器性能指標

1、波長范圍??長波區?1100～2500 nm，信息量多，吸光系數高，靈敏度高??短波區 780～1100 nm，信息量少，吸光系數小；穿透力強，成本低2、分辨率3、波長準確性/重復性4、吸光度準確性/重復性5、吸光度噪聲6、吸光度線性范圍7、基線穩定性和平直性8、雜散光

遠紅外光譜儀器

紅外光譜儀聯用技術

1、氣相色譜-紅外光譜聯用技術(GC-IR)

2、熱重-紅外光譜聯用技術(TG-IR)

3、TG-IR-GC/MS

4、傅里葉變換紅外光譜/拉曼光譜

5、紅外顯微鏡與紅外成像系統

色譜與紅外光譜聯用的優勢

相對于各種分析技術獨自使用時，聯用技術可以獲得更豐富的樣品信息。在分析某個混合物樣品時，色譜可以將混合物分離成不同的組分并測定其含量，但是無法知道每種組分的分子結構；紅外光譜可以給出一定的混合物成分信息，但是不能完全清楚所有成分的分子結構和含量；只有將色譜與紅外光譜聯用，混合物樣品經色譜分離出的各種組分進入紅外光譜或質譜儀器進行分析，才能準確知道樣品中各種成分的分子結構與含量。

思考與討論

紅外光譜的結構原理、組成、主要性能以及常用類型都介紹完了，小析姐出個思考題給大家：請簡述傅里葉變換紅外光譜儀的主要組成部分及其功能，歡迎小伙伴們分享自己的想法。下一課，周群老師將會和大家分享“最接地氣”的干貨：紅外光譜儀的驗收與管理，敬請期待。

(作者：周群 清華大學；編輯：小析姐)

與小析姐交流請添加微信：

18201399725

投稿請發送郵件到

zhaomin@vogel.com.cn?

(歡迎業內人士踴躍投稿，將您的文章分享給大家)

總結

以上是生活随笔為你收集整理的光谱 波长_【第三课】红外光谱仪及其联用技术的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。