红外（IR）光谱仪的核心由四个基本组成部分构成：红外辐射源、样品室、按波长分离光的方法（干涉仪或单色器）和检测器。这些部件按顺序工作，使红外光束穿过样品并测量材料化学键吸收的特定光频率。
红外光谱仪的根本目的不仅仅是观察样品的外观，而是了解其分子特性。每个组件在将化学键的不可见振动转化为独特的谱图指纹方面都发挥着关键作用。
光路：FTIR光谱仪的工作原理
现代红外光谱学几乎完全采用傅里叶变换（FTIR）方法，因为它具有卓越的速度和灵敏度。以下组件描述了光通过典型FTIR仪器的路径。
光源：产生光
该过程始于一个光源，它发出宽广、连续的中红外能量谱。这通常是一个被加热到白炽状态（约1000-1800 °C）的惰性固体。
常见的光源包括碳化硅棒（Globar）或能斯特灯丝（Nernst glower）（一种陶瓷圆柱体）。关键是在整个感兴趣的范围内产生稳定、高强度的辐射。
干涉仪：调制频率
这是FTIR光谱仪的核心。干涉仪（最常见的是迈克尔逊干涉仪）不是滤除不需要的频率，而是同时调制整个光束。
它将红外光束分成两条路径。一束光以固定距离传播，而另一束光则从一个来回移动的镜子反射。当两束光重新组合时，它们相互干涉，产生一个独特的信号，称为干涉图。
该干涉图包含光谱中每个频率的强度信息，所有这些信息都编码在一个随时间测量的单一信号中。
样品：相互作用点
来自干涉仪的调制光束随后穿过样品室。在这里，红外辐射与样品的分子相互作用。
当辐射频率与化学键的自然振动频率（例如，C=O双键伸缩）匹配时，分子会吸收该能量。所有其他频率则不受影响地穿过。
检测器：测量剩余光
穿过样品后，衰减的光束撞击检测器。检测器的任务是测量干涉图信号的强度。
常见的检测器包括氘代三甘氨酸硫酸盐（DTGS），它是一种可靠的室温检测器；以及更灵敏的碲镉汞（MCT）检测器，它需要液氮冷却。
计算机：将数据转换为光谱
检测器将测量的干涉图——一个复杂的强度与镜子位置信号——发送到计算机。这些原始数据无法直接解释。
计算机执行一种称为傅里叶变换的数学运算。该算法立即将时域干涉图解卷积为熟悉的频域光谱，绘制透射率或吸光度与波数（cm⁻¹）的关系图。这个最终图就是揭示样品分子指纹的红外光谱。
FTIR方法的关键优势
FTIR仪器的设计比旧的、较慢的色散方法（该方法使用光栅或棱镜（单色器）逐个扫描频率）具有显著优势。
多路复用（费尔盖特）优势
FTIR仪器同时测量所有频率，而不是一次测量一个。这意味着可以在大约一秒钟内获得完整的光谱。这种速度允许进行信号平均——进行多次扫描并取平均值，从而显著降低随机噪声并提高数据质量。
通量（雅基诺）优势
色散仪器需要狭缝来选择单个波长，这会阻挡大部分光线到达检测器。FTIR的限制性孔径较少，允许更多的光源能量到达检测器。这会产生更强的信号和更高的灵敏度。
科恩斯优势
FTIR仪器使用单频氦氖激光作为内部参考，以精确跟踪移动镜的位置。这提供了极高的波数准确性和精密度，使光谱高度可靠和可重复。
这如何指导您的分析
了解这些组件有助于您解释结果并选择正确的分析方法。
- 如果您的主要重点是识别未知化合物：FTIR的高波数准确性（科恩斯优势）对于将您的光谱与参考库进行可靠匹配至关重要。
- 如果您的主要重点是量化弱吸收剂或痕量成分：通过信号平均（费尔盖特优势）获得的卓越信噪比允许准确测量非常小的峰。
- 如果您的主要重点是研究反应动力学：FTIR的快速扫描能力使您能够随时间收集多个光谱，有效监测反应物的消失和产物的出现。
通过了解每个组件如何对最终光谱做出贡献，您可以更深入地了解数据及其所代表的分子世界。
总结表：
| 组件 | 主要功能 | 常见示例 |
|---|---|---|
| 光源 | 产生宽广的红外辐射 | Globar (SiC), 能斯特灯丝 |
| 干涉仪 | 调制光；创建干涉图 | 迈克尔逊干涉仪 |
| 样品 | 与红外光相互作用；吸收特定频率 | 固体、液体或气体 |
| 检测器 | 测量剩余光的强度 | DTGS (室温), MCT (冷却) |
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