以棱镜或光栅作色散元件的仪器虽历史较久且不断改进,但毕竭避限性较大,并因此曾使光电开关红外光谱的谱学中处于弱热。20世纪80年代发生了戏剧性变化,由于快速傅里叶变换算法FFT的发展和推广,加上电子计算机和激光技术的发展,使得傅里叶变换红外光亦测量基本实现了实时显示、记录,它的一系列优越性终于凸现来,商品化傅里叶光谱仪大量涌现,红外光谱进入前所未有的繁荣时代。
FOURIER变换红外光亦仪没有色散元件,主要由光源、检测器、计算机和记录仪组成。核心部分为干涉仪,它将光源来的信号以干涉图的形式送往计算机进行傅里叶变换红外光亦仪变换的数学处理,最后将干涉图还原成光谱图。与色散型红外光亦仪不同,其检测器通常使用光电型红外传感器。
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/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,其相干光强有极大值;相反,当两束光的光程差的奇数倍时,则落在检测器上的相千光相互抵消,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,可借数学上的傅里叶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。
相比于色散型的红外光谱分析仪,傅里叶变换红外光谱仪的特点如下:
1、扫描速度极快。傅里叶变换仪器是在整扫描时间内同时测定所有频率的信自习,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。通常傅里叶变换红外光谱仪分辨率达0.1-0.005cm-1,而一般棱镜型的仪器分辨率有3cm-1,光栅型红外光谱仪分辨率也只有0.2cm-1.
3、灵敏度高。因傅里叶变换红外光谱仪不用狭缝和单色器,反射镜面又大帮能量损失小,到达检测器的能量大,可检测10-8g数量级的样品。
4、除此之外,还有光亦范围宽,测量精度高重复性可达0.1%,杂散光干扰小,样品不受因红外聚集而产生的热效应影响等优点。 |