傅立葉變換紅外光譜儀(Fourier Transform Infrared Spectrometer，簡(jiǎn)寫(xiě)為FTIR Spectrometer)，簡(jiǎn)稱(chēng)為傅里葉紅外光譜儀，是紅外光譜儀器的第三代。以下是對(duì)其原理及應(yīng)用的詳細(xì)介紹：
一、原理
傅里葉紅外光譜儀通過(guò)測(cè)量樣品對(duì)紅外光的吸收來(lái)確定樣品的組成和結(jié)構(gòu)，其工作原理是基于分子存在的所有化學(xué)鍵都有特定的振動(dòng)頻率，這些振動(dòng)頻率可以與紅外光的波長(zhǎng)匹配，因此分子會(huì)吸收紅外光的特定頻率，從而產(chǎn)生峰位。具體過(guò)程如下：
光源：傅里葉變換紅外光譜儀為測(cè)定不同范圍的光譜而設(shè)置有多個(gè)光源。通常用的是鎢絲燈或碘鎢燈(近紅外)、硅碳棒(中紅外)、高壓汞燈及氧化釷燈(遠(yuǎn)紅外)。光源發(fā)出的紅外光經(jīng)準(zhǔn)直為平行紅外光束進(jìn)入干涉系統(tǒng)。
干涉：紅外光通過(guò)干涉儀(邁克爾遜干涉儀)調(diào)整制后得到一束干涉光。邁克爾遜干涉儀的主要功能是使光源發(fā)出的光分為兩束后形成一定的光程差，再使之復(fù)合以產(chǎn)生干涉，所得到的干涉圖函數(shù)包含了光源的全部頻率和強(qiáng)度信息。
樣品吸收：干涉光通過(guò)樣品，樣品吸收部分光線(xiàn)，而另一部分組成參考光，兩者重新相交并繼續(xù)進(jìn)入干涉儀，繼而經(jīng)過(guò)檢測(cè)器進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)。
信號(hào)檢測(cè)與處理：檢測(cè)器將干涉信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，此處的干涉信號(hào)是一時(shí)間函數(shù)，即由干涉信號(hào)繪出的干涉圖，其橫坐標(biāo)是動(dòng)鏡移動(dòng)時(shí)間或動(dòng)鏡移動(dòng)距離。干涉圖經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行傅里葉變換的快速計(jì)算，即可獲得以波數(shù)為橫坐標(biāo)的紅外光譜圖。然后通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器送入繪圖儀而繪出標(biāo)準(zhǔn)紅外吸收光譜圖。
由于不同化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率是唯一的，因此傅里葉紅外光譜儀可以用于確定分子中存在的化學(xué)鍵和它們的組合方式。
二、特點(diǎn)
信噪比高：傅里葉變換紅外光譜儀所用的光學(xué)元件少，沒(méi)有光柵或棱鏡分光器，降低了光的損耗，而且通過(guò)干涉進(jìn)一步增加了光的信號(hào)，因此到達(dá)檢測(cè)器的輻射強(qiáng)度大，信噪比高。
重現(xiàn)性好：傅里葉變換紅外光譜儀采用的傅里葉變換對(duì)光的信號(hào)進(jìn)行處理，避免了電機(jī)驅(qū)動(dòng)光柵分光時(shí)帶來(lái)的誤差，所以重現(xiàn)性比較好。
掃描速度快：傅里葉變換紅外光譜儀是按照全波段進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的，得到的光譜是對(duì)多次數(shù)據(jù)采集求平均后的結(jié)果，而且完成一次完整的數(shù)據(jù)采集只需要一至數(shù)秒，而色散型儀器則需要在任一瞬間只測(cè)試很窄的頻率范圍，一次完整的數(shù)據(jù)采集需要十分鐘至二十分鐘。
分辨率高：一般棱鏡式紅外分光光度計(jì)的分辨率在1000cm-1處為3cm-1，光柵式儀器在1000cm-1處可達(dá)0.2cm-1，而傅里葉變換紅外光譜儀在整個(gè)光譜范圍內(nèi)可達(dá)0.1cm-1~0.005cm-1。
波數(shù)精度高：干涉儀的動(dòng)鏡可以被很精確地驅(qū)動(dòng)，干涉圖的變化很準(zhǔn)確，同時(shí)動(dòng)鏡的移動(dòng)距離是由He-Ne激光器的干涉條紋來(lái)測(cè)量的，從而保證了所測(cè)的光程差很準(zhǔn)確。而現(xiàn)代He-Ne激光器的頻率穩(wěn)定度和強(qiáng)度穩(wěn)定度都是非常高的，頻率穩(wěn)定度優(yōu)于5×10(-10)，因此計(jì)算出的光譜中有很高的波數(shù)精度和準(zhǔn)確度，通常可達(dá)到0.01cm-1。
靈敏度高：色散型紅外分光光度計(jì)大部分的光源能量都損失在入口狹縫的刀口上，而傅里葉變換紅外儀沒(méi)有狹縫的限制，輻射通量只與干涉儀的平面鏡大小有關(guān)，在同樣的分辨率下，其輻射通量比色散型儀器大得多，從而使檢測(cè)器接受的信噪比增大，因此具有很高的靈敏度，可達(dá)10(-9)~10(-12)g。
光譜范圍寬：傅里葉變換紅外光譜儀只要能實(shí)現(xiàn)測(cè)量?jī)x器的元器件(不同的分束器和光源等)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，就可以研究整個(gè)近紅外、中紅外和遠(yuǎn)紅外10000cm-1~10cm-1的光譜。
三、應(yīng)用
傅里葉變換紅外光譜儀可以對(duì)樣品進(jìn)行定性和定量分析，廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域：
醫(yī)藥化工：用于藥物成分分析、化學(xué)反應(yīng)監(jiān)測(cè)等。
地礦：用于礦石成分分析、礦物鑒定等。
石油：用于石油產(chǎn)品分析、油質(zhì)檢測(cè)等。
煤炭：用于煤炭成分分析、煤質(zhì)評(píng)價(jià)等。
環(huán)保：用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、污染物分析等。
海關(guān)：用于進(jìn)出口商品的成分檢測(cè)、質(zhì)量監(jiān)控等。
寶石鑒定：用于寶石成分分析、真?zhèn)舞b別等。
刑偵鑒定：用于物證分析、毒物檢測(cè)等。
此外，在電子、生命科學(xué)、材料科學(xué)和藥學(xué)等領(lǐng)域，傅里葉變換紅外光譜儀也有廣泛的應(yīng)用。
綜上所述，傅里葉變換紅外光譜儀以其原理、顯著的優(yōu)點(diǎn)以及廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，在科研和工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。
