紅外光譜儀是一種用于分析物質(zhì)分子中的化學(xué)結(jié)構(gòu)和組成的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。它的基本原理是通過測量樣品對紅外光的吸收情況來確定樣品的分子結(jié)構(gòu)和功能團(tuán)。以下是紅外光譜儀的工作原理及其主要組成部分：

原理

紅外輻射的產(chǎn)生

紅外光譜儀利用紅外光源發(fā)出一定波長范圍的紅外輻射。這些輻射通常包括中紅外（4000-400 cm?1）和遠(yuǎn)紅外（400 cm?1以下）范圍的光波。

樣品的光譜測量

紅外光通過樣品時(shí)，樣品中的不同化學(xué)鍵和分子會(huì)吸收特定波長的紅外光。每種化學(xué)鍵（如C-H、N-H、O-H）對特定頻率的紅外光有特定的吸收特性，這種特性與鍵的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)模式有關(guān)。

光譜的檢測

通過透過樣品的紅外光進(jìn)入檢測器，檢測器會(huì)記錄光強(qiáng)度的變化。吸收的波長對應(yīng)于樣品中的不同功能團(tuán)或分子結(jié)構(gòu)。

數(shù)據(jù)分析

紅外光譜儀將檢測到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為紅外吸收光譜。紅外光譜通常是以波數(shù)（cm?1）為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)的圖譜。

譜圖的解釋

通過分析紅外光譜圖中的吸收峰，可以確定樣品中存在的功能團(tuán)和分子結(jié)構(gòu)。每個(gè)吸收峰對應(yīng)特定的分子振動(dòng)模式，譜圖的解析需要結(jié)合化學(xué)知識(shí)進(jìn)行。

主要組成部分

紅外光源

產(chǎn)生穩(wěn)定和寬范圍的紅外光輻射，常用的光源有鎢燈、氘燈等。

干涉儀或光譜儀

干涉儀：在傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）中，干涉儀（如邁克耳孫干涉儀）用于將紅外光分解成不同的頻率。

光譜儀：在分光紅外光譜儀中，光譜儀通過棱鏡或光柵將紅外光分解為不同的波長。

樣品池

放置樣品的容器，通常由透明的紅外光學(xué)材料（如氟化鈣）制成，以確保紅外光能夠透過樣品。

檢測器

負(fù)責(zé)探測透過樣品的紅外光強(qiáng)度變化。常用的檢測器有光電探測器（如熱電堆探測器、光導(dǎo)探測器）和固態(tài)探測器（如窄帶紅外探測器）。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

包括計(jì)算機(jī)和軟件，用于記錄、處理和分析紅外光譜數(shù)據(jù)，生成譜圖并進(jìn)行定量分析。

紅外光譜儀的類型

傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）

使用干涉儀進(jìn)行光譜測量，通過傅里葉變換將干涉圖轉(zhuǎn)化為光譜數(shù)據(jù)。具有高分辨率和較高的靈敏度。

分光紅外光譜儀（Dispersive IR Spectrometer）

使用光柵或棱鏡將光分解成不同的波長，然后測量每個(gè)波長的吸收情況。分辨率較低，但對于某些應(yīng)用仍然有效。

應(yīng)用

紅外光譜儀廣泛應(yīng)用于化學(xué)分析、材料科學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、藥物分析、生物醫(yī)學(xué)研究等領(lǐng)域，用于研究分子結(jié)構(gòu)、檢測化學(xué)成分、確認(rèn)物質(zhì)純度等。

總之，紅外光譜儀通過測量樣品對紅外光的吸收情況，能夠提供有關(guān)分子結(jié)構(gòu)和組成的詳細(xì)信息。