到目前為止紅外光譜儀已發(fā)展了三代。第一代是最早使用的棱鏡式色散型紅外光譜儀, 用棱鏡作為分光元件，分辨率較低，對(duì)溫度、濕度敏感, 對(duì)環(huán)境要求苛刻。60年代出現(xiàn)了第二代光柵型色散式紅外光譜儀, 由于采用先進(jìn)的光柵刻制和復(fù)制技術(shù), 提高了儀器的分辨率, 拓寬了測(cè)量波段, 降低了環(huán)境要求。70年代發(fā)展起來(lái)的干涉型紅外光譜儀, 是紅外光譜儀的第三代的典型代表（見(jiàn)圖1）, 具有寬的測(cè)量范圍、高測(cè)量精度、極高的分辨率以及極快的測(cè)量速度。傅立葉變換紅外光譜儀是干涉型紅外光譜儀器的代表, 具有優(yōu)良的特性, 完善的功能。

圖1  傅立葉變換紅外光譜儀實(shí)物圖

 近年來(lái)各國(guó)廠(chǎng)家對(duì)其光源、干涉儀、檢測(cè)器及數(shù)據(jù)處理等各系統(tǒng)進(jìn)行了大量的研究和改進(jìn), 使之日趨完善。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)在儀器中的廣泛使用, 使得紅外光譜儀的調(diào)整、控制、測(cè)試及結(jié)果的分析大部分由計(jì)算機(jī)完成, 如顯微紅外光譜中的圖像技術(shù)。各公司的顯微紅外光譜儀均能對(duì)樣品的某一區(qū)域進(jìn)行面掃描, 得到該區(qū)域的化學(xué)成分的分布圖, 如Continuum (Nicolet) 、EquinoxTM55 (Bruker) 、Spectrum2000 ( Perkin El2mer) 和Stingray lmaging (Bio-Rad) 等顯微鏡都有此功能。

隨著儀器精密度的提高, 紅外光譜儀在分辨率和掃描速度等方面達(dá)到了很高的指標(biāo)。如BrukerIFSl20H優(yōu)良分辨率為010008cm^{- 1} , Bomen公司的DA系列可達(dá)010026cm^{- 1}。而掃描速度Bruker可達(dá)117張譜圖/ s, 利用步進(jìn)掃描技術(shù)可達(dá)250皮納秒的時(shí)間分辨率。Nicolet8700掃描速度為105 次/ s,步進(jìn)掃描時(shí)間分辨率為10ns?，F(xiàn)有的傅立葉變換紅外光譜儀已不僅限于中紅外(MIR) 的使用, 分束器的使用可將光譜范圍可覆蓋紫外到遠(yuǎn)紅外的區(qū)段。如Bruker為50000～4cm^{- 1}, Bomen為50000～5cm^{- 1}, Nicolet為25000～20cm^{- 1}。這些很高的技術(shù)指標(biāo)、標(biāo)志材料、光路設(shè)計(jì)、加工技術(shù)和軟件都達(dá)到了很高的水平^[1]。

但是,通常的透射紅外光譜,即使是傅里葉變換透射紅外光譜,都存在如下不足: ① 固體壓片或液膜法制樣麻煩,光程很難控制一致,給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差。另外,無(wú)論是添加紅外惰性物質(zhì)或是壓制自支撐片,都會(huì)給粉末狀態(tài)的樣品造成形態(tài)變化或表面污染,使其在一定程度上失去其“本來(lái)面目” ②大多數(shù)物質(zhì)都有獨(dú)特的紅外吸收,多組分共存時(shí),普遍存在譜峰重疊現(xiàn)象。③透射樣品池?zé)o法解決催化氣相反應(yīng)中反應(yīng)物的“短路”問(wèn)題,使得催化劑表面的吸附物種濃度較低,影響檢測(cè)的靈敏度。④ 不能用于原位(在線(xiàn)) 研究,只能在少數(shù)研究中應(yīng)用。

因此,漫反射傅里葉變換紅外光譜技術(shù)和衰減全反射傅里葉變換紅外光譜技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。漫反射技術(shù)是一種對(duì)固體粉末樣品進(jìn)行直接測(cè)量的光譜方法。雖然早在20 世紀(jì)60 年代就已發(fā)展成為光譜學(xué)中的一個(gè)分支,但與紅外光譜結(jié)合,是在傅里葉變換紅外光譜出現(xiàn)后,漫反射傅立葉變換紅外光譜技術(shù)才進(jìn)入實(shí)用階段。與透射傅立葉變換紅外光譜技術(shù)相比,漫反射傅里葉變換紅外光譜法具有如下優(yōu)點(diǎn):不需要制樣、不改變樣品的形狀、不會(huì)污染樣品, 不要求樣品有足夠的透明度或表面光潔度,也不需要破壞樣品,不會(huì)對(duì)樣品的外觀(guān)及性能造成任何損壞,可直接將樣品放在樣品支架上進(jìn)行測(cè)定,可以同時(shí)測(cè)定多種組分,這些特點(diǎn)很適合對(duì)樣品的無(wú)損檢測(cè),如對(duì)珠寶、鉆石、紙幣、郵票的真?zhèn)芜M(jìn)行鑒定,對(duì)樣品無(wú)任何不良作用。

20世紀(jì)90 年代初,衰減全反射(ATR) 技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用到紅外顯微鏡上, 誕生了全反射傅里葉變換紅外(ATR-FTIR ) 光譜儀。近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和多媒體圖視功能的運(yùn)用,實(shí)現(xiàn)了非均勻樣品和不平整樣品表面的微區(qū)無(wú)損測(cè)量,可以獲得官能團(tuán)和化合物在微區(qū)空間分布的紅外光譜圖像。衰減全反射不需要通過(guò)透過(guò)樣品的信號(hào),而是通過(guò)樣品表面的反射信號(hào)獲得樣品表層有機(jī)成分的結(jié)構(gòu)信息,因此,衰減全反射具有如下特點(diǎn):

1) 不破壞樣品,不需要象透射紅外光譜那樣要將樣品進(jìn)行分離和制樣。對(duì)樣品的大小,形狀沒(méi)有特殊要求,屬于樣品表面無(wú)損測(cè)量。

2) 可測(cè)量含水和潮濕的樣品。

3) 檢測(cè)靈敏度高,測(cè)量區(qū)域小,檢測(cè)點(diǎn)可為數(shù)微米。

4) 能得到測(cè)量位置處物質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)信息、某化合物或官能團(tuán)空間分布的紅外光譜圖像及微區(qū)的可見(jiàn)顯微圖象。

5) 能進(jìn)行紅外光譜數(shù)據(jù)庫(kù)檢索以及化學(xué)官能團(tuán)輔助分析,確定物資和種類(lèi)和性質(zhì)。

6) 操作簡(jiǎn)便,自動(dòng)化,用計(jì)算機(jī)進(jìn)行選點(diǎn)、定位、聚集、測(cè)量。

由于衰減全反射的上述特點(diǎn),極大地?cái)U(kuò)大了紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用范圍,使許多采用透射紅外光譜技術(shù)無(wú)法制樣,或者樣品制做過(guò)程十分復(fù)雜、難度大、而效果又不理想的實(shí)驗(yàn)成為可能,采用衰減全反射附件和實(shí)驗(yàn)方法,可以獲得常規(guī)的透射紅外光譜技術(shù)所不能得到的檢測(cè)效果。

傅立葉變換紅外光譜儀與其他儀器的聯(lián)用技術(shù)是近代研究發(fā)展的重要方向。在現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)中, 用于復(fù)雜試樣的微量或痕量組分的分離分析的多功能紅外聯(lián)機(jī)檢測(cè)技術(shù)代表了新的發(fā)展方向。傅立葉變換紅外光譜儀與色譜聯(lián)用可以進(jìn)行多組分樣品的分離和定性, 與顯微鏡聯(lián)用可進(jìn)行微量樣品的分析鑒定, 與熱失重聯(lián)用可進(jìn)行材料的熱穩(wěn)定性研究, 與拉曼光譜聯(lián)用可得到紅外光譜弱吸收的信息。實(shí)踐證明, 紅外光譜聯(lián)用技術(shù)是一種十分有效的實(shí)用技術(shù), 現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)的有氣相色譜-紅外、高效液相色譜-紅外、超臨界流體色譜-紅外、薄層色譜-紅外、熱失重-紅外、顯微鏡-紅外及氣相色譜-紅外-質(zhì)譜等, 這將進(jìn)一步提高分析儀器的分離分析能力。

隨著傅立葉變換紅外光譜技術(shù)的發(fā)展, 遠(yuǎn)紅外、近紅外、偏振紅外、高壓紅外、紅外光聲光譜、紅外遙感技術(shù)、變溫紅外、拉曼光譜、色散光譜等技術(shù)也相繼出現(xiàn), 這些技術(shù)的出現(xiàn)使紅外成為物質(zhì)結(jié)構(gòu)和鑒定分析的有效方法。

近年來(lái), 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展, 紅外光譜定性分析實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)檢索和輔助光譜解析。概括地說(shuō), 就是首先將相當(dāng)數(shù)量化合物的紅外光譜圖,按照一定規(guī)則進(jìn)行編碼后, 存放在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備中形成譜庫(kù), 然后, 對(duì)待分析樣品的紅外光譜圖也進(jìn)行同樣的編碼, 再以某種計(jì)算方法與譜庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)逐個(gè)進(jìn)行比較, 挑選出類(lèi)似的數(shù)據(jù),最后按類(lèi)似的程度輸出挑選結(jié)果, 從而達(dá)到光譜檢索目的。而這也大大減少了光譜解析的工作量。

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