傅里叶红外光谱仪工作原理与应用全解析

傅里叶红外光谱仪工作原理与应用全解析

傅里叶变换红外分光光度计（Fourier Transform Infrared Spectrometer，简称FTIR光谱仪），是基于光的相干性原理设计的干涉型光谱分析设备。其系统构成涵盖红外光源（如硅碳棒和高压汞灯）、干涉模块、光电探测单元及计算机数据处理系统。

与传统色散型红外光谱技术不同，FTIR借助干涉图与傅里叶变换算法，将干涉信号转换为光谱信息。该设备常覆盖4000–400 cm⁻¹或7800–350 cm⁻¹（中红外）及12500–300 cm⁻¹（近中红外）光谱区间，分辨率可高达0.5 cm⁻¹。因其卓越的定性与定量分析能力，被广泛用于医药、化工、环保、宝石鉴定及刑事科学等多个领域。

仪器简介

傅里叶变换红外光谱仪的核心为迈克尔逊干涉仪与计算机处理系统。干涉仪将入射光分为两束并引入光程差，复合后产生干涉图，该图蕴含全部光源的频率与强度信息。借助计算机进行傅里叶变换，可还原出样品的光谱特征。

该技术有效弥补了色散型设备在分辨率、能量输出、测量速度等方面的不足，不仅支持气、液、固三类样品的吸收与反射测试，还适用于快速反应过程的监测，因此在电子、化工及医学等领域具有重要应用价值。

结构组成

傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）包括红外光源、分束器、干涉仪、样品池、探测器、计算机系统及记录单元。其区别于色散型仪器的关键在于无狭缝与单色器结构，借助干涉图经数学变换得到光谱图。

• 光源系统：覆盖多波段，如碘钨灯（近红外）、硅碳棒（中红外）、高压汞灯（远红外）；
• 分束器：实现光束分割与复合，是产生光程差及干涉的关键元件；
• 探测器：常用类型包括TGS、铌酸锂、镉汞锑等；
• 数据处理：依托计算机完成信号收集、干涉图转换及光谱生成。

分类方式

按光学系统分类

红外光谱设备可分为色散型（含棱镜与光栅式）与干涉型（即FTIR）。光栅型设备机械稳定、可重复响应，但光效较低；干涉型则具备高分辨率、宽光谱覆盖与高精度特点，依赖高精度光学与机械组件，已成为分析仪器中的主流选择。

按应用场景分类

可分为专业型与多用途型。专业型包括大气监测、星载遥感、化学分析及车载FTIR系统；多用途型多用于实验室环境，支持多样本类型的快速分析。

工作原理

光源发出的红外光经分束器分为两束，一束射向动镜，另一束射向定镜。动镜匀速移动引入光程差，两束光复合后发生干涉。该干涉光穿过样品，被探测器接收后，经傅里叶变换处理，最终输出样品的红外吸收光谱。

性能特点

• 高信噪比：光学结构简单，光通量大，干涉增强信号，显著提高信噪比；
• 优良重现性：基于干涉与数字变换，避免机械分光误差，数据一致性强；
• 快速扫描：全波段同步采集，单次测量仅需数秒，大幅提升效率；

主要技术参数

• 光谱范围：中红外4000–400 cm⁻¹，近中红外可达12500–350 cm⁻¹；
• 分辨率：可选0.5 cm⁻¹、1.0 cm⁻¹、2.0 cm⁻¹；
• 信噪比：最高达40000:1（峰峰值）；
• 分束器：常采用溴化钾镀锗；
• 检测器：DTGS/DLATGS类型；
• 光源：空冷陶瓷光源；

典型产品与厂商

国产设备

天津港东科技FTIR-650/850系列、北京瑞利分析仪器WQF-510/520系列。

进口设备

日本岛津IRAffinity-1/21、美国赛默飞Nicolet IS5/IS10/6700、德国布鲁克Tensor 27/37等。

参考资料 >

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