红外吸收光谱(四)之傅里叶变换红外光谱仪
FTIR光谱仪
与传统的色散型光谱仪相比，傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）可以同时测量、记录所有谱元信号，并以更高的效率采集能量，具有更高的信噪比和分辨率，因此，FTIR是目前红外和远红外波段最有力的光谱工具。
FTIR适用于液体、固体、气体、金属材料表面镀膜等各种形式的样品。FTIR光谱仪的基本结构如下图
光源：常使用能斯特灯、碳化硅或涂有稀土化合物的镍铬旋状灯丝。
干涉仪：迈克尔孙干涉仪作用将复色光变为干涉光。
检测器：一般分为热检测器和光检测器。热检测器是把某些热电材料的晶体放在两块金属板中，当光照射到晶体上，晶体表面电荷分布变化，由此可以测量红外辐射功率，常用氘代硫酸三甘肽(DTGS)、胆酸锂(LiTaO3)。光检测器是利用材料受光照射，导电性能变化产生信号，常用碲化铟、汞镉碲等
干涉仪的工作原理：
由两个互成90°的平面镜(定镜和动镜)和一个分束器组成。由光源射来的一束光到达分束器时被分为两束，一束为反射光，一束为透射光，两束光会和发生干涉，随着动镜的移动变换光程差，当两束光光程差为半波长偶数倍时，发生相长干涉；光程差为半波长的奇数倍时，发生相消干涉。在动镜移动的相长、相消干涉之间是部分相长和相消干涉，因此，对于一个纯单色光，在动镜移动过程中，将得到强度不断变化的余弦波为干涉图。
光强I随波长(波数)变化而变化。经傅里叶变换所得的波数为v的单色光的干涉图方程为
δ为光程差，与波长相关；v为波数。
红外实验技术
1、FTIR光谱仪优点：
(1)测量光谱波段宽；
(2)不需要分光，可以检测透过率较低、多种形态的样品；
(3)检测灵敏度高；
(4)具有多路通过的特点，所有频率同时测量；
(5)扫描速度快，小于1s；
(6)测量分辨率高，便于观察气态分子的精细结构；
(7)测量步骤简单，首先测定一组干涉图，再经傅里叶变换，便可获得红外吸收光谱图。
2、实验方法的选择
可以通过不同的红外光谱附件针对性测定样品。常用的红外光谱附件有衰减全反射附件、漫反射附件、镜面反射附件、变温红外附件、红外显微镜附件、红外偏振器、红外光纤附件、高压红外光谱附件、样品穿梭器附件、样品振荡器附件、光学光谱附件、色红联用附件、热重红外联用附件、傅里叶变换拉曼附件等等。后续详述主要的六种附件选择条件及依据。
3、样品的制备及一般要求
测试对象可以是固体、液体或气体，单一组分或多组分混合物，各种有机物、无机物、聚合物、配位化合物，复合材料、木材、粮食、土壤、岩石等等。对于不同的样品采用不同制样技术，对同一样品亦可采用不同制样技术，但可能得到不同的谱图。所以要根据测试目的和要求选择合适的制样方法，才能得到准确可靠的实验数据。
承载样品的吸收池使用可透过红外的材料制成窗片，主要有以下几种
常见的制样方法如下所示。
(1)固体样品
A、压片法：将1~2mg固体样品在玛瑙研钵中充分研磨成细粉末，与200~400mg干燥的纯KBr(Ar级)研细混合，研磨至完全混匀，粒度约为2μm(200目)，取出约100mg混合物利用压膜模具压成透明薄片，即可测定。在定性分析中，所制备样品最好使最强的吸收峰透过率为10%左右。压膜模具如图所示。Ps：KBr易吸潮，使用前应烘干。
压片法缺点：无机和配位化合物通常含有离子，易与KBr发生离子交换，使谱带位移或变形；压片压力很大也会导致样品晶型发生改变；易吸附空气中的水汽，可能出现水的羟基峰。
B、糊状法(石蜡油研磨法)：在玛瑙研钵中，将干燥的样品研磨成细粉末。然后滴入1~2滴液体石蜡混研成糊状，涂于KBr或者NaCl窗片上测试。
糊状法可以避免压片法的两个缺点：不会发生离子交换，不会吸附空气中的水，制样速度快，且样品与石蜡一起研磨，石蜡在样品表面形成薄膜，保护样品使之与空气隔绝。但石蜡会出现碳氢吸收峰，3000~2800、1461、1377、722会干扰样品测定，且样品用量较多。
C、薄膜法：将样品溶于适当的溶剂中(挥发性的，极性比较弱，不与样品发生作用)，滴在红外晶片上(KBr、KCl、BaF2等)，待溶剂完全挥发后就得到样品的薄膜；加热熔融，涂制或压制成薄膜。滴在KBr上最好，可以直接测定，如果吸光度太低，可以继续滴加溶液，如果吸光度抬高，可以溶剂部分盐工。主要用于高分子材料的测定。
D、溶液法：把样品溶解在适当溶液中，注入液体池内测试。所选溶剂应不腐蚀池窗，在分析波数范围没有吸收，并对溶质不产生溶剂效应。一般使用0.1mm的液体池，溶液浓度为10%左右为宜。
(2)液体样品
A、有机液体：最常用的为KBr和NaCl。NaCl低频端只到650 cm-1，而KBr可到400 cm-1。用溴化钾液池，使用多次，晶片会有划痕，而且样品中微量水会溶解晶片，会下凹需要重新抛光。
B、水溶液：最常用的为氟化钡、氟化钙晶片。也可用有机溶剂萃取水中的有机物，然后溶剂挥发，所留下的液体涂于溴化钾窗片上测试，应注意含水样品不能直接注入溴化钾或者氯化钠液体池测试。
C、液膜法：样品沸点高于100℃或者黏稠的样品可用此法。非水溶性的油状或者黏稠液体，直接涂于KBr窗片上测试；非水溶性的、流动性大、沸点低的液体，可夹在两块KBr窗片之间或直接在两块盐片之间滴加1~2滴未知样品，使之形成一个薄的液膜测试；流动性大的样品，可选择不同厚度的垫片来调节液体池的厚度，对强吸收的样品用溶剂稀释后再测定。
液体池如下图所示
(3)气体样品
有短光程气体池、长光程气体池、小体积气体池、加压气体池、高温气体池等等。
中华
诗词
红梅
宋·王十朋
桃李莫相妒，夭姿元不同
犹余雪霜态，未肯十分红