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，對溫度、濕度敏感, 對環(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, 由于采用先進的光柵刻制和復制技術, 提高了儀器的分辨率, 拓寬了測量波段, 降低了環(huán)境要求。70年代發(fā)展起來的干涉型紅外光譜儀, 是紅外光譜儀的第三代的典型代表（見圖1）, 具有寬的測量范圍、高測量精度、極高的分辨率以及極快的測量速度。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物圖

 近年來各國廠家對其光源、干涉儀、檢測器及數(shù)據(jù)處理等各系統(tǒng)進行了大量的研究和改進, 使之日趨完善。由于計算機技術和自動化技術在儀器中的廣泛使用, 使得紅外光譜儀的調(diào)整、控制、測試及結(jié)果的分析大部分由計算機完成, 如顯微紅外光譜中的圖像技術。各公司的顯微紅外光譜儀均能對樣品的某一區(qū)域進行面掃描, 得到該區(qū)域的化學成分的分布圖, 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到了很高的指標。如BrukerIFSl20H優(yōu)良分辨率為010008cm^{- 1} , Bomen公司的DA系列可達010026cm^{- 1}。而掃描速度Bruker可達117張譜圖/ s, 利用步進掃描技術可達250皮納秒的時間分辨率。Nicolet8700掃描速度為105 次/ s,步進掃描時間分辨率為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}。這些很高的技術指標、標志材料、光路設計、加工技術和軟件都達到了很高的水平^[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,給測量結(jié)果帶來誤差。另外,無論是添加紅外惰性物質(zhì)或是壓制自支撐片,都會給粉末狀態(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“本來面目” ②大多數(shù)物質(zhì)都有獨特的紅外吸收,多組分共存時,普遍存在譜峰重疊現(xiàn)象。③透射樣品池無法解決催化氣相反應中反應物的“短路”問題,使得催化劑表面的吸附物種濃度較低,影響檢測的靈敏度。④ 不能用于原位(在線) 研究,只能在少數(shù)研究中應用。

因此,漫反射傅里葉變換紅外光譜技術和衰減全反射傅里葉變換紅外光譜技術應運而生。漫反射技術是一種對固體粉末樣品進行直接測量的光譜方法。雖然早在20 世紀60 年代就已發(fā)展成為光譜學中的一個分支,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才進入實用階段。與透射傅立葉變換紅外光譜技術相比,漫反射傅里葉變換紅外光譜法具有如下優(yōu)點:不需要制樣、不改變樣品的形狀、不會污染樣品, 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,不會對樣品的外觀及性能造成任何損壞,可直接將樣品放在樣品支架上進行測定,可以同時測定多種組分,這些特點很適合對樣品的無損檢測,如對珠寶、鉆石、紙幣、郵票的真?zhèn)芜M行鑒定,對樣品無任何不良作用。

20世紀90 年代初,衰減全反射(ATR) 技術開始應用到紅外顯微鏡上, 誕生了全反射傅里葉變換紅外(ATR-FTIR ) 光譜儀。近年來,隨著計算機技術和多媒體圖視功能的運用,實現(xiàn)了非均勻樣品和不平整樣品表面的微區(qū)無損測量,可以獲得官能團和化合物在微區(qū)空間分布的紅外光譜圖像。衰減全反射不需要通過透過樣品的信號,而是通過樣品表面的反射信號獲得樣品表層有機成分的結(jié)構(gòu)信息,因此,衰減全反射具有如下特點:

1) 不破壞樣品,不需要象透射紅外光譜那樣要將樣品進行分離和制樣。對樣品的大小,形狀沒有特殊要求,屬于樣品表面無損測量。

2) 可測量含水和潮濕的樣品。

3) 檢測靈敏度高,測量區(qū)域小,檢測點可為數(shù)微米。

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

5) 能進行紅外光譜數(shù)據(jù)庫檢索以及化學官能團輔助分析,確定物資和種類和性質(zhì)。

6) 操作簡便,自動化,用計算機進行選點、定位、聚集、測量。

由于衰減全反射的上述特點,極大地擴大了紅外光譜技術的應用范圍,使許多采用透射紅外光譜技術無法制樣,或者樣品制做過程十分復雜、難度大、而效果又不理想的實驗成為可能,采用衰減全反射附件和實驗方法,可以獲得常規(guī)的透射紅外光譜技術所不能得到的檢測效果。

傅立葉變換紅外光譜儀與其他儀器的聯(lián)用技術是近代研究發(fā)展的重要方向。在現(xiàn)代分析測試技術中, 用于復雜試樣的微量或痕量組分的分離分析的多功能紅外聯(lián)機檢測技術代表了新的發(fā)展方向。傅立葉變換紅外光譜儀與色譜聯(lián)用可以進行多組分樣品的分離和定性, 與顯微鏡聯(lián)用可進行微量樣品的分析鑒定, 與熱失重聯(lián)用可進行材料的熱穩(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。實踐證明, 紅外光譜聯(lián)用技術是一種十分有效的實用技術, 現(xiàn)已實現(xiàn)聯(lián)機的有氣相色譜-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的發(fā)展, 遠紅外、近紅外、偏振紅外、高壓紅外、紅外光聲光譜、紅外遙感技術、變溫紅外、拉曼光譜、色散光譜等技術也相繼出現(xiàn), 這些技術的出現(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, 隨著計算機技術的發(fā)展, 紅外光譜定性分析實現(xiàn)了計算機檢索和輔助光譜解析。概括地說, 就是首先將相當數(shù)量化合物的紅外光譜圖,按照一定規(guī)則進行編碼后, 存放在計算機的存儲設備中形成譜庫, 然后, 對待分析樣品的紅外光譜圖也進行同樣的編碼, 再以某種計算方法與譜庫中存儲的數(shù)據(jù)逐個進行比較, 挑選出類似的數(shù)據(jù),最后按類似的程度輸出挑選結(jié)果, 從而達到光譜檢索目的。而這也大大減少了光譜解析的工作量。

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