• 本文目录导读：
• 1、一、傅立叶变换红外光谱测量
• 2、二、傅立叶变换红外光谱仪

一、傅立叶变换红外光谱测量

傅里叶变换（Fourier Transform, FT）是由法国科学家约瑟夫·傅里叶于18世纪末期提出的。它将信号从时域表示转化到频域表达，使得对于不同的振动模式会体现在不同的特定频率上，以此来获取物质中分子振动产生的信息。

FT-IR（Fourier Transform Infrared Spectroscopy）即基于这种理论原理开发出来的一类仪器，在被利用于材料检验、生物医学等领域之前，首先应用在了天文学和气相色谱中。目前，FT-IR成为了最常见并有广泛科研价值的分析方法之一。

1. 原理

假设一个单色光通过样品后形成一个复合波，则该信号可以表示为：

f(t) = ∑(A_n cos ωn t + B_n sin ωn t)

其中ω是角频率。此时进行连续时间下积分处理（求解某个时间区间内每个点代表强度的累积），经过傅里叶变换后得到频谱：

F(ω) = ∫f(t)e^(-jωt)dt

这时我们可以看出，物质中每种化学结构都会在FT-IR光谱图形成一个特定的吸收带。因此，将未知样品与预备好的“参考样品”FT-IR比较，在样品留下独有指纹式吸收特征之后便可鉴别出其中化合物成分。

2. 应用领域

目前几乎所有生产和检测组织都使用了该技术，并且在不同行业中应用广泛。例如：

（1）制药行业：通过FT-IR快速而准确地检测产品是否符合规格；对于一些批量制造的流程，则可实现自动化批处理。

（2）食品科学：利用某些功能性蛋白、大豆异黄酮等天然添加剂进行改良；检测肉类加工产品中是否含有非法添加剂等任何可能污染食物质料或者影响其品质安全问题均可解决。

3. 系统构成

通常情况下，FT-IR系统由四个主要部分组成：光源、干涉仪、探测器和样品室。

（1）光源：FT-IR的光源通常是红外波段激光，其能量足以使得物质中分子振动。有些仪器配备的还有白炽灯、钨丝灯等其他类型光源。

（2）干涉仪：用于将激光分成两股，在样品与参考之间形成干涉条纹，这也就是在研究过程中获取不同频率信息需要依靠的基础原理。

（3）探测器：由于样品所辐射出来信号非常微弱，因此必须使用高度灵敏、稳定性好的探测器进行监测。今天最流行应该数氮化硼检测器了。

（4）样品室：这才是影响测试效果实际上很大组件。主要区别体现在细节设计方面，例如是否具备吸收窗口或者金属反射镜表面特殊处理等。（可以支持孔径/反射凹平板配置）

二、傅立叶变换红外光谱仪

虽然我们已经知道如何利用傅里叶变换技术分析一种复合波产生后所形成的波谱，但要想快速而准确地得到一个物质的FT-IR光谱图，需要借助光谱仪等专业设备。以下是关于傅立叶变换红外光谱仪的介绍。

1. 原理

（1）样品放置：首先将不同化学成分、结构类型或者功能作用的样品放入测试区域内；

（2）能量获取：采用具有高功率、稳定性好的红外激光源对进行照射，并且在扫描过程中获得与信号强度相关联信息；

（3）傅里叶变换: 系统会自动处理并展示所有被控制频段下对应信号源振动模式所产生吸收峰数据值；

（4）拓宽数据处理：可以通过一系列算法和公式来加工出更多科研利用价值紧密相关富含信息特征的参数。

基本来说在上述过程中，最重要组件之一就是干涉仪部分了。其优秀性能决定了制造商是否将其产品逐渐淘汰或者市场竞争力老大。现代技术发展总体趋向大型集成电路设计思考原则，因此由数字单元转换为模拟单元构成的光谱仪更受欢迎。现在主流干涉仪分别有三种：（1）Michelson式干涉仪，（2）Foutain-Nicolson式干涉仪和（3）Sagnac式MEMS-microsystem技术型。

2. 应用领域

傅里叶变换红外光谱仪是一个高度实用的、较为广泛应用于工业、学术等诸多领域中的科研设备。因其良好性能而且可以检测不同物质结构特征，可被广泛应用到以下领域：

（1）化学计量+制药行业：对于材料样品内存在特定振动模式来说包含所需信息；这些数据则可作为品质鉴定标准；

（2）地球环境监测：如大气层石油天然气资源脱险发生后平衡阶段快速获取吸收图表简单确定是否依旧渗漏或者无害化消解的有效方法之一；

（3）农产品改良组合与保障安全等方面: 挖掘食物和荷尔蒙营养素对人体健康影响关系方面开拓新的

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