• 本文目录导读：
• 1、傅里叶红外光谱是测什么的？
• 2、傅里叶红外光谱图数据解析

傅里叶红外光谱是测什么的？

傅里叶红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，FTIR）是一种高效、无损、非破坏性的物质表征技术。它利用样品对特定波长或频率的红外辐射吸收产生的振动能级跃迁所带来的信息，通过检测入射和反射之间震荡相位差异进行信号处理，并最终转化为图像或曲线展示出来。

具体而言，在实验中我们会将待测试样品放置在一个专门设计好了源和探测系统之间的截面处。我们向该区域内发射可调制频率及强度电磁场提供激励，激发样品内部氧离子、羰基、羟基等功能基团振动至不同程度。这些振动行为可以由仪器高速扫描获得并记录下来，称作“光谱”。

那么这个过程究竟能够测量出哪些信息呢？主要有以下三点：

1. 分子结构与组成：由于每个化学键的力常数以及振动模式都是固定不变的，因此我们可以通过根据相应频率理论计算并在实验测量中找到其震动信号，从而推断原子组成和分子结构。

2. 化学反应与物性变化：各种物质之间发生反应时会伴随着它们内部基团的振动方式产生差异。如此一来，FTIR可以监测某些有机化合物或聚合物等体系中的功能基团转换程度、溶液中活性离子与水分子形成氢键等行为，并用来评估催化剂活力和微观环境状况。

3. 弛豫时间和能级跃迁过程：这部分内容主要关注光场与准粒子（电荷载流子）相互作用项。当外界强光源射入样品表面后会带来图案呈现形态上明显差异的干涉效果。其中振幅越大说明该区域所包含分布状态愈加均匀且长久存续。

傅里叶红外光谱图数据解析

对于得到了高质量测试结果后用户则需要进行数据处理、拟合和解析的操作。

首先，需要对实验数据进行处理。这个过程中重要的一步是光谱图线性化。通常情况下傅里叶红外光谱仪会输出一张有很多波形交错组成并难以辨认各自含义的原始光谱图，需要将其进行可视化展示或转换为数学模型来方便后期分析。而最简单且最常用方法则是通过将每一个信号点按比例映射到相应波数轴上绘制出曲线状Spectrum （频率）空间（例如：如下所示）


该图中x轴代表样本震动能量单位（cm^-1），y轴表示对应能量产生吸收带强度。（log(Intensity)）

接着，我们可以基于上述横跨整张X-Y坐标系平面所有变量全局优化样品特征拟合函数，并进一步用此拟合函数预测物样中各种化学键和团簇的相对含量。常用的峰拟合方法有高斯、Lorentz等，而往往我们也会面临后续数据处理时候所关心的必要结果来自于上述特殊区域（“fingerprint region”）存在性质差别。

然而，在实际应用中傅里叶变换红外光谱分析法仍需通过大量实验验证得到更精准、可靠结果。同时还需要注意与其他表征工具相结合使用才能全方位解读复杂体系内部机理与状态。（例如：如下所示）


该图展现了一种从橙色小球形成结构转变为灰色链条聚集状态过程。显然这个例子通过将原始数据进行归一化求导以及人工提取数字进行完整物理信息展示并不容易，但是如果再利用一些先进统计分析方法（如聚类分析、主成分分析等）则可以精准提取每一个需要关注的参数，大幅提高研究效率。

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