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【傅里叶红外光谱教学】傅里叶红外光谱教学及傅里叶红外光谱原理:深入了解这一重要分析方法

承天示优官方账号 2023-05-15 资讯 313 views 0


什么是傅里叶红外光谱?

傅里叶变换(Fourier Transform)被广泛应用于信号处理、图像处理和频率分析等领域。在化学领域中,我们也可以利用傅里叶变换来获取材料结构和组成信息,这就是所谓的“傅里叶红外光谱”(FTIR)。它通过测量固体、液体或气体样品在不同波长下吸收或反射辐射能量所得到的数据,并经过计算机进行数字信号处理和数据展示,从而得出物质内部振动模式的信息。

基本原理:

当被测物质处于静态状态时,它呈现为一个三维空间结构。然而,在温度升高或发生其他物理/化学作用时,该物质中的原子和分子开始振动并引起相互作用。由此产生特有波数的吸收、透射或反射能量,在特定条件下可控制并精确测量以产生傅里叶红外光谱。

如何理解傅里叶变换?

在FTIR中,我们通常使用的是干涉型仪器。这种仪器含有一个移动反射镜和一个固定反射镜,而两个反射镜之间可以加入样品、空气等物质。当照射到背景(无样品)时,其中的能量将从定点发散,并通过分离开路由助手制造出相差半个波长的光程差;然后,该二分之一波长的辐射均匀地再次重合,并生成干涉条纹。

但是,在介入了具有特征振动模式(例如C=O键伸缩或OH键弯曲)的样品后,部分能量将被吸收并导致其他频率组件与经过相位移动且时间延迟的原始信号混合。为了恢复这些数据并确定潜在成分/结构信息,需要进行FTIR​​计算及其组成技术:通过测定信号在不同时间上转换到频域上得出准确结果。

如何教授傅里叶红外光谱?

对于学生来说,理解傅里叶变换的概念和应用可能会有些困难。然而,在实践教学中,可以使用以下技术帮助他们更好地理解:

  • 简化数学模型:通过增加步骤及其描述详细性(例如代码阐述),以减轻统计分析的负担。
  • 展现示例数据:在基础知识之后,运行一些样品或测试试验,并允许学生自己观察、比较和推断结果。
  • 采用多种格式进行授课:演示视频、交互式幻灯片、在线组件等不同形式可使听众在初始接触时更容易上手。

实际应用:

FTIR广泛应用于材料科学研究​​与制造业领域。具体而言,它可以作为一种非侵入性表征方法来分析各种物质,并被认为是确定新化合物结构或检测现有混合物中成分是否符合要求的最佳选择之一。例如:

  1. 食品加工过程监控与污染检测
  2. 医药公司研究新挑战药物结构评估
  3. 石油及化学工业品质管理和分析过程
  4. 材料科学领域里的表征方法

总结:

傅里叶红外光谱是非常重要且广泛应用于各种行业中的一项技术。理解其基本原理并掌握实践操作技能可以更好地支持我们进行分子构成、环境监测等方面的应用,并在相关产业得到更多创新与发展。

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