• 本文目录导读：
• 1、光谱学基础知识
• 2、不同类型红外技术
• 3、傅里叶变换式红外技术
• 4、光栅型红外技术
• 5、红外光栅操作机制

光谱学基础知识

在讨论光栅型和傅里叶变换式两种不同方式之前，我们需要重新审视一下与这些技术相关的一些基本概念。 首先，光是由电磁波组成的，其频率被称为波长。 红外（IR）辐射具有稍微较长的波长范围; 从700至1400nm以内的近红外(NIR)到12-10000 nm或更远处可见中远(IV-MR)等多个区域。

当气体、液体或固体发生振动时就会产生特定能量级别上的几个振动模式。 分子结构不同时其振动模式也有所差异, 因而各自产生了一个唯一的“读数”，汇集起来即构成了物质表现出来独特吸收/透过 IR 谱图样貌 。 如果您想精确地确定某种化合物，则需要通过将它暴露于 IR 光源并测量样品最终反射回去或经过了一层介质后反射回去的光线，来确定其分子结构和组成。

当上述“反射信号”进入仪器时，在传感器中产生了特定的电压信号。 通过记录这些数字，并将它们呈现在 Y 轴下方固定波长值处, 就可以构建出一条详细的 IR 谱图 （ X轴是 波数（$cm^{-1}$）或波长（$\mu m$）)。

不同类型红外技术

使用激光等作为强大、专业而常用源头后面加上适当调制手段输出干涉性(IRI)-即FP(傅里叶Transform- FT)/微机内部自然生成扫描曲臂(wavelengths-to-time conversion) 。 这两种方法各有优劣：

- FTIR：FT 是指 Fourier Transform 做法； 在制谱过程中您需要以步骤方式“扫描”，直到所有信息都被捕获完毕并进行处理，因此是比较耗时但比较精准。 大多数该类光栅型仪器均配置有一台计算机，这样就可以对得到的谱图进行处理和存储。

- 光栅型红外：Optical Grating Spectrometers从本质上讲与 FTIR 类似 ，不同点在于光学设备是基于分散原理工作 ,并且精确度和速度都比 FTIR 更高。 在采集数据前，您需设置两个值（一角矩阵确定光栅的极限波长，而另一个参数则控制激光束能量以确定干涉性)然后便可以开始进行谱图快速捕获。

傅里叶变换式红外技术

FT-NIR 能够更加准确地预测和检查有机化合物中的C-H, O-H 和N-H 键等信息。 顾名思义，这种技术使用了 Fourier Transform 做法 （与 FT-IR 系统相同）通过对微弱信号产生额外调制操作来提升自身灵敏度。 因为利用 NIR 具有较低挥发性、消耗品少部件简单等优势，在质检行业中被广泛应用。

由于 FT 的算法使得甚至只需扫描一次也可得到结果，因此其反推真实荧光谱非常迅捷

光栅型红外技术

目前市面上最先进和广泛适用的 分散式红外仪器就是 ROG传感器 (Rapid Object Grating)，它把近似20nm的分辨率和 2 nm 型号尺寸、单通道模式下达到每秒超过100kHz的采样速度相结合。

这一新型设备在常规应用领域没有任何薄弱环节，而且其漫反射能力可以做到几乎不受表面形态影响。 其主要工作性原理基于物质吸收或发射 IR 辐射时所涉及的光谱数据处理成像技术，专业级别设备甚至还会陪伴相关系统软件来更好地执行此类任务。

总体上说，无论是 FTIR 还是光栅型 NIR 系统都有许多差异，在确定峰值位置、信号精度和整个测量方案中均略有不同。 应该根据实际应用选择适当的仪器类型，并使用预制定好的测试流程以确保符合您特定行业标准。

红外光栅操作机制

红外线（IR）波段数十年来一直被认为是很难破解方法之一。 因此需要在有效利用红外(IR)信息识别元素化学组成时复杂关键挑战下发掘新型分析仪器技术去帮助科学家们取得新的突破。 分散原理通过光谱图形上将传感器系统中处于不同位置的波长信号以一定间隔量分离开，从而达到精确测量目的。

通俗点讲, 光栅其实就是一个类似3D打印领域（即“加工”过程）已经使用多年的分层式处理技术 , 如果你将光线束与入射物质照着角度投射到一个具有很多个小孔洞丝网上，其中任意一个位置会透过对应大小、方向和密度值相匹配的孔径得出来特定的值。

所以当您在计算机或其他设备中设置某些参数后，每束红外(IR)光线只能穿越那些符合以下描述条件才可以正常显示: 条带之间必须存在恰好正确数量和大小 的空洞，并且不超出固定规格宽带范围 (通常大约为10-20nm) 。换句话说，现代近几十年环境/化学预警等任务需要高速NIR系统遵循并可靠测量数据识别物品含量变化时,幕后功臣便是这类 IR 光栅仪器了!

结

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