傅立葉變換紅外（FTIR）光譜儀是根據(jù)光的相干性原理設(shè)計(jì)的，因此是一種干涉型光譜儀，它主要由光源（硅碳棒，高壓汞燈），干涉儀，檢測(cè)器，計(jì)算機(jī)和記錄系統(tǒng)組成，大多數(shù)傅立葉變換紅外光譜儀使用了邁克爾遜（Michelson）干涉儀，因此實(shí)驗(yàn)測(cè)量的原始光譜圖是光源的干涉圖，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)干涉圖進(jìn)行快速傅立葉變換計(jì)算，從而得到以波長(zhǎng)或波數(shù)為函數(shù)的光譜圖，因此，譜圖稱(chēng)為傅立葉變換紅外光譜，儀器稱(chēng)為傅立葉變換紅外光譜儀。

Infrared spectroscopy is an effective method to identify substance and analyze the structures of molecular. Fourier transform infrared (FTIR) spectrometers developed in the seventies are a typical representative of the third generation of infrared spectroscopy. They are a kind of interference-type spectrometers which were designed based on the principle of coherent light, with excellent features and perfect functions. And they haven’t only been used widely but also have extensive prospects. In this paper, the basic principles of Fourier transform infrared spectrometer are described briefly. The main features of FT-IR were summed up as well as its application in various fields, and some basic opinions of developmental direction as far as FTIR were put forward.

Key words: Fourier transform infrared spectrometer； Basic principles； Application； Development

傅立葉變換紅外光譜儀的應(yīng)用

以下是分別介紹傅立葉變換紅外光譜儀在各個(gè)方面的應(yīng)用。

4.1　在臨床醫(yī)學(xué)和藥學(xué)方面的應(yīng)用[4]

鑒于每個(gè)化合物都有自己獨(dú)特的紅外光譜, 除特殊情況外, 目前尚未發(fā)現(xiàn)兩種不同的化合物具有相同的紅外光譜, 所以紅外光譜為藥品質(zhì)量的監(jiān)測(cè)提供了快速準(zhǔn)確的方法。如藥材天麻、阿膠, 西藥紅霉素、環(huán)磷酰胺的監(jiān)測(cè)和抗肝炎藥聯(lián)笨雙酯同質(zhì)異晶體的研究。

傅立葉變換紅外光譜儀在臨床疾病檢測(cè)方面也有廣泛的應(yīng)用, 如利用紅外光譜法對(duì)冠心病、動(dòng)脈硬化、糖尿病、癌癥的檢測(cè)。紅外光譜法測(cè)定蛋白質(zhì)基體中的葡萄糖含量。以及用FT-Raman 光譜在700～1900cm- 1處的差異, 對(duì)胃、牙齒、血管、肝等人體組織的研究可用于體內(nèi)診斷。

惡性腫瘤是一種嚴(yán)重危害人類(lèi)身心健康并消耗大量醫(yī)療衛(wèi)生資源的疾病, 由于目前缺乏有效的對(duì)晚期癌癥的治療手段, 腫瘤的早期診斷對(duì)延長(zhǎng)患者的生存時(shí)間和提高生活質(zhì)量具有重要的意義。傅里葉變換紅外光譜可以提供有關(guān)分子結(jié)構(gòu)和變化的多種信息, 能在分子水平對(duì)細(xì)胞組織的改變做出反映, 是行之有效的腫瘤早期檢測(cè)的手段, 較傳統(tǒng)的腫瘤手段而言, 具有快速, 準(zhǔn)確, 客觀等特點(diǎn)；甚至可以通過(guò)光纖附件, 實(shí)現(xiàn)腫瘤的原位、在體、實(shí)時(shí)檢測(cè)和診斷。通過(guò)胃癌組織與正常組織的FTIR譜圖[5]比較, 可以發(fā)現(xiàn)胃癌組織具有特征性的光譜。如圖5所示。胃癌細(xì)胞株FTIR檢測(cè)結(jié)果如圖6所示，與胃癌組織光譜圖比較，光譜特征存在差異。

圖5 胃癌組織與正常組織的FTIR譜

圖6 胃癌細(xì)胞株FTIR檢測(cè)結(jié)果

4.2　在化學(xué)、化工方面的應(yīng)用

在該方面的應(yīng)用又可分為表面化學(xué)、催化化學(xué)和石油化學(xué)方面的應(yīng)用。

4.2.1　在表面化學(xué)研究中的應(yīng)用

紅外光譜技術(shù)在表面化學(xué)研究中的應(yīng)用具有兩個(gè)鮮明特征:

(1) 繼續(xù)不斷地開(kāi)發(fā)表面與薄膜的原位和實(shí)時(shí)紅外分析技術(shù)。根據(jù)報(bào)道已有一種適用于原位和同時(shí)紅外分析的FT-IR擴(kuò)散反射室。

(2) 以紅外吸附光譜( IRAS) , ATR FT-IR 和IR反射光譜為代表的紅外光譜技術(shù)廣泛地應(yīng)用于研究自組織膜和L- B膜。如應(yīng)用IR反射光譜研究薄膜, 測(cè)定組織薄膜的厚度、成分和結(jié)構(gòu)。

4.2.2　在催化化學(xué)研究中的應(yīng)用

(1) 擴(kuò)散反射紅外光譜傅立葉變換光譜(DR IFTS) 的應(yīng)用報(bào)道特別突出, 其次是IRAS。DR IFTS用于監(jiān)控催化劑表面吸附化合物的分解動(dòng)力學(xué)。IRAS的典型應(yīng)用實(shí)例包括研究CO在Pd催化劑表面的氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué), 以及研究NO和CO在Pd和Pd-SiO2 表面的共吸附現(xiàn)象。

(2) 原位紅外光譜技術(shù)除了依然應(yīng)用普通的原位紅外光譜技術(shù)研究催化反應(yīng)過(guò)程外, 還應(yīng)用于原位反射/吸附紅外光譜研究催化劑表面的點(diǎn)位阻塞效應(yīng)。另外產(chǎn)生了大量新的與原位紅外光譜技術(shù)相配合的附件裝置。

4.2.3　在石油化學(xué)研究中的應(yīng)用

傅立葉變換紅外光譜儀在石油化學(xué)中的應(yīng)用是一個(gè)十分廣泛的領(lǐng)域, 如在重油的組成、性質(zhì)與加工方面,應(yīng)用IR表面自硅膠色譜得到的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。紅外光譜儀在潤(rùn)滑油及其應(yīng)用方面的進(jìn)展體現(xiàn)在: 用于鑒別未知油品和標(biāo)定潤(rùn)滑油的經(jīng)典物理性質(zhì)(如粘度、總酸值、總堿值) ; 被納入以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)為目的的油液分析計(jì)劃, 用于表征在用油液的降解和污染程度; 油潤(rùn)滑表面摩擦化學(xué)過(guò)程及產(chǎn)物的原位監(jiān)測(cè)與表征。

紅外光譜儀應(yīng)用于輕質(zhì)油品生產(chǎn)控制和性質(zhì)分析方面的主要進(jìn)展包括: 應(yīng)用紅外光譜預(yù)測(cè)汽油的辛烷值, 應(yīng)用IR 測(cè)定汽油中含氧化合物的含量。此外, 還應(yīng)用ATR FT - IR與GC聯(lián)用測(cè)定汽油中的芳烴的含量[6]。

4.3　在環(huán)境分析中的應(yīng)用

用氣相色譜- 傅立葉變換紅外聯(lián)用技術(shù)測(cè)定水中的污染物[7], 結(jié)合了毛細(xì)管氣相色譜的高分辨能力和傅立葉變換紅外光譜快速掃描的特點(diǎn), 對(duì)GC - MS不能鑒別的異構(gòu)體, 提供了完整的分子結(jié)構(gòu)信息, 有利于化合物官能團(tuán)的判定。K1A1Krok等報(bào)道了氣相色譜/紅外光譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在環(huán)境分析中的應(yīng)用。運(yùn)用傅立葉變換紅外遙感技術(shù), 可以測(cè)定工業(yè)大氣空間的特性。由于控制汽油質(zhì)量與保護(hù)環(huán)境密切相關(guān), 應(yīng)用美國(guó)HP GC / IRP /MS測(cè)定汽油中的甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2 -丁醇、異丁醇、特丁醇、苯、甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對(duì)二甲苯等, 其準(zhǔn)確度為1%, 相對(duì)偏差為0.155%。應(yīng)用傅立葉變換紅外法可以定量分析氣態(tài)烴類(lèi)混和物, 對(duì)于測(cè)定水中的石油烴類(lèi), 非色散紅外法已成為我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)方法[8]。

4.4  在半導(dǎo)體和超導(dǎo)材料等方面的應(yīng)用[9]

在此方面的應(yīng)用主要有: 分析鈾原子與CO和CO2 反應(yīng)產(chǎn)物的基體紅外光譜, 研究了鈾- 釷- 鎳- 錫變性錳鋁銅強(qiáng)磁性合金的遠(yuǎn)紅外性質(zhì)。分析C60填料籠形包含物的紅外和拉曼光譜。用反射傅立葉變換紅外顯微光譜法測(cè)定有機(jī)富油頁(yè)巖中海藻化石。

此外, 傅立葉變換紅外光譜儀在其傳統(tǒng)領(lǐng)域———物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、熱力學(xué)狀態(tài)分析、熱/動(dòng)力學(xué)過(guò)程分析與表征也有著不同程度的進(jìn)展。

5 全文總結(jié)

     由于傅立葉變換紅外光譜儀應(yīng)用的廣泛性，得到了許多科技工作者以及各國(guó)廠家的關(guān)注及推崇。近年來(lái)他們對(duì)其光源、干涉儀、檢測(cè)器及數(shù)據(jù)處理等各系統(tǒng)進(jìn)行了大量的研究和改進(jìn), 使之日趨完善。如儀器精密度的提高, 紅外光譜儀在分辨率和掃描速度等方面達(dá)到了很高的指標(biāo)。紅外光譜儀的調(diào)整、控制、測(cè)試及結(jié)果的分析大部分由計(jì)算機(jī)完成。雖然相對(duì)于之前的紅外光譜儀而言，傅立葉紅外變換紅外光譜儀有了很大的提高。但其本身也存在不少的缺陷：

⑴ 樣品制作比較麻煩，并且會(huì)破壞樣品原本形態(tài)或表面污染。因此就不能應(yīng)用在一些如對(duì)珠寶，鉆石，紙幣，郵票，筆跡等的真?zhèn)舞b定上了。

解決辦法：針對(duì)這些缺陷，漫反射傅立葉變換紅外光譜技術(shù)和衰減全反射傅立葉變換紅外光譜技術(shù)很好的解決了這一問(wèn)題。

⑵ 紅外光譜的定性分析時(shí)要將測(cè)得的圖譜與已知樣品圖譜或標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行對(duì)比，而同一化合物在不同狀態(tài)，不同溶劑中都會(huì)顯出不同的光譜，此外，濃度、溫度、樣品純度、儀器的分辨率等因素對(duì)分析結(jié)果也有影響。因此紅外光譜的解析十分的復(fù)雜，并且工作量十分的大。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，紅外光譜定性分析實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)檢索和輔助光譜分析，但是，這種檢索能力受到存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量的限制，因?yàn)樾潞铣傻幕衔镌絹?lái)越多，建立圖譜庫(kù)的工作量越來(lái)越大。

現(xiàn)在人們開(kāi)始研究一種稱(chēng)之為輔助紅外光譜解析的方法，這是一種人工智能技術(shù)，它能根據(jù)未知物圖譜中吸收帶的特征頻率、強(qiáng)度及形狀等信息，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行演繹推理，完成對(duì)未知物官能團(tuán)的分析。目前仍處于研究階段。相信不久的將來(lái)，會(huì)開(kāi)發(fā)出在解析化學(xué)結(jié)構(gòu)方面具有完善功能的計(jì)算機(jī)人工智能系統(tǒng)。

    能譜科技作為國(guó)內(nèi)先進(jìn)的紅外光譜儀制造商，生產(chǎn)的ican9傅立葉紅外光譜儀具有先進(jìn)的紅外光源系統(tǒng)、穩(wěn)定的光學(xué)系統(tǒng)、高性能的電子系統(tǒng)、人性化的操作系統(tǒng)、極強(qiáng)的防潮處理、豐富的擴(kuò)展性等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、高校、環(huán)保等領(lǐng)域，得到了廣大用戶的好評(píng)。使用iCAN9傅里葉變換紅外光譜儀，搭載原裝進(jìn)口的ATR附件，輕松滿足新版藥典要求，檢測(cè)二甲基硅油，我們的產(chǎn)品可以成為企業(yè)實(shí)驗(yàn)室的得力幫手。