傅立葉變換紅外光譜儀(Fourier Transform Infrared Spectrometer，簡寫為FTIR Spectrometer)，簡稱為傅里葉紅外光譜儀，是紅外光譜儀器的第三代。以下是對其原理及應(yīng)用的詳細(xì)介紹：
一、原理
傅里葉紅外光譜儀通過測量樣品對紅外光的吸收來確定樣品的組成和結(jié)構(gòu)，其工作原理是基于分子存在的所有化學(xué)鍵都有特定的振動頻率，這些振動頻率可以與紅外光的波長匹配，因此分子會吸收紅外光的特定頻率，從而產(chǎn)生峰位。具體過程如下：
光源：傅里葉變換紅外光譜儀為測定不同范圍的光譜而設(shè)置有多個光源。通常用的是鎢絲燈或碘鎢燈(近紅外)、硅碳棒(中紅外)、高壓汞燈及氧化釷燈(遠(yuǎn)紅外)。光源發(fā)出的紅外光經(jīng)準(zhǔn)直為平行紅外光束進(jìn)入干涉系統(tǒng)。
干涉：紅外光通過干涉儀(邁克爾遜干涉儀)調(diào)整制后得到一束干涉光。邁克爾遜干涉儀的主要功能是使光源發(fā)出的光分為兩束后形成一定的光程差，再使之復(fù)合以產(chǎn)生干涉，所得到的干涉圖函數(shù)包含了光源的全部頻率和強(qiáng)度信息。
樣品吸收：干涉光通過樣品，樣品吸收部分光線，而另一部分組成參考光，兩者重新相交并繼續(xù)進(jìn)入干涉儀，繼而經(jīng)過檢測器進(jìn)行信號檢測。
信號檢測與處理：檢測器將干涉信號變?yōu)殡娦盘枺颂幍母缮嫘盘柺且粫r間函數(shù)，即由干涉信號繪出的干涉圖，其橫坐標(biāo)是動鏡移動時間或動鏡移動距離。干涉圖經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器送入計算機(jī)，由計算機(jī)進(jìn)行傅里葉變換的快速計算，即可獲得以波數(shù)為橫坐標(biāo)的紅外光譜圖。然后通過D/A轉(zhuǎn)換器送入繪圖儀而繪出標(biāo)準(zhǔn)紅外吸收光譜圖。
由于不同化學(xué)鍵的振動頻率是唯一的，因此傅里葉紅外光譜儀可以用于確定分子中存在的化學(xué)鍵和它們的組合方式。
二、特點
信噪比高：傅里葉變換紅外光譜儀所用的光學(xué)元件少，沒有光柵或棱鏡分光器，降低了光的損耗，而且通過干涉進(jìn)一步增加了光的信號，因此到達(dá)檢測器的輻射強(qiáng)度大，信噪比高。
重現(xiàn)性好：傅里葉變換紅外光譜儀采用的傅里葉變換對光的信號進(jìn)行處理，避免了電機(jī)驅(qū)動光柵分光時帶來的誤差，所以重現(xiàn)性比較好。
掃描速度快：傅里葉變換紅外光譜儀是按照全波段進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的，得到的光譜是對多次數(shù)據(jù)采集求平均后的結(jié)果，而且完成一次完整的數(shù)據(jù)采集只需要一至數(shù)秒，而色散型儀器則需要在任一瞬間只測試很窄的頻率范圍，一次完整的數(shù)據(jù)采集需要十分鐘至二十分鐘。
分辨率高：一般棱鏡式紅外分光光度計的分辨率在1000cm-1處為3cm-1，光柵式儀器在1000cm-1處可達(dá)0.2cm-1，而傅里葉變換紅外光譜儀在整個光譜范圍內(nèi)可達(dá)0.1cm-1~0.005cm-1。
波數(shù)精度高：干涉儀的動鏡可以被很精確地驅(qū)動，干涉圖的變化很準(zhǔn)確，同時動鏡的移動距離是由He-Ne激光器的干涉條紋來測量的，從而保證了所測的光程差很準(zhǔn)確。而現(xiàn)代He-Ne激光器的頻率穩(wěn)定度和強(qiáng)度穩(wěn)定度都是非常高的，頻率穩(wěn)定度優(yōu)于5×10(-10)，因此計算出的光譜中有很高的波數(shù)精度和準(zhǔn)確度，通常可達(dá)到0.01cm-1。
靈敏度高：色散型紅外分光光度計大部分的光源能量都損失在入口狹縫的刀口上，而傅里葉變換紅外儀沒有狹縫的限制，輻射通量只與干涉儀的平面鏡大小有關(guān)，在同樣的分辨率下，其輻射通量比色散型儀器大得多，從而使檢測器接受的信噪比增大，因此具有很高的靈敏度，可達(dá)10(-9)~10(-12)g。
光譜范圍寬：傅里葉變換紅外光譜儀只要能實現(xiàn)測量儀器的元器件(不同的分束器和光源等)的自動轉(zhuǎn)換，就可以研究整個近紅外、中紅外和遠(yuǎn)紅外10000cm-1~10cm-1的光譜。
三、應(yīng)用
傅里葉變換紅外光譜儀可以對樣品進(jìn)行定性和定量分析，廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域：
醫(yī)藥化工：用于藥物成分分析、化學(xué)反應(yīng)監(jiān)測等。
地礦：用于礦石成分分析、礦物鑒定等。
石油：用于石油產(chǎn)品分析、油質(zhì)檢測等。
煤炭：用于煤炭成分分析、煤質(zhì)評價等。
環(huán)保：用于環(huán)境監(jiān)測、污染物分析等。
海關(guān)：用于進(jìn)出口商品的成分檢測、質(zhì)量監(jiān)控等。
寶石鑒定：用于寶石成分分析、真?zhèn)舞b別等。
刑偵鑒定：用于物證分析、毒物檢測等。
此外，在電子、生命科學(xué)、材料科學(xué)和藥學(xué)等領(lǐng)域，傅里葉變換紅外光譜儀也有廣泛的應(yīng)用。
綜上所述，傅里葉變換紅外光譜儀以其原理、顯著的優(yōu)點以及廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，在科研和工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。
