紅外光譜儀

　　紅外光譜儀的發(fā)展歷史

　　到目前為止紅外光譜儀已發(fā)展了三代。第一代是最早使用的棱鏡式色散型紅外光譜儀,用棱鏡作為分光元件，分辨率較低，對溫度、濕度敏感,對環(huán)境要求苛刻。上世紀(jì)六十年代出現(xiàn)了第二代光柵型色散式紅外光譜儀,采用先進(jìn)的光柵刻制和復(fù)制技術(shù),提高了儀器的分辨率,拓寬了測量波段,降低了環(huán)境要求。然后在上世紀(jì)七十年代又發(fā)展起來第三代的干涉型紅外光譜儀,傅立葉變換紅外光譜儀既是干涉型的代表，它具有寬的測量范圍、高測量精度、*的分辨率以及極快的測量速度。

　　紅外光譜儀基本原理

　　紅外線和可見光一樣都是電磁波，紅外光又可依據(jù)波長范圍分成近紅外、中紅外和遠(yuǎn)紅外三個波區(qū)，其中中紅外區(qū)（2.5～25μm；4000～400cm-1）能反映分子內(nèi)部所進(jìn)行的各種物理過程以及分子結(jié)構(gòu)方面的特征，對解決分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成中的各種問題最為有效，因而中紅外區(qū)是紅外光譜中應(yīng)用*的區(qū)域。

　　紅外光譜屬于吸收光譜，是由于化合物分子中成鍵原子振動能級躍遷時吸收特定波長的紅外光而產(chǎn)生的，只有引起分子偶極矩變化的振動才能產(chǎn)生紅外吸收。紅外吸收光譜主要用于結(jié)構(gòu)分析、定性鑒別及定量分析。

　　分子中各種對稱與不對稱的伸縮振動、彎曲振動

　　紅外圖譜中吸收峰與對應(yīng)的分子振動

　　紅外光譜研究的大致順序：

　　紅外輻射-引起材料的分子振動能級躍遷-產(chǎn)生紅外光譜-分析光譜中的官能團(tuán)-得出分子結(jié)構(gòu)。

　　紅外光譜在寶石鑒定中的應(yīng)用

　　1.鑒定寶玉石種屬

　　2.區(qū)分鉆石的類型

　　3.分析寶石中水分子的存在及類型，并以此鑒別某些合成寶石

　　4.鑒別人工優(yōu)化處理寶玉石

　　傅立葉變換紅外（FT-IR）光譜儀工作過程

　　傅立葉變換紅外（FT-IR）光譜儀是根據(jù)光的相干性原理設(shè)計的，因此是一種干涉型光譜儀，它主要由光源，干涉儀，檢測器，計算機(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，這是光譜儀中的核心部件，而實(shí)驗測量的原始光譜圖是也是光源的干涉圖，然后再通過計算機(jī)對干涉圖進(jìn)行快速傅立葉變換計算，從而得到以波長或波數(shù)為函數(shù)的光譜圖。

　　傅立葉變換紅外光譜儀結(jié)構(gòu)

　　邁克爾遜（Michelson）干涉儀

　　傅立葉是誰？

　　讓·巴普蒂斯·約瑟夫·傅立葉（BaronJeanBaptisteJosephFourier，1768-1830），男爵，法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家，1768年3月21日生于歐塞爾，1830年5月16日卒于巴黎。1817年當(dāng)選為科學(xué)院院士，1822年任該院終身秘書，后又任法蘭西學(xué)院終身秘書和理工科大學(xué)校務(wù)委員會主席。

　　主要貢獻(xiàn)是在研究《熱的傳播》和《熱的分析理論》時創(chuàng)立了一套數(shù)學(xué)理論，即傅立葉級數(shù)，對19世紀(jì)的數(shù)學(xué)和物理學(xué)的發(fā)展都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。而傅里葉變換在物理學(xué)、數(shù)論、組合數(shù)學(xué)、信號處理、概率、統(tǒng)計、密碼學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

　　讓·巴普蒂斯·約瑟夫·傅立葉而有關(guān)傅立葉級數(shù)，傅立葉變換的理論也不詳細(xì)闡述了，簡而言之，它可以把難以看懂的時域譜變換成能看懂的頻域譜。

　　傅立葉變換紅外光譜測量的全過程：光譜儀發(fā)射紅外線通過寶石，在紅外線通過寶石時，會引起寶石中分子的振動，同時分子振動吸取特定的能量（不同波長的紅外線），干涉儀測量出原始的干涉圖，該圖是一種時域譜,它是一種極其復(fù)雜的譜,難以解釋，最后一步，計算機(jī)對該干涉圖進(jìn)行快速傅立葉變換計算,從而得到以波長或波數(shù)為函數(shù)的頻域譜,即紅外光譜圖，縱坐標(biāo)為透過率，橫坐標(biāo)為波長λ（μm）或波數(shù)（cm-1）。因此，譜圖稱為傅立葉變換紅外光譜，儀器稱為傅立葉變換紅外光譜儀。