第3楼2005/06/26
1.1 傅里叶变换红外光谱法(FTIR)的基本原理[ ]
当不同能量的各种光线照射到物体上时都会相互作用而发生能量交换,频率越高的光线能量越大,与物质相互作用也越强烈,根据光线频率由高到低顺序,可把光线分为x 射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等波段。当频率最高的x射线与物质相互作用时可使其分子的化学键断裂,紫外线、可见光则使物质分子中的电子发生能级跃迁,而能量较低的红外线只能使分子中的共价键发生振动,能量更低的微波和无线电波只能使分子发生转动或原子核、电子的自旋运动。由于物体发生上述分子内的结构变化时只吸收特定波长的光波,因此把透过物体的光线经过色散,分成不同波长组成的谱带,即可得到吸收光谱图,可以对不同波长光线被物体吸收情况进行研究。常用的吸收光谱有紫外、可见和红外三种。
红外光谱仪是利用光的色散原理制成的,当通过物体后的入射光经棱镜、光栅等单色器使光波色散,把复合光分为单色光,并按波长顺序排列到狭缝平面上并由检测器接收其信号,依次对单色光的强度进行测定,即得到样品的吸收光谱图。以前使用的红外光谱仪由于扫描的每一瞬间,只有极窄的一段光波落在检测器上,灵敏度和检测速度均受到限制,而傅立叶变换红外光谱仪利用迈克耳逊干涉仪,使光谱信号作到“多路传输”,并将干涉信号经傅立叶数学变换转换成普通光谱信号,因此能在同一时刻收集光谱中所有频率的信息,在一分钟内能对全部光谱扫描近千次,因此大大提高了灵敏度和工作效率。
1.2 傅里叶变换红外光谱仪的发展概况
1880年迈克耳孙(Michelson)发明了干涉仪,由于检测仪的灵敏度和傅里叶变换(FT)的计算问题,并未投入实际应用[ ]。20世纪上叶,William Webber Coblentz领导的美国国家标准技术研究所辐射测量部门率先发表“原子和分子基团在红外波长范围有特征吸收峰”,开始了对红外光谱仪的研究。第二次世界大战对合成橡胶的生产和检测需要,驱使了对红外光谱仪的研制和生产[ ]。色散型红外分光光度计开始广泛地应用于各个领域。20世纪50年代美国John Hopkins大学一实验小组及空军剑桥研究实验室建造高分辨率光谱仪后,傅里叶变换红外光谱仪才得到实际的应用。1965年Conley 和Tukey发表了“FT快速计算法”,极大地方便了计算机计算,使傅里叶变换红外光谱仪得到迅速发展[2]。
现在傅里叶变换红外光谱仪已得到全面的发展,使用方法几乎适应各类物质的检测分析,包括衰减全反射法、漫反射法,光声光谱法、显微光谱法、动态光谱法(动力学法)、光谱仪与各种仪器的联用,以及与计算机技术的结合[ ]。现在,红外光谱法通常作为分析各种聚合物材料最佳选择的技术[ ]。在纺织工业领域,主要用于对未知物的分析;定量分析;织物等表面涂层的分析和高分子材料大分子链等的测定[ ]。
第5楼2007/02/05
近红外光谱技术(NIR)是90年代以来发展最快、最引人注目的分析技术之一。随着NIR分析方法的深入应用和发展,已逐渐得到大众的普遍接受和官方的认可。1978年美国和加拿大就采用近红外法作为分析小麦蛋白质的标准方法,1998年美国材料试验学会制订了近红外光谱测定多元醇(聚亚安酯原材料)中羟值含量的ASTM D6342标准方法。2003年,在我国也正式实施了近红外光谱方法测定饲料中水分、粗蛋白质、粗纤维、粗脂肪、赖氨酸、蛋氨酸的国家标准GB/T 18868-2002。
由于近红外光在常规光纤中有良好的传输特性,且其仪器较简单、分析速度快、非破坏性和样品制备量小、几乎适合各类样品(液体、粘稠体、涂层、粉末和固体)分析、多组分多通道同时测定等特点,成为在线分析仪表中的一枝奇葩。近几年,随着化学计量学、光纤和计算机技术的发展,在线近红外光谱分析技术正以惊人的速度应用于包括农牧、食品、化工、石化、制药、烟草等在内的许多领域,为科研、教学以及生产过程控制提供了一个十分广阔的使用空间。