傅里叶变换红外光谱诊断地中海贫血症
【摘要】
为建立简单快速的地中海贫血诊断方法，本研究探讨了以傅里叶变换红外光谱结合水平衰减全反射（）技术在地中海贫血诊断中的制样方法及光谱的数据处理方法。在制样预处理中，通过对样品进行稀释并干燥成膜消除水分子对光谱吸收干扰，保持ATR光谱中各波长对样品的穿透深度一致。结果表明，当1652 cm－１吸收度小于1.5时（即透射率T小于4%时），各波峰强度与血红蛋白浓度呈良好的线性关系（r>0.995）及实验重复性（RSD<4%）。在数据处理上，改进的相对强度方法用于800～1780 cm－１和2480～3600 cm－１区间的分析。通过与常规的傅里叶去卷积谱及差谱方法相比，本方法可消除样品浓度所带来的影响因素，灵敏地揭示群体数据中组分与结构在不同组间的显著差异，如1638 cm －１处重叠的蛋白二级结构峰，1172 cm－１、1440 cm－１表征脂类物质的吸收峰，1064 cm－１表征磷酸化合物峰位及表征SH的2553 cm－１附近的吸收峰在正常组与地中海贫血组间存在显著差异。从而避免了几个峰位的相对强度所反映的信息不足及选择参比峰的困扰，对揭示整体的差异变化规律有着重要的作用。
【关键词】傅里叶变换红外光谱，水平衰减全反射，地中海贫血，相对强度
Identification of Thalassemia by Fourier Transform Infrared Spectroscopy and Spectral Data Processing
ＸＷＬＳhi, WANG ＢＱing
1(Biophysics Laboratory, Guangxi Academy of Sciences, Nanning 530003)
2(Department of Physics, East Carolina University, Greenvile, NC
Abstract To set up a rapid, simple diagnosis of thalassemia, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) associated with horizontal attenuated total reflectance (HATR) was firstly used to diagnosis β
processing were discussed in detail. Properly diluted samples were filmed on ATR crystal surface and then all evanescent waves can penetrate the sample completely. The IR spectra indicated excellent linearity (r>0.995)
and reproducibility (RSD<4%) under 1.5 absorbance unit at 1652 cm－１. Modified intensity ratios method was used in 800－1780 cm－１ and 2480－3600 cm－１ regions respectively. It demonstrated protein secondary structure change near 1638 cm－１ and others significant differences such as bands at 1172 cm－１ and 1440 cm－１ that distribute to lipid, band at 1064 cm－１ arising from phosphate substance and 2553 cm－１ that originating from SH stretching vibration. This method not only avoids the problems of large number of free parameters comparison with other data processing but also can demonstrate differences of structure and composing in samples at total pattern.
Keywords Fourier transform infrared spectroscopy，horizontal atlenuated total reflectance， thalassemias， intensity ratios
本文系国家自然科学基金（No.30660063）和广西科学基金（No.0575027）资助项目
wguiwen@https://www.doczj.com/doc/1217280196.html,
1 引言
随着光谱技术的发展，傅里叶变换红外光谱 (FTIR)已广泛应用于生物复杂体系的研究[1, 2]。因为具有实时、快速、无损检测等特点， FTIR已成为医学中富有潜力的诊断工具之一，对癌症[3,4]、白血病[5]、血糖[6]等疾病的诊断已有众多成功的应用。但由于生物样品中存在大量水分子，在中红外区对谱图有着较强的干扰。在透射法中，通常将样品均匀分布于晶体表面干燥成膜，以减少水分对样品检测所带来的干扰。为确保一次透射产生适合的吸收强度，需要提高样品浓度或剂量，但会给样品制样带来诸多问题，如膜的厚度增加，干燥处理时间会相对延长，样品大小、形状对光谱的吸收影响增强，导致光谱的质量与重现性下降。水平衰减全反射 (horizontal attenuated total reflectance, HATR)技术的应用在一定程度上克服了以上因素所带来的问题。与FTIR透射法不同，该技术中光束并非直接透射样品，而在晶体内进行多次全反射，通过在反射点所产生的隐失波穿透样品产生红外吸收光谱（如图1）。在溶液中，由于某一固定波长所产生隐失波的穿透深度一致（均为微米级），一方面可确保其吸收与样品浓度的线性关系，另一方面可减少水的强吸收，从而避免了在透射法中需通过严格控制样品厚度而带来的繁琐操作，使检测方法更为简单快捷[7,8]。此外，由于多点吸收，HATR对微量样品的灵敏度更高，可降低对样品浓度或剂量的需求，实现对超薄样品及微量样品的检测。
作者曾以微流控结合光镊拉曼光谱技术检测了地中海贫血症[9]。本研究仍以地中海贫血作为研究对象，探讨了HATR用于地中海贫血诊断的定性与定量方法。通过与透射法的比较，HATR谱中灵敏性与重复性得以改善，其吸收强度与样品浓度呈良好的线性关系。将一种改进的相对强度数据处理方法用于分析群体水平上的组间差异。与常规的差谱法、二阶导数法相比，该处理方法对差异识别敏感，直观的实验结果进一步提高了对地中海贫血的诊断机理的认识，简单量化数据为光谱诊断提供可靠的指标。
2 实验部分
2.1 仪器与样本
傅里叶红外光谱仪(Nicolet 5700，DTGS/B检测器) 配合HATR智能附件(Thermo)。
经过确诊的健康个体血样（68份）和β重型地中海贫血患者血样（37份），由广西医科大学提供。考虑性别与年龄因素，样品中男女比例保持一致，两组年龄相当。
2.2 实验方法
2.2.1 样本前处理及光谱检测
取200 μL外周血置于1.5 mL eppendorf离心管，4 ℃、400 g离心10 min 去上层清液，400 μL Hanks′缓冲液洗涤3次，400 μL蒸馏水低渗处理释放红细胞内含物。4 ℃、 20,000 g离心 30 min取上层清液，可置于－20 ℃作长期保存。血红蛋白溶液5 μL稀释液均匀涂布于ZnSe晶体表面(50 mm×5 mm)，在干燥条件下成膜。分辩率为4 cm－１，扫描范围为800～4000 cm－１，扫描64次获得样品光谱。以透射法的制样方法，参考文献[１０]的方法，将样本涂布于CaF2窗片（直径13 mm，高2 mm）干燥成膜，以空白窗片为背景。
2.2.2 数据处理
OMNIC 7.0软件用于光谱的峰高较正、Savitzky Golay五点平滑及傅里叶去卷积（）处理，其余的数据均由Matlab软件处理。
3 结果与讨论
3.1 实验方法的优化
由于不同波长所产生隐失波的穿透深度（depth of penetration，Dp）与波长成正比关系（见公式1），当膜厚度过大时，在短波段区域因为穿透能力的限制，造成与长波段区域不同的厚度穿透。因此，为保证中红外800～4000 cm－１区域内所有波数穿透厚度相同，应使样品成膜厚度小于最短波长的穿透深度，既可确保所有波长均能穿透样品膜，又减少了所需样品量，缩短了时间，有利于实现样品的微量和快速检测。为观察光谱强度与蛋白浓度的线性相关、确定适合的样品稀释倍数，将高浓度样品稀释成一系列样品，观察不同峰高和蛋白浓度的线性关系（见图2A）。从图2A可以观察到在1652 cm－１的光谱强度小于1.5（即透射率T小于4%）时，其各个波数峰的强度与血红蛋白浓度呈良好的线性关系（r＞0.995）。当样品浓度继续增加，长波段区域的线性关系优于短波段。但在Amide Ⅰ、Amide Ⅱ的特征谱带1652 cm－１、1540 cm－１处，其下降的趋势分别与2958 cm－１, 3295 cm－１相当，应与峰的饱和性吸收相关[1]。因此，考虑样品厚度
与饱和吸收因素，在检测过程中将提取的血红蛋白稀释10倍，使HATR谱在1652 cm －１处强度低于1，其成膜的厚度远小于0.5 μm, 以保证各HATR谱各波数与样品膜厚度间良好的线性相关。多次重复实验也显示良好的重现性（RSD<4%）。ＤＰ＝λ２π(n12sin2θ－n22)1/2(1)其中,λ为入射光波长，n1与n2分别为晶体与样品折射率，θ代表入射角度，例如ZnSe晶体折射率为2.4，在入射角为45°，λ为1000 cm－１（即10 μm时），蛋白样品折射率通常为1.5，其穿透深度(Dp)为2.5 μm。
参照文献[10]收集透射光谱，与HATR谱在谱形上保持一致，并未观察到波数位移的现象（见图2B）。但在吸收强度上，HATR多次折射所产生的吸收强度大于透射谱近一个数量级，表明HATR对样品的灵敏性更高，样品的用量更小。
3.2 实验数据处理
在此基础上，共获得107份样本的红外光谱，经5点平滑处理后，分别计算了两组样品的平均光谱（见图3）。在谱形上，两组光谱保持一致，在1652、1542和 3295 cm－１处有3个强吸收峰，分别归属为血红蛋白的Ａmide Ⅰ、Ａmide Ⅱ 和Ａmide A（详见图3），是蛋白结构研究的重要区域。在800～1450 cm－１区间，由于红细胞成分复杂，除血红蛋白外，还含有从膜中释放的磷脂类组分及细胞内高能磷酸类化合物如二磷酸甘油酸（，DPG）、ATP 及碳水化合物，其谱带为以上几组物质的共同作用的结果。在强度上，两组光谱的主要的吸收峰存在明显差异。如在1652 cm－１吸收峰的平均峰高及标准误差（SD）在地中海贫血组与正常组中分别为0.53±0.14和0.83±0.16，前者显著低于后者（p<0.001），可做为红外诊断地中海贫血的量化指标之一。而地中海贫血组内个体间的差异并不比正常组的大。
由于不同样品间存在浓度差异，需要用光谱归一化、乘谱及相对强度等方法消除浓度的影响，来比较光谱中结构与组分的差异。在光谱的诊断研究中，相对强度常被用作诊断依据。根据定律，峰强度A(λ)主要依赖物质分子吸光系数α(λ)、密度与膜厚（见公式2），运用相对强度可消除膜厚影响，体现两组分分子吸光系数α(λ)与密度关系。Ａ（λ）＝α（λ）deL, 当L相同时Ａ（λ１）Ａ（λ２）＝α（λ１）de1α（λ２）de2(2) 但在通常的相对光谱方法中，只涉及到少量几个峰位间的相对强度。而在生物大分子体系中，物质组成与结构复杂，谱带常发生重叠，从而丢失了大量隐含于光谱中的物质组分与结构的信息。因此，在光谱处理中采用了一种改进的相对强度计算法。在800 cm－１到 1780 cm－１光谱范围，以最低处1780 cm－１做为光谱基线，分别计算光谱中每一波数与其它波数之间的相对强度[11]。在光谱分辩率为4 cm－１设置下，在该区间共有509波数点。因此，每一光谱均可获得509×509的相对强度矩阵。在正常组或β重型地中海贫血组，可以分别得到每一相对强度的平均值及标准差，通过比较组间平均值与标准差D值（D=Abs(M正常－Mβ)－(SD正常+SDβ)，Abs代表绝对值，M正常、Mβ分别表示各自平均值，SD正常，SDβ表示其标准差），用于量化两组间相对强度的差异。图4显示了β重型地中海贫血与正常组间其相对强度的D值大于零的部分，纵坐标表示D值大小，可用来指示相对强度差异大小。用t检验该部分相对强度，均表现统计显著性
（p<0.001）。
在800～1780 cm－１范围内，β重型地中海贫血与正常对照组之间，大于零的D值占整个矩阵的9.34%，大部分位于由1100～1654 cm－１和1006～1080 cm －１所构成的矩形范围内，并呈现出明显的对称分布。这种对称分布源于相对强度沿其对角线成倒数关系。但D值大小并不一致。在谱带的分析上，1006～1080 cm－１主要归属为OPO的对称伸缩振动，应来自于血红蛋白中游离的高能磷酸化合物，如DPG或ATP等；而1100～1654 cm－１区域，主要源自蛋白（Amide Ⅰ，Amide Ⅱ，Amide Ⅲ）、脂类（1455 cm－１附近与1172 cm－１附近）及碳水化合物（1150 cm－１）（见图3）。以上数据呈现一个整体的趋势，即显著差异主要来源于蛋白、脂类、碳水化合物与磷酸化合物的比值。以下分别对以上几类物质的变化进行阐述。
3.2.1 蛋白质（Amide Ⅰ与Amide Ⅱ）
1470～1700 cm－１为Amide Ⅰ、Amide Ⅱ区域与1000～1108 cm－１（磷酸化合物）的相对比值在两组间呈显著差异，如最大D值I1638/I1064（0.292）。由于谱带重叠，1638 cm－１峰在原始光谱上并未显现。为此，实验利用去卷积半高宽（Bandwidth at half height，FWHH）20 cm－１,分辨率提高因子（Resolution enhancement factor）2.0对其进行去卷积处理（见图4B）。由于分辨率的提高，二阶导数谱和FSD谱均显示了原始光谱中1682、1638和1628 cm －１处隐含的子峰。在谱带归属上，应来源于两段螺旋间的短肽[12, 13]，1638 cm－１处两组间的显著差异表明该结构与β珠蛋白存在较强的正相关。除此之外， I1652/I1064在两组间也存在较大差异，其D值为0.1482。在血红蛋白的二级结构中，该谱带与α螺旋结构数相关。正常血红蛋白中β珠蛋白为8个，α珠蛋白为7个，在β重型地中海贫血中由于β珠蛋白缺失，α螺旋数减少，光谱呈弱的吸收强度，对两组的相对强度造成一定影响。
3.2.2 脂类
在1350～1500 cm－１区间及1172 cm－１附近，其谱带归属为脂类物质。该区域与磷酸化合物的相对强度均呈显著差异，如I1440/1064、I1453/1064和I1172/1064处其D值分别为0.120、0.115和0.089。特别在I1172/I1064的相对强度上，两组表现出强的组间特异性（见图4C），两组样本能被该值完全正确区分。该脂类物质应主要来源于红细胞膜所释放的磷脂或胆固醇类成分[13]。红细胞中，胞内血红蛋白的浓度、性质与膜的流动性及渗透能力相关。在β重型地中海贫血中，由于β珠蛋白的缺失，易使过剩的α珠蛋白及降解物沉积于膜上，导致膜的性质改变，脂类释放能力降低，对两组的相对强度差异有一定贡献。
3.2.3 磷酸化合物
在1000～1108 cm－１附近，该区间与蛋白、脂类化合物均呈显著差异，归属为OPO对称伸缩振动，主要来源于红细胞内含的DPG等高能磷酸化合物。在红细胞中，DPG浓度与Hb相当，为Hb氧亲合力调节的重要因子。在缺氧条件下，
DPG在胞内浓度升高促使氧离曲线发生右移，增强组织对氧的摄取。Ting [15]和Labotka [ 16]用核磁共振对β重型地中海贫血的DPG水平进行检测，认为在β地中海贫血中，由于有效血红蛋白量减少，DPG在红细胞内浓度增加，以缓解机体的缺氧状态。因此，正常组与β地中海贫血组中磷酸化合物的改变对相对强度的差异有着较大的贡献。
3.2.4 其它化合物
在2480～3600 cm－１区间（见图5A），大于零的D值仅占到0.67%的比例，最大D值为0.0033，来自于I2 541/I2 561的相对强度。在2553 cm－１附近，谱带归属为弱的SH伸缩振动吸收，常用于表征血红蛋白的氧合能力[17]。在正常的人血红蛋白分子中，共含有6个SH基团，其中β珠蛋白链2个，α珠蛋
白链1个。Liu等[10]曾比较过2553 cm－１处表征α珠蛋白链的SH，在β
重型地中海贫血组与正常组间存在显著差异，认为源于α珠蛋白相对过剩。但由于该谱带较宽，2541和2561 cm－１附近其吸收峰并未显现。为此，FWHH 20 cm－１, REF 2.0用于FSD处理（见图5B）。在2541 cm－１处，两组均呈明显的小肩峰，β重型地中海贫血组的强度明显高于正常组；而2561cm－１处，地中海贫血组呈现明显的小峰，该峰在正常组中并未出现，推测应与α珠蛋白的相对过剩有关。
4 结论
应用研究了健康人群与β重型地中海贫血患者的血红蛋白及红细胞内含物。通过对样品成膜条件的控制，FTIR谱呈现良好重复性及吸收强度与样品浓度的线性关系，可实现样品的微量检测。通过对相对强度方法的改进，可以从整体上观察到蛋白质、磷脂类、高能磷酸化合物及SH在地中海贫血中的组成及结构差异：(1)由于地中海贫血组中β珠蛋白的严重缺失，与正常组相比，在蛋白的结构如表征二级结构的1652、1638 cm－１及表征SH的2553 cm－１附近的吸收峰呈明显下降；(2) 1350～1500 cm－１表征磷脂的吸收峰在地中海贫血组中明显降低；(3)表征磷酸化合物的峰在地中海贫血组中呈现强的吸收。通过该处理方法，可消除样品浓度所带来的影响因素，灵敏地揭示群体数据中组分与结构在不同组间的显著差异，并对其进行量化处理。
致谢感谢广西医科大学陈萍教授、贾文广，广西工业生物技术中心杨登峰、孙靓、孙菲菲和肖代俊对本文章的讨论及实验技术上的支持。
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1、简介： 傅里叶变换红外光谱仪（Fourier Transform Infrared Spectrometer，简写为FTIR Spectrometer），简称为傅里叶红外光谱仪。它不同于色散型红外分光的原理，是基于对干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而开发的红外光谱仪，主要由红外光源、光阑、干涉仪（分束器、动镜、定镜）、样品室、检测器以及各种红外反射镜、激光器、控制电路板和电源组成。可以对样品进行定性和定量分析，广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定、刑侦鉴定等领域。 2、基本原理 光源发出的光被分束器（类似半透半反镜）分为两束，一束经透射到达动镜，另一束经反射到达定镜。两束光分别经定镜和动镜反射再回到分束器，动镜以一恒定速度作直线运动，因而经分束器分束后的两束光形成光程差，产生干涉。干涉光在分束器会合后通过样品池，通过样品后含有样品信息的干涉光到达检测器，然后通过傅里叶变换对信号进行处理，最终得到透过率或吸光度随波数或波长的红外吸收光谱图。 3、主要特点 ①信噪比高 傅里叶变换红外光谱仪所用的光学元件少，没有光栅或棱镜分光器，降低了光的损耗，而且通过干涉进一步增加了光的信号，因此到达检测器的辐射强度大，信噪比高。 ②重现性好 傅里叶变换红外光谱仪采用的傅里叶变换对光的信号进行处理，避免了电机驱动光栅分光时带来的误差，所以重现性比较好。 ③扫描速度快 傅里叶变换红外光谱仪是按照全波段进行数据采集的，得到的光谱是对多次数据采集求平均后的结果，而且完成一次完整的数据采集只需要一至数秒，而色散型仪器则需要在任一瞬间只测试很窄的频率范围，一次完整的数据采集需要十分钟至二十分钟。 4、技术参数 光谱范围：4000--400cm-1 7800--350cm-1(中红外) 125000--350cm-1(近、中红外) 最高分辨率：2.0cm-1 / 1.0cm-1 / 0.5cm-1 信噪比：15000:1(P-P) / 30000:1(P-P) / 40000:1(P-P)
傅立叶变换红外光谱仪操作指导—nicolet6700型 一、 仪器简介 1、型号名称：Nicolet 6700 高级傅里叶变换红外光谱仪 美国 2、适用范围：本方法适用于液体、固体、气体、金属材料表面镀膜等样品。它可以检测样品的分子结构特征，还可对混合物中各组份进行定量分析，本仪器的测量范围为4000～400 cm -1。 3、方法原理：红外光谱是根据物质吸收辐射能量后引起分子振动的能级跃迁，记录跃迁过程而获得该分子的红外吸收光谱。 二、 基本操作 （一）试样制备方法 1、固体样品 （1）压片法：取1～2mg 的样品在玛瑙研钵中研磨成细粉末与干燥的溴化钾（A. R.级）粉末（约100mg ，粒度200目）混合均匀，装入模具内，在压片机上压制成片测试。 玛瑙研钵 压片模具 （2）糊状法：在玛瑙研钵中，将干燥的样品研磨成细粉末。然后滴入1～2滴液体石蜡混研成糊状，涂于KBr 或BaF 2晶片上测试。 （3）溶液法：把样品溶解在适当的溶液中，注入液体池内测试。所选择的溶剂应不腐蚀池窗，在分析波数范围内没有吸收，并对溶质不产生溶剂效应。一般使用0.1mm 的液体池，溶液浓度在10%左右为宜。 a ：镜片； b ：液体池部件（不含镜片）； c: 装配图； d ：使用方法 a b c d
2、液体样品 （1）液膜法：油状或粘稠液体，直接涂于KBr晶片上测试。流动性大，沸点低（≤100℃）的液体，可夹在两块KBr晶片之间或直接注入厚度适当的液体池内测试（液体池的安装见说明书）。对极性样品的清洗剂一般用CHCl3，非极性样品清洗剂一般用CCl4。 样品池BaF2镜片KBr镜片（杜绝含水样品）（2）水溶液样品：可用有机溶剂萃取水中的有机物，然后将溶剂挥发干，所留下的液体涂于KBr晶片上测试。 应特别注意含水的样品坚决不能直接接触KBr或NaCl窗片液体池内测试。 3、塑料、高聚物样品 （1）溶液涂膜：把样品溶于适当的溶剂中，然后把溶液一滴一滴的滴加在KBr晶片上，待溶剂挥发后把留在晶片上的液膜进行测试。 （2）溶液制膜：把样品溶于适当的溶剂中，制成稀溶液，然后倒在玻璃片上待溶剂挥发后，形成一薄膜（厚度最好在0.01～0.05mm），用刀片剥离。薄膜不易剥离时，可连同玻璃片一起浸在蒸馏水中，待水把薄膜湿润后便可剥离。这种方法溶剂不易除去，可把制好的薄膜放置1～2天后再进行测试。或用低沸点的溶剂萃取掉残留的溶剂，这种溶剂不能溶解高聚物，但能和原溶剂混溶。 4、磁性膜材料直接固定在磁性膜材料的样品架上测定。 磁性样品架 5、其它样品 对于一些特殊样品，如：金属表面镀膜，无机涂料板的漫反射率和反射率的测试等，则要采用特殊附件，如：A TR，DR，SR等附件。 （二）测量操作
傅里叶红外光谱仪操作规程 1．开机前准备 开机前检查实验室电源、温度和湿度等环境条件，当电压稳定，室温在 15~25℃、湿度≤60%才能开机。 2．开机 首先打开仪器的外置电源，稳定半小时，使得仪器能量达到最佳状态。开启电脑，并打开仪器操作平台 OMNIC软件，运行 Diagnostic菜单，检查仪器稳定性。 3．制样 根据样品特性以及状态，制定相应的制样方法并制样。固体粉末样品用 KBr 压片法制成透明的薄片;液体样品用液膜法、涂膜法或直接注入液体池内进行测定；（液膜法是在可拆液体池两片窗片之间，滴上 1-2滴液体试样，使之形成一薄的液膜；涂膜法是用刮刀取适量的试样均匀涂于 KBr窗片上，然后将另一块 窗片盖上，稍加压力，来回推移，使之形成一层均匀无气泡的液膜；沸点较低，挥发性较大的液体试样，可直接注入封闭的红外玻璃或石英液体池中，液层厚度一般为 0.01~1mm）。 4．扫描和输出红外光谱图 将制好的 KBr薄片轻轻放在锁氏样品架内，插入样品池并拉紧盖子，在软 件设置好的模式和参数下测试红外光谱图。先扫描空光路背景信号（或不放样品时的 KBr薄片，有 4个扣除空气背景的方法可供选择），再扫描样品信号，经 傅里叶变换得到样品红外光谱图。根据需要，打印或者保存红外光谱图。5．关机 （1）先关闭 OMNIC软件，再关闭仪器电源，盖上仪器防尘罩。 （2）在记录本上记录使用情况。 6．清洗压片模具和玛瑙研钵 KBr对钢制模具的平滑表面会产生极强的腐蚀性，因此模具用后应立即用水冲洗，再用去离子水冲洗三遍，用脱脂棉蘸取乙醇或丙酮擦洗各个部分，然后用电吹风吹干，保存在干燥箱内备用。玛瑙研钵的清洗与模具相同。
傅里叶变换红外光谱仪 15测控（3+2）蒋炜2015430340007 傅里叶变换红外光谱仪（Fourier Transform Infrared Spectrometer，简写为FTIR Spectrometer）,简称为傅里叶红外光谱仪。它不同于色散型红外分光的原理，是基于对干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而开发的红外光谱仪，主要由红外光源、光阑、干涉仪（分束器、动镜、定镜）、样品室、检测器以及各种红外反射镜、激光器、控制电路板和电源组成。可以对样品进行定性和定量分析，广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定、刑侦鉴定等领域。 基本原理 光源发出的光被分束器（类似半透半反镜）分为两束，一束经透射到达动镜，另一束经反射到达定镜。两束光分别经定镜和动镜反射再回到分束器，动镜以一恒定速度作直线运动，因而经分束器分束后的两束光形成光程差，产生干涉。干涉光在分束器会合后通过样品池，通过样品后含有样品信息的干涉光到达检测器，然后通过傅里叶变换对信号进行处理，最终得到透过率或吸光度随波数或波长的红外吸收光谱图。 主要特点 编辑 傅里叶红外光谱仪信噪比高 傅里叶变换红外光谱仪所用的光学元件少，没有光栅或棱镜分光器，降低了光的损耗，而且通过干涉进一步增加了光的信号，因此到达检测器的辐射强度大，信噪比高。 傅里叶红外光谱仪重现性好 傅里叶变换红外光谱仪采用的傅里叶变换对光的信号进行处理，避免了电机驱动光栅分光时带来的误差，所以重现性比较好。 傅里叶红外光谱仪扫描速度快 傅里叶变换红外光谱仪是按照全波段进行数据采集的，得到的光谱是对多次数据采集求平均后的结果，而且完成一次完整的数据采集只需要一至数秒，而色散型仪器则需要在任一瞬间只测试很窄的频率范围，一次完整的数据采集需要十分钟至二十分钟。
浅谈原位漫反射傅立叶变换红外光谱 漫反射傅立叶变换红外光谱（DRIFTS）是近年来发展起来的一项原位（in situ)技术，通过对催化剂上现场反应吸附态的跟踪表征以获得一些很有价值的表面反应信息，进而对反应机理进行剖析，已在催化表征中日益受到重视。该表征技术适合于固体粉末样品的直接测定以及材料的表面分析。将漫反射方法,红外光谱与原位红外技术结合，试样处理简单，无需压片，并且不改变样品原有形态，所以较之其他原位红外方法更容易实现在各种温度,压力和气氛下的原位分析。 1实验原理与装置 原位漫反射红外光谱的实验系统一般由漫反射附件、原位池、真空系统、气源、净化与压力装置，加热与温度控制装置、FTIR光谱仪组成。 在红外光谱仪样品室加装一个漫反射装置，将装好样品的原位池置于其中，调整漫反射装置，使样品上的漫反射光与主机的光路匹配，以实现漫反射测量。原位池可在高温、高压，高真空状态下工作。图1所示为漫反射红外装置的光路图。光谱仪光源发出的红外辐射光束经一椭圆镜会聚在样品表面并在内部进行折射、散射、反射和吸收，当这部分辐射再次穿出样品表面时，即是被样品吸收所衰减了的漫反射光。如图2所示。图3为漫反射原位池结构示意图，图4为热电公司红外的漫反射附件实物图 图1 图2 图3
图4 目前原位红外漫反射方面国内做的最好是大连化物所的辛勤老师，自行设计出一套漫反射红外装置。利用该装置在催化反应机理推导方面研究出很多有意义的结果。 2.实验操作 开机前需要更换干燥剂，装好液氮先对检测器冷却，依次打开电脑、仪器、软件并检查各项参数是否在指定范围内，根据需要设置扫描次数、分辨率、纵坐标。对于智能型有的参数一般是不需要更改设置的。调节样品池高度使探测器接收到的能量最大(粗调），然后将所测固体粉末样品装入样品池中，刮平样品表面,装上窗体,再调节样品池高度（细调），保证光正好打在样品上。样品颗粒越细越好，这样得出的谱图会更精细。对于深色样品不利于测样可以掺入溴化钾稀释。一般样品，比如我们制的的催化剂要进行预处理，即在惰性气体氛围中高温加热一两个小时，一来可以除去催化剂上的水分和二氧化碳气体，二来也是对催化剂的活化。注意，气速不能开的太大否则会吹散样品粉末堵塞气体管路对后续实验造成影响或是把样品表面吹不平整也会影响谱图质量。如果做探针分子的选择化学吸附，一般步骤是降温并在设定的温度段采集背景，然后在特定的温度下关闭惰性气体通入探针气体直到达到吸附饱和再改吹惰性气体吹扫，不断采集样品信息，然后升温，在开始采集背景时设定的温度段继续采样，背景和采样温度应一致。如果特定需要还可以抽真空或加到一定压力。我们所测的固体催化剂样品一般分辨率都选择4cm-1，扫描次数则常选择32、64。对于漫反射最好选择设置纵坐标以Kubelka－Munk表示，以便可以在需要定量时使用。 实验气路则是根据实验需要自行设计，没有一定的模式，切不同设计方法气路也有所不同。现举一例我们实验室常用来测样品酸性的气路图5如下 图5 1气体干燥装置，2气速控制装置，3阀门，4探针，5原位池 3.在催化中的应用 红外光谱法用于催化研究领域已有几十年的历史。1964年，Delfs等最先尝试用漫反射
仪器分析综述 系别：生物科学与技术系 班级：09食品2 姓名：欧阳凡学号：091304251 傅里叶变换红外光谱仪 前言 随着计算方法和计算技术的发展，20世纪70年代出现新一代的红外光谱测量技术及仪器--傅里叶变换红外光谱仪（Fourier Transform Infrared Spectrometer，简写为FTIR ,简称为傅里叶红外光谱仪。它不同于色散型红外分光的原理，是基于对干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而开发的红外光谱仪，主要由红外光源、光阑、干涉仪（分束器、动镜、定镜）、样品室、检测器以及各种红外反射镜、激光器、控制电路板和电源组成。可以对样品进行定性和定量分析，广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定、刑侦鉴定等领域。 正文 傅里叶变换红外光谱仪分光光度计由光学检测系统、计算机书籍处理系统、计算机接口、电子线路系统组成。 光源发出的光被分束器（类似半透半反镜）分为两束，一束经反射到达动镜，另一束经透射到达定镜。两束光分别经定镜和动镜反射再回到分束器，动镜以一恒定速度作直线运动，因而经分束器分束后的两束光形成光程差，产生干涉。干涉光在分束器会合后通过样品池，通过样品后含有样品信息的干涉光到达检测器，然后通过傅里叶变换对信号进行处理，最终得到透过率或吸光度随波数或波长的红外吸收光谱图。 光学检测系统由迈克逊干涉仪、光源、检测器组成、迈克逊干涉仪内有两个相垂直的平面反射镜M1、M2和一个与两镜成45度角的分束器，M1可沿镜轴方向前后移动。自光源发出的红外光经准直镜M3反射后变为平行光束，照在分束器上
后变成两束光。其中一束被反射到可动镜头M1后又被M1反射回分束器，并在分束器上再次分城反射光和透射光，透射光部分照在举聚光镜M4上，然后到到达探测器，另一束光透过分束器，射在固定镜M2上，并被M2反射回分束器，在分束器上再次发生反射和透射，反射部分照在聚光镜M4上，最后也到达探测器。因而这两束到达探测器的光油了光程差，成了相干光，移动可动镜M1可改变两束光程差。在连续改变光程差的同时，记录下中央干涉条纹的光强变化，及得到干涉图。如果在复合的相干光路中放有样品，就得到样品的干涉图。需要通过计算机进行傅里叶变换后才能得到红外光谱图。 主要特点 1、信噪比高 傅里叶变换红外光谱仪所用的光学元件少，没有光栅或棱镜分光器，降低了光的损耗，而且通过干涉进一步增加了光的信号，因此到达检测器的辐射强度大，信噪比高。 2、重现性好 傅里叶变换红外光谱仪采用的傅里叶变换对光的信号进行处理，避免了电机驱动光栅分光时带来的误差，所以重现性比较好。 3、扫描速度快 傅里叶变换红外光谱仪是按照全波段进行数据采集的，得到的光谱是对多次数据采集平均后的结果，而且完成一次完整的数据采集只需要一至数秒，而色散型仪器则需要在任一瞬间只测试很窄的频率范围，一次完整的数据采集需要十分钟至二十分钟。 FTIR 的吸收强度和表示方法 红外吸收光谱分析对于同一类型的化学键，偶极矩的变化与结构的对称性有关。例如C ＝
傅里叶变换红外光谱分析基础知识 傅里叶变换红外光谱分析技术介绍傅里叶变换红外光谱分析技术为大量的学术研究实验室、化学分析实验室、质保/质控实验室和法庭科学实验室提供了重要的分析手段。傅里叶变换红外光谱分析方法的普及已深深植根，从简单的化合物鉴定到质控监测，广泛应用于各种化学分析，尤其是聚合物和有机化合物分析。 什么是傅立叶变换红外光谱？ FTIR指的是傅立叶变换红外，是红外光谱分析的优选方法。当连续波长的红外光源照射样品时，样品中的分子会吸收或部分某些波长光，没有被吸收的光会到达检测器（称为透射方法）。将检测器获取透过样品的光模拟信号进行模数转换和傅立叶变换，得到具有样品信息和背景信息的单光束谱，然后用相同的检测方法获取红外光不经过样品的背景单光束谱，将透过样品的单光束谱扣除背景单光束谱，就生成了代表样品分子结构特征的红外指纹的光谱。由于不同化学结构（分子）会产生不同的指纹光谱，这就体现出红外光谱的价值意义。 那么，什么是FTIR（傅立叶变换红外光谱）？ 傅立叶变换技术将检测器输出信号转换成可解读红外光谱。傅立叶变换红外生成的光谱以图形的形式提供可解析的样品分子结构的信息。 傅立叶变换红外的工作原理是什么？为何使用它？ 傅立叶变换红外利用干涉图记录放置于红外光路中的材料的相关信息。傅立叶变换产生光谱，分析人员利用该光谱鉴定材料或进行定量分析。 一个傅立叶变换红外光谱是从干涉图被译解成为可解读的光谱。光谱图的图形可帮助鉴定样品，因为样品的分子振动吸收会在光谱上显示出特定的红外指纹。 傅立叶变换红外采样介绍 傅立叶变换红外主要有以下四种采样技术： 透射衰减全反射 (ATR)镜面反射漫反射每一项技术有各自特点，这使它们可适用于不同的状态的样品。 傅立叶变换红外光谱仪的采样和应用
傅里叶变换红外光谱仪详细清单及参数要求 一、设备名称：傅里叶变换红外光谱仪 二、设备数量：1台 三、技术要求： 1、整机 计算机控制的傅里叶变换红外光谱仪，密封干燥光学平台，具有大气背景自动扣除功能。 2、主要指标 分辨率优于0.5 cm-1 光谱范围7500-350cm-1 信噪比40,000：1（峰、峰值, 1min.，DTGS检测器，KBr 分束器） 波数精度优于0.01 cm-1 透光率精度优于0.05%T 3、干涉仪 气密闭结构, 内装自动除湿装置 4、光路系统 光源种类低温(1000K)、高效、空气冷却 分束器KBr（标准）、即插即用式设计 减振装置光学台与底盘隔离，防震性能好 仪器密封干燥光学台、样品室、检测器室有独立干燥密封 检测器快速恢复宽范围DTGS 5、数据处理系统 计算机知名品牌（推荐品牌：联想、DELL、惠普等），至少奔
腾IV 2.8GHz，256M内存，硬盘80GB，17”液晶显示器, CD-RW可擦写光驱，鼠标，键盘，USB2.0通讯接口 打印机激光彩色打印机（推荐品牌：惠普等） 操作系统WINDOWS XP 软件FTIR 软件,通过标准认证 操作软件：数据收集、处理、谱图解释、问题提示及处理 谱图处理软件：分峰软件、漫反射图谱校正软件、CO2及水去除技术 数据库：红外光谱图谱库 软件升级问题免费升级 6、联机功能 可与GC、LC、TGA、显微镜、Raman联用 7、附件 （1）红外光谱制样工具包：国产全套，包括 溴化钾窗片（有孔及无孔）、液体池溴化钾窗片、可拆卸液体池、液体池垫片等；溴化钾粉、荧光剂、石蜡糊等；液体注射器、刮铲及样品勺、玛瑙研钵及研杵、样品架等；压片机、压片夹具、压片模具等。 （2）微电脑除湿干燥箱，80升，2台 8、产品质量质量认证ISO9001 9、工作环境 电源: 220V 10%, 50HZ A.C 室温: 在4－35℃可正常工作 湿度: 90％可正常工作
文件内容： 1、目的??????????????????????????1 2、范围??????????????????????????1 3、职责??????????????????????????1 4、内容??????????????????????????1 5、变更记载和原因?????????????????????5 6、相关文件和记录?????????????????????5发放范围： 质量部质量控制科
股份有限公司 Nicolet iS5 型傅里叶变换 红 外光谱仪标准操作规程 版本号： 00 执行日期： 2013.07.08 下次修订时间： 2018.07.07 1. 目的：建立 Nicolet iS5 型傅里叶变换红外光谱仪的标准操作规程， 规范该仪器的操作使用。 2. 范围：适用于 Nicolet iS5 型傅里叶变换红外光谱仪的标准操作。 3. 职责： 质量控制科全体人员 4. 内容： 4.1 概述：红外光谱是根据物质吸收辐射能量后引起分子振动的能级 跃迁，记录跃迁过程而获得该分子的红外吸收光谱。红外光谱仪适用 于液体、固体、气体、金属材料表面涂层等样品，它可以检测样品的 分子结构特征，可对物质进行定性鉴别。 4.2 开机：开启电源稳压器，打开电脑、打印机及仪器电源。在操作 仪器采集谱图前，先让仪器稳定 20 分钟以上。 4.3 仪器自检： 正常（显示红叉），通过下拉菜单【采集】→【实验设置】→ 【诊断】 Advanced Diagnostics ?】查找原因或调整仪器 4.4 软件操作： 4.4.1 参数设置：点击【采集】→【实验设置】→【采集】对采集参 数包括扫描次数、分辨率、 Y 轴格式、谱图修正、文件管理、背景处 理、实验标题、实验描述等进行设定，可点击【光学台】 ，检查干涉图 在 Windows 桌面上双击 上角“ ”出现绿色 打开软件后， 仪器将自动检测并在右 ”，表示电脑和仪器通讯正常。如不 或【采集】→
傅里叶变换红外光谱仪的测试原理 傅里叶变换红外光谱仪由迈克耳逊干涉仪和数据处理系统组合而成,它的工作原理就是迈克耳逊干涉仪的原理。 迈克耳逊干涉仪的光路如图所示,图中已调到M2与M1垂直。∑是面光源(由被单色光或白光照亮的一块毛玻璃充当,面上每一点都向各个方向射出光线,又称扩展光源,图中只画出由S点射出光线中的一条来说明光路。这条光线进入分束板G1后,在半透膜上被分成两条光线,反射光线①和透射光线②,分别射向M1和M2又被反射回来。反射后,光线①再次进入G1并穿出,光线②再次穿过补偿板G2并被G1上的半透膜反射,最后两条光线平行射向探测器的透镜E,会聚于焦平面上的一点,探测器也可以是观测者的眼睛。由于光线①和光线②是用分振幅法获得的相干光,故可产生干涉。光路中加补偿板G2的作用是使分束后的光线①和光线②都以相等的光程分别通过G1、G2两次,补偿了只有G1而产生的附加光程差。M2′是M2被G1上半透膜反射所成的虚象,在观测者看来好象M2位于M2′的位置并与M1平行,在它 们之间形成了一个空气薄膜。移动M1即可改变空气膜的厚度,当M1接近M2′时厚度减小,直至二者重合时厚度为零,继续同向移动,M1还可穿越M2′的另一测形成空气膜。最后通过观测干涉条纹的分布情况就可以获得我们所要的信息。 如果是傅里叶变换红外光谱仪,那还要加上对干涉信息的数据处理系统而最终获得我们的数据图表。 二.紫外—可见分光光度计定量分析法的依据是什么? 比耳(Beer确定了吸光度与溶液浓度及液层厚度之间的关系,建立了光吸收的基本定律。 ○1. 朗伯定律 当溶液浓度一定时,入射光强度与透射光强度之比的对数,即透光率倒数的对数与液层厚度成正比。人们定义:溶液对单色光的吸收程度为吸光度。公式表示为 A=Lg(I0/It
傅立叶变换红外光谱仪 操作规程 一、主要技术指标 1、仪器型号：Nicolet 6700 2、扫描范围：4000 cm-1~ 400cm-1 3、最小精度：1cm-1 4、检测器：DTGS 5、分束器：多层镀膜溴化钾 6、光源：EverGlo光源 二、环境条件 1、电源要求： 仪器供电电压：220V±10%，频率50Hz±10% 2、温湿度要求： 室内温度18℃～25℃相对湿度≤60% 为保证仪器达到较高的控温精度，应保证稳定室温； 实验室保持抽湿状态，以维持空气干燥，且不宜开空调。 样品室窗门应轻开轻关，避免仪器振动受损。 三、试验步骤 1、标样质量浓度曲线的绘制 （1）配制系列浓度的标液：分别称取脂肪酸甲酯0.0100g、0.0200g、 0.0300g、0.0400g和0.0500g于10mL容量瓶中，加入少量环己烷摇匀， 再加环己烷至刻线位置。分别得到质量浓度为1g/L、2 g/L、3 g/L、4 g/L、 5 g/L的脂肪酸甲酯标准溶液。 （2）按以下试验操作步骤2扫描以上所配制的各个不同质量浓度的脂肪酸甲酯标准溶液，分别得到其红外谱图。 （3）打开OMNIC分析软件，将所得的不同浓度的标样图谱以及相应的浓度数值等输入该软件，绘制脂肪酸甲酯质量浓度曲线，保存。 2、试验操作： （1）开机时，首先打开仪器电源，稳定半小时，使得仪器能量达到最佳状态。 （2）开启电脑，并打开仪器操作平台OMNIC软件，运行Diagnostic 菜单，设置实验参数并检查仪器稳定性。
（3）扫描背景谱图：用环己烷反复清洗样品池（一般为3次），扫描环己烷红外谱图并保存。 （4）稀释待测试样，用稀释过的待测试样润洗样品池（2到3次）。然后向样品池中加满试样，以环己烷为背景对试样进行扫描得到其红外谱图并保存。 （5）每个样品重复进行上述（3）（4）两步骤进行平行测定。 3、试验数据分析： （1）打开OMNIC分析软件，调取试验所得的试样谱图，与标样数据对比分析，得到试样中待测物的质量浓度。 （2）试验结束后，并依次关闭OMNIC软件及仪器、主机的电源，清洗样品池，使仪器周围保持干净整洁。 四、注意事项及维护保养 1、实验室必须有良好的接地。 2、在仪器使用过程中，请经常检查仪器内部的湿度指示，Nicolet系 列用户可用软件检查干燥剂湿度是否过关。若干燥剂颜色变浅，请 及时将干燥剂在烘箱里烘干。 3、每次做完样品后，在样品仓内放一杯干燥硅胶，以保持样品仓的干 燥并同时保护两边的KBr窗片。 4、仪器长时间不使用时，间隔几天开启仪器一段时间，使仪器处于通 电状态，可防止仪器受潮。 5、每次做完试验，用布罩将仪器盖好。
傅立叶变换红外光谱仪的 基本原理及其应用 红外光谱仪是鉴别物质和分析物质结构的有效手段，其中傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）是七十年代发展起来的第三代红外光谱仪的典型代表。它是根据光的相干性原理设计的，是一种干涉型光谱仪，具有优良的特性，完善的功能，并且应用围极其广泛，同样也有着广泛的发展前景。本文就傅立叶变换红外光谱仪的基本原理作扼要的介绍，总结了傅立叶变换红外光谱法的主要特点，综述了其在各个方面的应用，并对傅立叶变换红外光谱仪的发展方向提出了一些基本观点。 关键词：傅立叶变换红外光谱仪；基本原理；应用；发展
目录 摘要................................................................................... I ABSTRACT......................................................................... II 1 傅里叶红外光谱仪的发展历史 (1) 2 基本原理 (4) 2.1光学系统及工作原理 (4) 2.2傅立叶变换红外光谱测定 (6) 2.3傅立叶变换红外光谱仪的主要特点 (7) 3 样品处理 (8) 3.1气体样品 (8) 3.2液体和溶液样品 (8) 3.3固体样品 (8) 4 傅立叶变换红外光谱仪的应用 (9) 4.1在临床医学和药学方面的应用⑷ (9) 4.2在化学、化工方面的应用 (10) 4.3在环境分析中的应用 (11) 4.4在半导体和超导材料等方面的应用⑼ (11) 5 全文总结 (12) 参考文献 (13)
WQF-510A型傅立叶变换红外光谱仪是我们公司生产的最新型仪器，拥有完全自主知识产权。它不仅继承了WQF-500系列操作简单、维护成本低、性能价格比高等特点，而且仪器更加稳定、可靠。 技术参数 波数范围：7800cm-1~350cm-1 分辨率：0.85 cm-1 波数精度：±0.01 cm-1 扫描速度：微机控制可选择不同的扫描速度，五档可调。 信噪比：优于15，000：1（RMS值，在2100 cm-1 附近，4 cm-1分辨率，DTGS探测器，1分钟数据采集。） 分数器：KBr基片镀锗 探测器：标准配置DTGS，另外可选MCT 光源：高强度空气冷却红外光源 仪器尺寸：540cm×515cm×260cm 重量：28kg 数据系统 通用微机，连接喷墨或激光打印机，可输出高质量的光谱图。 软件：全新中文应用软件：Windows操作系统下的通用操作软件系统。包括谱库检索软件、定量分析软件、谱图输出软件。 仪器特点 新型角镜型迈克尔逊干涉仪体积更小、结构更紧凑，具有更优良的稳定性和抗震性。 干涉仪多重密封防潮、防尘的设计使仪器对环境的适应能力更强。可视硅胶窗口便于观察及更换。 外置隔离红外光源及大空间散热腔设计，仪器具有更高的热学稳定性，无须动态调整就具有稳定的干涉度。 高强度红外光源采用球形反射装置，可获得均匀、稳定的红外辐射。 散热风扇弹性悬浮设计具有良好的机械稳定性。 超宽大空间样品室设计更便于工作。 程控增益放大电路、高精度A/D转换电路的设计及嵌入式微机的应用，提高了仪器的精度及可靠性。 光谱仪与计算机间通过USB方式进行控制和数据通讯，完全实现即插即用。 通用微机系统，全中文应用软件界面友好、内容丰富。具备完整的谱图采集、光谱转换、光谱处理、光谱分析及谱图输出功能，使得操作更简单、方便、灵活。 拥有多种专用红外谱库，除常规检索外，用户可进行添加维护，并自定义新的谱库。 WQF-510/520型傅立叶变换红外光谱仪 WQF-510/520型傅立叶变换红外光谱仪是我公司生产的最新型仪器，拥有完全自主知识产权。具有操作简单、维护成本低、性能价格比高等特点，能广泛应用于石油、化工、医药、环保、高校、农业、材料、公安、国防等领域。是红外科研、应用领域的首选产品。 仪器特点 最新独立研制开发的角镜型迈克尔逊干涉仪，拥有完全自主知识产权。与传统的迈克尔逊干涉仪相比，不仅体积小、结构紧凑，而且具有更优良的机械和热学稳定性。 干涉仪中角镜及精密导轨的应用使仪器具有高稳定性和抗震性。
红外光谱的原理及应用 (一)红外吸收光谱的定义及产生 分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱 红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱 （二）基本原理 1产生红外吸收的条件 (1)分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化。对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2 等。非对称分子：有偶极矩，红外活性。 (2)只有当照射分子的红外辐射的频率与分子某种振动方式的频率相同时，分子吸收能量后，从基态振动能级跃迁到较高能量的振动能级，从而在图谱上出现相应的吸收带。 2分子的振动类型 伸缩振动：键长变动，包括对称与非对称伸缩振动 弯曲振动：键角变动，包括剪式振动、平面摇摆、非平面摇摆、扭曲振动 3几个术语 基频峰：由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰； 倍频峰：由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰； 组频：如果分子吸收一个红外光子，同时激发了基频分别为v1和v2的两种跃迁，此时所产生的吸收频率应该等于上述两种跃迁的吸收频率之和，故称组频。 特征峰：凡是能用于鉴定官能团存在的吸收峰，相应频率成为特征频率。 相关峰：相互可以依存而又相互可以佐证的吸收峰称为相关峰 4影响基团吸收频率的因素 （1 外部条件对吸收峰位置的影响：物态效应、溶剂效应 （2分子结构对基团吸收谱带的影响： 诱导效应：通常吸电子基团使邻近基团吸收波数升高，给电子基团使波数降低。 共轭效应：基团与吸电子基团共轭，使基团键力常数增加，因此基团吸收频率升高，基团与给电子基团共轭，使基团键力常数减小，因此基团吸收频率降低。 当同时存在诱导效应和共轭效应，若两者作用一致，则两个作用互相加强，不一致，取决于作用强的作用。 （3）偶极场效应：互相靠近的基团之间通过空间起作用。 （4）张力效应：环外双键的伸缩振动波数随环减小其波数越高。 （5）氢键效应：氢键的形成使伸缩振动波数移向低波数，吸收强度增强 （6）位阻效应：共轭因位阻效应受限，基团吸收接近正常值。 （7）振动耦合，（8）互变异构的影响 （三）红外吸收光谱法的解析 红外光谱一般解析步骤 1. 检查光谱图是否符合要求; 2. 了解样品来源、样品的理化性质、其他分析的数据、样品重结晶溶剂及纯度; 3. 排除可能的“假谱带”; 4. 若可以根据其他分析数据写出分子式，则应先算出分子的不饱和度U
NICOLET 6700傅里叶红外光谱仪操作指南 以粉末样品测试为例 1. 样品制备 把研磨后的KBr 粉末，放入红外干燥箱内，干燥10min 左右，取少量与样品混合（KBr 与样品的比例约100:1），在玛瑙研钵中混合均匀。使用压片装置压片， 2. 打开软件：双击桌面OMINC 图标，打开OMINC 软件，进入软件主界面 3. 实验条件设置：点击菜单栏“采样”项中“实验设置”或快捷键，在跳出窗口中，设置扫描次数（32次）、分辨率（4），背景光谱管理项一般选择“采集样品前采集背景”，其它选项也可，根据习惯而定。
4. 样品采集：点击“采集样品”图标，跳出“准备背景采集”对话框，点击“确定”，进行背景扫描（吸收谱一般选择“空气”为背景）。 背景扫描完毕，跳出“准备样品采集”对话框，推开样品室上盖，将样品架放入样品室内样品固定座，拉下样品室盖子，点击“确定”，进行样品的采集，采集结束后，跳出谱图标题窗口，输入标题名：预约单号+样品编号+样品名称，然后点击确定，跳出“数据采集完成”窗口，点击“是”，样品采集结束。
5. 谱图处理 点击菜单栏“数据处理”项中的“吸光度”和“透过率”可以进行吸光度与透过率的转换；另外还可以对谱图进行基线校正、平滑、差谱等。点击菜单栏“谱图分析”项中“标峰”或图标“ ”对峰值进行标定。 实验完毕，取出样品架，关闭“OMNIC ”软件。 6. 谱图的输出 谱图处理完毕后，根据客户的要求，以*.SPA原始文件格式；*.CSV;*.TIF等格式点击菜单栏“文件”项中“另存为”，把谱图保存到指定文件夹（D:\all user\月份\）。 7. 注意事项
一、傅里叶红外光谱仪 工作原理： FTIR是基于光相干性原理而设计的干涉型红外光谱仪。它不同于依据光的折射和衍射而设计的色散型红外光谱仪。与棱镜和光栅的红外光谱仪比较，称为第三代红外光谱仪。但由于干涉仪不能得到人们业已习惯并熟知的光源的光谱图，而是光源的干涉图。为此可根据数学上的傅立叶变换函数的特性，利用电子计算机将其光源的干涉图转换成光源的光谱图。亦即是将以光程差为函数的干涉图变换成以波长为函数的光谱图，故将这种干涉型红外光谱仪称为傅立叶变换红外光谱仪。 确切地说，即光源发出的红外辐射经干涉仪转变成干涉光，通过试样后得到含试样信息的干涉图，由电子计算机采集，并经过快速傅立叶变换，得到吸收强度或透光度随频率或波数变化的红外光谱图。其工作原理如
图所示： 操作步骤： 一、开机前准备 开机前检查实验室电源、温度和湿度等环境条件，当电压稳定，室温为21±5℃左右，湿度≤65％才能开机。 二．开机 开机时，首先打开仪器电源，稳定半小时，使得仪器能量达到最佳状态。开启电脑，并打开仪器操作平台OMNIC软件，运行Diagnostic菜单，检查仪器稳定性。 三．制样 根据样品特性以及状态，制定相应的制样方法并制样。 四．扫描和输出红外光谱图 测试红外光谱图时，先扫描空光路背景信号，再扫描样品文件信号，经傅立叶变换得到样品红外光谱图。根据需要，打印或者保存红外光谱图。 五．关机 1. 关机时，先关闭OMNIC软件，再关闭仪器电源，盖上仪器防尘罩。 2. 在记录本记录使用情况。 注意事项： 1、保持实验室电源、温度和湿度等环境条件，当电压稳定，室温为21±5℃左右，湿度≤65％。 2、保持实验室安静和整洁，不得在实验室内进行样品化学处理，实验完毕即取出样品室内的样品。 3、样品室窗门应轻开轻关，避免仪器振动受损 4、当测试完有异味样品时，须用氮气进行吹扫。 5、离开实验室前，须注意关灯，关空调，最后拉开总闸刀。
J I A N G X I N O R M A L U N I V E R S I T Y 课题名称:傅立叶变换红外光谱仪的基本原 理及其应用 Basic principles and application of Fourier transform infrared spectrometer 姓名高立峰 学院理电学院 专业物理学（师范） 学号 0507020016 完成时间 2009.4
声明 本人郑重声明： 所呈交的毕业设计（论文）是本人在指导教师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。其中除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写并以某种方式公开过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位或证书而作的材料。其他同志对本研究所做的任何贡献均已在文中作了明确的说明并表示谢意。 本毕业设计（论文）成果是本人在江西师范大学读书期间在指导教师指导下取得的，成果归江西师范大学所有。 特此声明。 声明人（毕业设计（论文）作者）学号：0507020016 声明人（毕业设计（论文）作者）签名： 摘要
红外光谱仪是鉴别物质和分析物质结构的有效手段，其中傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）是七十年代发展起来的第三代红外光谱仪的典型代表。它是根据光的相干性原理设计的，是一种干涉型光谱仪，具有优良的特性，完善的功能，并且应用范围极其广泛，同样也有着广泛的发展前景。本文就傅立叶变换红外光谱仪的基本原理作扼要的介绍，总结了傅立叶变换红外光谱法的主要特点，综述了其在各个方面的应用，并对傅立叶变换红外光谱仪的发展方向提出了一些基本观点。 关键词：傅立叶变换红外光谱仪；基本原理；应用；发展
VERTEX 70傅立叶变换红外光谱仪作业指导书本作业指导书根据红外光谱分析方法通则（GB/T6040－2002）和布鲁克公司VERTEX 70型红外光谱仪操作说明书制定。 一、适用范围 本方法适用于液体、固体、金属材料表面镀膜等样品。它不仅可以检测样品的分子结构特征，还可对混合物中各组份进行定量分析，本仪器的测量范围为(7500～370)cm-1，常用波数范围(4000～400)cm-1【对应波长范围为(2.5～ 25)μm】。 二、傅立叶变换红外光谱仪的原理 红外光谱（Infrared Spectrometry，IR）又称为振动转动光谱，是一种分子吸收光谱当分子受到红外光的辐射，产生振动能级(同时伴随转动能级)的跃迁，在振动（转动）时有偶极矩改变者就吸收红外光子，形成红外吸收光谱。用红外光谱法可进行物质的定性和量分析（以定性分析为主），从分子的特征吸收可以鉴定化合物的分子结构。 傅里叶变换红外光谱仪（简称FTIR）和其它类型红外光谱仪一样，都是用来获得物质红外吸收光谱，但测定原理有所不同。在色散型红外光谱仪中，光源发出的光先照射试样而后再经分光器（光栅或棱镜）分成单色光，由检测器检测后获得吸收光谱。但在傅里叶换红外光谱仪中，首先是把光源发出的光经迈克尔逊干涉仪变成干涉光，再让干涉光照射品，经检测器获得干涉图，由计算机把干涉图进行傅里叶变换而得到吸收光谱。
三、常用试剂及材料 分析纯：四氯化碳、三氯甲烷、溴化钾 窗片：溴化钾 四、分析步骤 （一）工作前准备 1.环境条件：温度常温，高要求可控制在(18～35)℃；相对湿度：小于70%. 2.仪器供电：仪器供电电压：220V±10%，频率范围50～60Hz. 3.仪器状态：无异常。 （二）透射光谱的测量过程 1.样品制备 (1)液体试样 常用的方法有液膜法和液体池法。 a.液膜法（水溶液样品尽量不要适用该法，避免盐片浪费））： 沸点较高的试样，可直接滴在两片KBr盐片之间形成液膜进行测试。取两片KBr盐片，用丙酮棉花清洗其表面并晾干。在一盐片上滴1滴试样，另一盐片压于其上，装入到可拆式液体样品测试架中进行测定。扫描完毕，取出盐片，用丙酮棉花清洁干净后，放回保干器内保存。粘度大的试样可直接涂在一片盐片上测定。也可以用KBr粉末压制成锭片来替代盐片。 注意：盐片易吸水，取盐片时需戴上指套。盐片装入液体样品测试架后，
傅立叶变换红外光谱仪 （一）红外光谱的原理 红外吸收光谱是物质的分子 吸收了红外辐射后，引起分子的 振动－转动能级的跃迁而形成的 光谱，因为出现在红外区，所以 称之为红外光谱。由于物质对红外光具有选择性吸收，因此不同物质便有不同的红外吸收光谱图，据此可判断物质的种类等，这就是红外光谱法定性分析的依据。 其中，远红外光谱是由分子转动能级跃迁产生的转动光谱；中红外和近红外光谱是由分子振动能级跃迁产生的振动光谱。只有简单的气体或气态分子才能产生纯转动光谱，而对于大量复杂的气、液、固态物质分子主要产生振动光谱。目前中红外区是研究最多的区域。 1.工作原理 傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）是红外光谱仪器的第三代。FTIR 没有色散
元件，主要由光源、Michelson 干涉仪、探测器和计算机等组成。光源发出的红外辐射，经干涉仪转变为干涉图，通过试样后得到含试样信息的干涉图，有电子计算机采集，并经过快速傅立叶变换，得到吸收强度或透光率随频率或波数变化的红外光谱图。 2. 仪器主要部件 （1）光源 FTIR 要求光源能发出稳定、能量强、发射度小的具有连续波长的红外光。通常使用能斯特灯、硅碳棒或涂有稀土化合物的镍铬旋状灯丝。 （2）Michelson 干涉仪 Michelson关涉仪示意图 FTIR 的核心部分是Michelson干涉仪（见上图）。在相互垂直的M1和M2之间放置一呈45度角的半透膜光束分裂器BS（beam splitters），可使50%的
入射光透过，其余部分被反射。当光源发出的入射光进入干涉仪后被BS分成两束光——透射光Ⅰ和反射光Ⅱ。其中，透射光Ⅰ穿过BS被动镜M2反射，沿原路回到BS并被反射到探测器D；反射光Ⅱ则由固定镜M1沿原路反射回来，通过BS 到达D。这样在D 上所得的Ⅰ光和Ⅱ光是相干光。 如果进入干涉仪的是波长为λ的单色光，开始时因M1和M2与BS的距离相等（此时称动镜M2 处于零位），Ⅰ光和Ⅱ光到达D时位相相同，发生相长干涉，亮度最大。当M2移动入射光的λ/ 4距离时，则Ⅰ光的光程变化为λ/ 2，在D上两光相差为180度，则发生相消干涉，亮度最小。因此： 当动镜M2移动λ/ 4的奇数倍时，则Ⅰ光和Ⅱ光的光程差为λ/ 2的奇数倍，都会发生相消干涉； 当动镜M2移动λ/ 4的偶数倍时，则Ⅰ光和Ⅱ光的光程差为λ/ 2的偶数倍（即为波长的整数倍），都会发生相长干涉。 而部分相消干涉则发生在上述两种位移之间。 （3）检测器 即上述之探测器D，一般可分为热检测器和光检测器两大类。 （4）记录系统 为红外工作软件。 （二）FTIR 的优点 1. 具有扫描速度极快的特点，一般在1 秒内即可完成光谱范围内的扫描； 2. 光束全部通过，辐射通量大，监测器灵敏度高； 3. 具有多路通过的特点，所有频率同时测量； 4. 具有很高的分辨能力；
傅里叶变换红外光谱 仪
傅里叶红外光谱仪（FTIR） (仅供参考) 一．实验目的： 1．了解FTIR的工作原理以及仪器的操作。 2．通过对多孔硅的测试，初步学会分析方法。 二．实验原理： 1．傅里叶红外光谱仪的工作原理： FTIR光谱仪由3部分组成：红外光学台（光学系统）、计算机和打印机。而红外光学台是红外光谱仪的最主要部分。 红外光学台由红外光源、光阑、干涉仪、样品室、检测器以及各种红外反射镜、氦氖激光器、控制电路和电源组成。下图所示为红外光学台基本光路图。 傅里叶变换红外光谱是将迈克尔逊干涉仪动镜扫描时采集的数据点进行傅立叶变换得到的。动镜在移动过程中，在一定的长度范围内，在大小有限，距离相等的位置采集数据，由这些数据点组成干涉图，然后对它进行傅立叶变换，得到一定范围内的红外光谱图。每一个数据点由两个数组成，对应于X轴和Y轴。对应同一个数据点，X值和Y值决定于光谱图的表示方式。因此，在采集数据之前，需要设定光谱的横纵坐标单位。
红外光谱图的横坐标单位有两种表示法：波数和波长。通常以波数为单位。而对于纵坐标，对于采用透射法测定样品的透射光谱，光谱图的纵坐标只有两种表示方法，即透射率T和吸光度A。透射率T是由红外光透过样品的光强I和红外光透过背景（通常是空光路）的光强I0的比值，通常采用百分数（％）表示。吸光度A是透射率T倒数的对数。 透射率光谱图虽然能直观地看出样品对红外光的吸收情况，但是透射率光谱的透射率与样品的质量不成正比关系，即透射率光谱不能用于红外光谱的定量分析。而吸光度光谱的吸光度值A在一定范围内与样品的厚度和样品的浓度成正比关系，所以大都以吸光度表示红外光谱图。 本实验运用的仪器是Nicolet 380 智能傅立叶红外光谱仪。 2．傅里叶红外光谱仪的主要特点： ⑴具有很高的分辨能力，在整个光谱范围内分辨能力达到0.1cm-1。 ⑵具有极高的波数准确度，波数准确度可以达到0.01cm-1。 ⑶杂散光的影响度低，通常在全光谱范围杂散光影响低于0.3％。 ⑷扫描时间短，可以用于观测瞬时反应。 ⑸可以研究很宽的光谱范围。本实验仪器波数范围为400cm-1～4000cm-1。 ⑹具有极高的灵敏度。 ⑺适合于微小试样的研究。光束截面约1mm，适合微量、单晶、单纤维等小样的测量。 3．傅里叶红外光谱仪的应用范围： 根据红外光谱的吸收峰位置、形状和强度可以进行定性分析，推断未知物的结构，适合于鉴定有机物、高聚物以及其他复杂结构的天然及人工合成产物。