色散型红外光谱仪工作原理

色散型红外光谱仪是一种常见的红外光谱仪，其工作原理是通过色散元件将红外光分成不同的波长，然后通过检测器测量每个波长的强度。

这种仪器通常由光源、光路、单色器、检测器和数据处理系统组成。

在色散型红外光谱仪中，光源发出的红外光通过光路进入单色器，单色器将红外光分成不同的波长，然后通过检测器测量每个波长的强度。

最后，数据处理系统将测量结果进行处理，得到样品的红外光谱。

色散型红外光谱仪的特点是精度高、分辨率高、测量范围广，适用于各种样品的测量。

但是，由于其结构复杂、体积大、价格昂贵，因此不适用于现场快速检测。

此外，色散型红外光谱仪的测量结果容易受到环境因素的影响，如温度、湿度等。

第四章 红外光谱仪的使用第一节 概述红外吸收光谱法（简称红外光谱法，infrared absorption spectroscopy，IR）是鉴别 化合物和确定物质分子结构的常用手段之一。

利用红外光谱法还可以对单一组分或混 合物中各组分进行定量分析，尤其是对于一些较难分离，并在紫外、可见光区找不到 明显特征峰的样品可方便、迅速地完成定量分析。

红外光谱仪（infrared spectrophotometer）的发展大致经历了这样的过程：第一代 的红外光谱仪以棱镜为色散元件，由于光学材料制造困难，分辨率低并要求低温低湿 等，这种仪器现已被淘汰。

二十世纪 60 年代后发展的以光栅为色散元件的第二代红 外光谱仪，分辨率比第一代仪器高得多，仪器的测量范围也比较宽。

二十世纪 70 年 代后发展起来的傅立叶变换红外光谱仪是第三代产品。

目前商品红外光谱仪主要是色 散型红外光谱仪和傅立叶变换红外光谱仪（FT­IR）两种，常用的是 FT­IR 光谱仪。

一、仪器工作原理和主要部件1．色散型红外光谱仪色散型红外光谱仪（Dispersion infrared spectrophotometer）按测光方式的不同， 可以分光学零位平衡式与比例记录式两类。

其结构图见图 4­1 和图 4­2。

图 4­1 光学零位平衡式的结构示意图光学零位平衡式的仪器是把调制光信号经检测与放大后，用以驱动参比光路上的 光学衰减器，使两束光的能量达到零位平衡。

同时记录仪与光学衰减器同步运动以记 录样品的透射比。

比例记录式仪器是把调制光信号经检测与放大后分离，通过测量两个电信号的比例而得出样品的透射比。

图 4­2 比例记录式的结构示意图由图 4­1 和图 4­2 可知，不论是何种类型的色散型红外光谱仪，其基本部件均由 光源、样品室、单色器、检测器、放大器及记录机械装置等五个部分组成。

红外光谱知识点一、红外光谱的基本原理。

1. 概念。

- 红外光谱（Infrared Spectroscopy，IR）是分子能选择性吸收某些波长的红外线，而引起分子中振动能级和转动能级的跃迁，检测红外线被吸收的情况可得到物质的红外吸收光谱。

2. 分子振动类型。

- 伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长发生变化而键角不变的振动，又分为对称伸缩振动（νs）和不对称伸缩振动（νas）。

例如，对于亚甲基（-CH₂ -），对称伸缩振动时两个C - H键同时伸长或缩短；不对称伸缩振动时一个C - H键伸长，另一个缩短。

- 弯曲振动：又称变形振动，是使键角发生周期性变化而键长不变的振动。

它包括面内弯曲振动（如剪式振动δ、面内摇摆振动ρ）和面外弯曲振动（如面外摇摆振动ω、扭曲振动τ）等。

以水分子为例，H - O - H的键角可以发生弯曲变化。

3. 红外吸收的条件。

- 分子振动必须伴随偶极矩的变化。

具有对称中心的分子，如二氧化碳（O = C = O），其对称伸缩振动不产生偶极矩变化，所以在红外光谱中没有该振动的吸收峰；而不对称伸缩振动产生偶极矩变化，有吸收峰。

- 辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的能量相等。

根据E = hν（h为普朗克常量，ν为频率），只有当红外光的频率与分子振动频率相匹配时，才会发生吸收。

二、红外光谱仪及其工作原理。

1. 仪器类型。

- 色散型红外光谱仪：主要由光源、单色器、样品池、检测器和记录系统等部分组成。

光源产生的红外光经过单色器分光后，依次通过样品池和参比池，被样品吸收后的光强与参比光强比较，检测器检测光强的变化并转换为电信号，经记录系统得到红外光谱图。

- 傅里叶变换红外光谱仪（FT - IR）：基于迈克尔逊干涉仪原理。

光源发出的光经过干涉仪后变成干涉光，再照射到样品上，样品对干涉光有选择地吸收，含有样品信息的干涉光被检测器检测，经计算机进行傅里叶变换处理后得到红外光谱图。

它具有分辨率高、扫描速度快、光通量高等优点。

色散型红外光谱仪色散元件
色散型红外光谱仪色散元件是红外光谱仪中的一个重要组成部分。

它通常由光栅、棱镜或衍射片等光学元件构成。

这些色散元件的作用是将红外光按照波长进行分散，使不同波长的光在光谱仪中形成不同的位置。

通过分析和记录这些位置的变化，我们可以得到样品的红外光谱信息。

光栅是色散型红外光谱仪中常用的色散元件之一。

具体来说，它可以将入射的红外光波通过光栅表面上的微小光栅缝分散成不同波长的光束。

不同波长的光束在不同的角度上发生衍射，并在特定的位置形成光谱。

通过移动或旋转光栅，我们可以改变所得到的光谱范围和分辨率，从而满足不同实验需求。

棱镜是另一种常见的色散元件。

它是通过折射和反射来分散光线的。

当入射光通过棱镜时，不同波长的光线会因其折射率差异而发生不同程度的偏折。

通过安置适当的光学元件，我们可以将这些偏折的光线重新汇聚，形成红外光谱。

棱镜的优点在于简单且容易调节，但其分辨率相对较低。

此外，色散型红外光谱仪还可以使用衍射片作为色散元件。

衍射片是一种能够根据入射光波的波长进行衍射的光学元件。

当入射光通过衍射片时，不同波长的光线会发生不同的衍射现象，形成离散的光谱图案。

通过解析这些衍射光的位置和强度，我们可以获得样品的红外光谱信息。

总而言之，色散型红外光谱仪的色散元件起到了关键的作用，它们能够将入射的红外光分散成不同波长的光束，并形成可观测和分析的光谱图案。

不同的色散元件适用于不同的实验需求，因此在选择和使用时要根据具体情况进行合理的搭配和调节。