色散型红外光谱仪工作原理
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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。
一、红外光谱仪的种类红外光谱仪的种类有:①棱镜和光栅光谱仪。
属于色散型,它的单色器为棱镜或光栅,属单通道测量。
②傅里叶变换红外光谱仪。
它是非色散型的,其核心部分是一台双光束干涉仪。
当仪器中的动镜移动时,经过干涉仪的两束相干光间的光程差就改变,探测器所测得的光强也随之变化,从而得到干涉图。
经过傅里叶变换的数学运算后,就可得到入射光的光谱。
这种仪器的优点:①多通道测量,使信噪比提高。
②光通量高,提高了仪器的灵敏度。
③波数值的精确度可达0.01厘米-1。
④增加动镜移动距离,可使分辨本领提高。
⑤工作波段可从可见区延伸到毫米区,可以实现远红外光谱的测定。
近红外光谱仪种类繁多,根据不用的角度有多种分类方法。
从应用的角度分类,可以分为在线过程监测仪器、专用仪器和通用仪器。
从仪器获得的光谱信息来看,有只测定几个波长的专用仪器,也有可以测定整个近红外谱区的研究型仪器;有的专用于测定短波段的近红外光谱,也有的适用于测定长波段的近红外光谱。
较为常用的分类模式是依据仪器的分光形式进行的分类,可分为滤光片型、色散型(光栅、棱镜)、傅里叶变换型等类型。
下面分别加以叙述。
二、滤光片型近红外光谱仪器:滤光片型近红外光谱仪器以滤光片作为分光系统,即采用滤光片作为单色光器件。
滤光片型近红外光谱仪器可分为固定式滤光片和可调式滤光片两种形式,其中固定滤光片型的仪器时近红外光谱仪最早的设计形式。
仪器工作时,由光源发出的光通过滤光片后得到一宽带的单色光,与样品作用后到达检测器。
该类型仪器优点是:仪器的体积小,可以作为专用的便携仪器;制造成本低,适于大面积推广。
该类型仪器缺点是:单色光的谱带较宽,波长分辨率差;对温湿度较为敏感;得不到连续光谱;不能对谱图进行预处理,得到的信息量少。
故只能作为较低档的专用仪器。
三、色散型近红外光谱仪器:色散型近红外光谱仪器的分光元件可以是棱镜或光栅。
为获得较高分辨率,现代色散型仪器中多采用全息光栅作为分光元件,扫描型仪器通过光栅的转动,使单色光按照波长的高低依次通过样品,进入检测器检测。
色散型红外光谱仪的工作原理
嘿,朋友们!今天咱来聊聊色散型红外光谱仪的工作原理,这可真是个神奇的玩意儿啊!
你看啊,这红外光谱仪就好比是一个超级侦探,能帮我们解开物质的秘密。
它是怎么工作的呢?简单来说,就是一束红外光射向要研究的物质。
这红外光就像是一群小精灵,欢快地朝着目标奔去。
这些小精灵遇到物质后会发生啥呢?嘿嘿,它们会和物质相互作用哦!就好像我们人与人之间交流一样,会产生各种反应。
然后呢,不同的物质会对这些小精灵做出不同的回应,有的吸收得多,有的吸收得少。
这时候,光谱仪这个大侦探就开始记录这些信息啦!它把各种吸收情况都记下来,形成了独特的光谱图。
这光谱图可不简单啊,它就像是物质的身份证一样,独一无二!通过这个光谱图,我们就能知道物质里面都有啥成分啦。
你说神奇不神奇?就好像你能通过一个人的言行举止就能了解这个人的性格特点一样。
这红外光谱仪不也是这样嘛,通过它得到的光谱图,我们就能深入了解物质的本质。
比如说,我们想知道某种材料是不是合格,用红外光谱仪一照,立马就能看出个大概。
它就像是我们的火眼金睛,什么都逃不过它的“法眼”。
而且啊,这红外光谱仪在很多领域都大显身手呢!在化学领域,它能帮助科学家们研究各种化合物的结构;在医学领域,说不定还能帮医生诊断疾病呢!这用处可真是大了去了。
你想想,要是没有红外光谱仪,我们得费多大的劲儿才能搞清楚物质的成分啊!现在有了它,一切都变得简单多啦。
总之呢,色散型红外光谱仪就是这么一个厉害的家伙,它默默地为我们服务,帮我们探索未知的世界。
我们可得好好珍惜它,让它发挥出更大的作用呀!难道不是吗?。
红外光谱仪保养注意事项及工作原理红外光谱仪是利用物质对不同波长的红外辐射的吸取特性,进行分子结构和化学构成分析的仪器。
红外光谱仪通常由光源,单色器,探测器和计算机处理信息系统构成。
依据分光装置的不同,分为色散型和干涉型。
对色散型双光路光学零位平衡红外分光光度计而言,当样品吸取了确定频率的红外辐射后,分子的振动能级发生跃迁,透过的光束中相应频率的光被减弱,造成参比光路与样品光路相应辐射的强度差,从而得到所测样品的红外光谱。
下面就来简要介绍几点红外光谱仪保养的注意事项。
1、测定时试验室的温度应在15~30℃,相对湿度应在65%以下,所用电源应配备有稳压装置和接地线。
因要严格掌控室内的相对湿度,因此红外试验室的面积不要太大,能放得下必需的仪器设备即可,但室内确定要有除湿装置。
2、为防止仪器受潮而影响使用寿命,红外试验室应常常保持干燥,即使仪器不用,也应每周开机至少两次,每次半天,同时开除湿机除湿。
特别是霉雨季节,好是能每天开除湿机。
3、如所用的是单光朿型傅里叶红外分光光度计(目前应用多),试验室里的CO2含量不能太高,因此试验室里的人数应尽量少,无关人员好不要进入,还要注意适当通风换气。
4、红外光谱测定常用的试样制备方法是溴化钾(KBr)压片法(药典收载品种90%以上用此法),因此为削减对测定的影响,所用KBr好应为光学试剂级,至少也要分析纯级。
使用前应适当研细(200目以下),并在120℃以上烘4小时以上后置干燥器中备用。
如发觉结块,则应重新干燥。
制备好的空KBr片应透亮,与空气相比,透光率应在75%以上。
5、如供试品为盐酸盐,因考虑到在压片过程中可能显现的离子交换现象,标准规定用氯化钾(也同溴化钾一样预处理后使用)代替溴化钾进行压片,但也可比较氯化钾压片和溴化钾压片后测得的光谱,如二者没有区分,则可使用溴化钾进行压片。
6、压片法时取用的供试品量一般为1~2mg,因不可能用天平称量后加入,并且每种样品的对红外光的吸取程度不一致,故常凭阅历取用。