3.3　红外光谱仪和红外光谱图

1944年美国Perkin-Elmer公司生产了世界上第一台商品性红外光谱仪。传统的红外光谱仪，其单色器中的色散组件由光栅或棱镜组成，称为色散型红外光谱仪。在色散型红外光谱仪中，光源发出的光先照射试样，而后再经分光器分成单色光，由检测器检测后获得光谱。它的缺点是扫描速度慢，红外光能量损失大，对吸收红外光强或信号弱的样品以及痕量组分的分析都有一定限制。

20世纪60年代末出现了基于干涉调频分光的傅里叶变换红外光谱仪（Fourier transform infrared spectrometer，FTIR），它主要由迈克耳逊（Michelson）干涉仪和计算机组成。在傅里叶变换红外光谱仪中，光源发出的光首先经迈克耳逊干涉仪调制成干涉光，再让干涉光照射样品，经检测器获得干涉图，而不是红外吸收光谱图。要获得红外吸收光谱图需要对干涉图进行数学变换。干涉图的数学表示和光谱图的数学表示互为傅里叶变换关系对，故可由计算机采集在某一瞬间测量到的干涉图上相距一定间隔的点的强度，进行傅里叶变换而获得红外光谱图。傅里叶变换红外光谱仪具有输出能量大、信噪比高、光谱范围宽、波数精度高、光谱数字化及扫描速度快等特点，现已得到广泛应用。

红外光谱仪的检测器通常是涂黑的热电堆。吸收的红外辐射使热电堆的一头加热而产生热电动势，借助于放大器与灵敏的检流计可以测定吸收强度或辐射强度，并自动记录为红外光谱图。

测量得到的红外光谱，以吸收的波长λ（μm）或波数（wave number）（cm−1）为横坐标表示不同的振动频率，表示吸收峰的位置。在红外光谱图中用波数表征振动频率更直观。波数是频率的一种表示方法，其物理意义是每厘米长的光波中振动波的数目，它与波长的关系是：

红外光谱图的纵坐标表示的是谱带的强度，常用以下2种方式表示：

① 透射率T（percent transmission）= L/L0×100%；

② 吸光度A（percent absorption）= lg(L0/L ) = −lgT。

式中 L0—入射光的强度；

L—透射光的强度。

用透射率T（transmittance）（%）表示纵坐标的红外光谱叫透射率红外光谱，用吸光度A表示纵坐标的红外光谱叫吸光度红外光谱。

透射率光谱直观，但透射率与样品含量不成正比关系，所以不能用于定量计算。吸光度光谱不直观，但吸光度与样品厚度或溶液浓度在一定范围内成正比关系，符合Lambert-Beer定律，可用于定量计算。

红外光谱图通过谱带的位置、相对强度、形状反映样品的结构信息，是红外光谱分析最直观、最常用的表示方法。