FTIR-的基本原理与结构
红外吸收光谱分析法FTIR
光谱解析难度大
红外光谱的复杂性较高，需要专业的 知识和技能进行解析，对分析人员的 要求较高。
仪器成本高
FTIR仪器的制造成本较高，使得其普 及和应用受到一定限制。
测试时间较长
与一些其他分析方法相比，FTIR的测 试时间可能较长，需要更多的时间来 完成分析。
未来发展前景
提高检测灵敏度和分辨率 通过改进仪器性能和技术，提高 FTIR的检测灵敏度和分辨率，使 其能够更好地应用于微量样品和 高精度分析。
环境监测
FT-IR可以用于环境监测领域， 如气体分析、水质分析、土壤
分析等。
02 ftir仪器组成
光源
光源是红外傅里叶变换红外光 谱仪（ftir）中的重要组成部分， 负责提供足够能量和合适波长 的红外辐射。
常见光源有硅碳棒、陶瓷气体 放电灯、远红外激光等。
光源的选择直接影响ftir的灵敏 度和分辨率，因此需要根据实 验需求选择合适的光源。
小型化和便携化 为了方便现场快速检测和实时监 测，FTIR仪器的小型化和便携化 成为一个重要的发展方向。
拓展应用领域 随着FTIR技术的不断成熟和普及， 其应用领域将会进一步拓展，包 括生物医学、环境监测、食品安 全等领域。
智能化和自动化 通过引入人工智能和自动化技术， 实现FTIR分析的智能化和自动化， 提高分析效率和准确性。
基频峰
分子振动能级跃迁产生的谱线，是红外光谱中最 强的峰。
特征峰
与分子中特定化学键或振动模式对应的峰，可用 于鉴定化合物结构。
谱图解析方法
峰位置分析
通过分析峰的位置，确定特定化学键或基团的存在。
峰强度分析
通过分析峰的强度，了解分子中特定化学键或基团的相对含量。
峰形分析
FTIR红外吸收光谱的基本原理是什么
FTIR红外吸收光谱的基本原理是什么
FTIR红外吸收光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR)是一种用于分析化学物质吸收红外光谱的技术，可以用来检测化合
物的结构，分子组成，及其结构与性质之间的关系。
红外光谱(IR)是由一
定范围的电磁波组成，其中每一个能量包含着不同的特征性谱线，因此可
以用来分析物质的结构，组成，和相互作用。
FTIR红外吸收光谱的基本
原理很简单，它使用研究物质所吸收的红外光进行分析。
当物质沐浴着红
外光时，它会吸收具有一些特定能量的光波段，而不吸收其他光波的能量。
而研究物的结构所决定的在光谱中的特征性吸收谱线，可以用来判断物质
中包含的成分，并研究它们之间的相互作用。
FTIR红外吸收光谱基于傅里叶变换，是对红外光谱的数字化分析。
根据傅里叶定理，通过变换函数 ft(x)就可以从时域变换到频域。
FTIR
红外吸收光谱分析是通过将激发的红外光波与物质吸收光波相关联，形成
不同能量的特征谱线，以及识别特定的红外谱线，从而分析物质结构。
现
在FTIR红外吸收光谱的最新发展，利用多维傅里叶变换等技术，可以分
析l-到s-到l一维、二维和三维的数据，从而实现复杂的分析如动态NMRS特性分析的深入研究。
ftir红外光谱仪原理
傅里叶变换红外光谱仪（FTIR，Fourier Transform Infrared Spectrometer）是一种利用傅里叶变换原理，通过对红外光线在特定波长范围内的吸
收强度进行测量，从而分析物质的分子结构和组成的仪器。
FTIR红外光谱仪的工作原理如下：
1.辐射源：红外光谱仪的辐射源部分会产生宽波长范围的红外光，可
以是黑体辐射源、电石石墨片、高灯泡等，用来激发样品内分子结构
的振动。
2.干涉仪：干涉仪使用迈克尔逊干涉仪（Michelson interferometer），它的核心是一个可分割和反射的光束的分光镜。
红外光通过一个可移
动的镜子和一个固定的镜子，产生两束光路差的光线，然后返回干涉
仪重新合到一起，产生干涉信号。
3.采样：待测样品放置在红外光经过的路线上，当光透过或反射於此时，样品内的分子会对某些特定波长的红外光进行吸收，导致这些波
长的光强度降低。
4.探测器：FTIR红外光谱仪需要一个冷却的广谱探测器（例如：汞
镉锌（MCT），探测范围约为2-14μm）来接收通过或反射自样品的红
外光，并将其转换为电信号。
此时的电信号包含了所有波长处的吸收
强度，称为原始干涉信号（光学干涉图）。
5.傅里叶变换处理：原始干涉信号经过傅里叶变换（Fourier Transform，FT）处理，即通过逆傅里叶变换，将信号从时间域转换到
频率域，得到实际的红外吸收光谱图，纵轴表示吸收强度，横轴表示
红外光的波数。
通过分析光谱图中吸收峰的位置（波数）、峰值和峰形，可以获得有关样品分子结构和成分的信息。
FTIR(傅里叶红外光谱简介)
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-17800--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)分束器：溴化钾镀锗/ 宽带溴化钾镀锗检测器：DTGS检测器/ DLATGS检测器光源：空冷陶瓷光源5、主流产品国产主流厂家：天津港东生产的FTIR-650 傅里叶变换红外光谱仪、FTIR-850 傅里叶变换红外光谱仪；北京瑞利生产的WQF-510 傅里叶变换红外光谱仪、WQF-520 傅里叶变换红外光谱仪；进口品牌厂家：日本SHIMADZU 生产的IRAffinity-1,IRAffinity-21 傅里叶变换红外光谱仪；美国Thermo Fisher 生产的Nicolet 6700、IS10、IS5 傅里叶变换红外光谱仪；德国Bruker Optics 生产的Tensor 27、Tensor 37 傅立叶变换红外光谱仪；。
“傅里叶”红外光谱仪结构简介
“傅里叶”红外光谱仪结构简介傅里叶变换红外光谱仪（简称FTIR光谱仪），简称傅里叶红外光谱仪。
它不同于色散红外光谱的原理。
它是根据干涉后红外光的傅里叶变换原理研制的红外光谱仪。
主要由红外光源、光阑、干涉仪（分束器、动镜、定镜）、样品室、探测器、各种红外镜、激光器、控制电路板、电源等组成。
可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。
它克服了色散光谱仪分辨率低、光能输出小、光谱范围窄、测量时间长等缺点。
它不仅可以测量各种气体、固体和液体样品的吸收光谱和反射光谱，还可用于短时化学反应测量。
目前，红外光谱仪广泛应用于电子、化工、医药等领域。
傅里叶变换红外光谱仪主要由红外光源、分束器、干涉仪、样品池、探测器、计算机数据处理系统和记录系统组成。
它是干涉式红外光谱仪的典型代表。
与色散红外仪器的工作原理不同，它没有单色仪和狭缝，通过迈克尔逊干涉仪获得入射光的干涉图，然后通过傅里叶数学变换将时域函数干涉图转换为频域函数图。
介绍傅里叶红外光谱仪的组成和结构：1光源：傅里叶变换红外光谱仪配备多个光源，用于测量不同范围的光谱。
通常使用钨丝灯或碘钨灯（近红外）、碳化硅棒（中红外）、高压汞灯和氧化钍灯（远红外）。
2分束器：分束器是迈克尔逊干涉仪的关键部件。
它的作用是将入射光束分为反射和透射两部分，然后将它们合成。
如果可移动反射镜导致两个光束之间存在一定的光程差，则合成光束可能会导致相位长度或破坏性干涉。
分束器的要求是入射光束在波数V处透射和反射一半，调制光束的振幅***。
分束器是根据不同波段的使用，在不同的介质材料上添加相应的表面涂层而形成的。
3检测器：傅里叶变换红外光谱仪中使用的检测器与色散红外光谱仪中使用的检测器没有本质区别。
常用的探测器有硫酸甘油三酯钛（TGs）、铌酸锶钡、碲化汞镉、锑化铟等。
4数据处理系统：傅里叶变换红外光谱仪数据处理系统的核心是计算机，其功能是控制仪器的运行，采集和处理数据。
红外吸收光谱分析法FTIR
红外吸收光谱分析法FTIR傅里叶红外吸收光谱分析法（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，简称 FTIR），是一种应用傅里叶变换技术对物质的红外辐射进行光谱分析的方法。
该方法以红外辐射的吸收强度和波数为特征，可以用来分析和识别有机物和无机物的结构和成分。
在分析化学、有机合成、材料科学等领域得到广泛的应用。
FTIR技术的主要原理是利用傅里叶变换将周期性信号（红外辐射）分解成一系列连续谱线，进而可以通过测量这些谱线的强度和频率来确定物质的结构和成分。
在实验中，样品被置于红外光束之中，以吸收或透射的方式与红外辐射相互作用。
被吸收的辐射与未被吸收的辐射之间的差异被转化为干涉信号，并通过光谱仪进行检测和测量。
这些信号被送入傅里叶变换，产生包含有关样品吸收能力和频率的信息。
FTIR技术具有以下优点：首先，它是一种非破坏性的分析方法，可以在不破坏样品的情况下获取有关物质结构和成分的信息。
其次，该方法对样品的数量要求非常低，可以在毫克或微克级别的样品上进行分析。
此外，FTIR技术不会对环境产生污染，也不需要使用有害的试剂。
最后，该方法可以快速获取光谱数据，并且具有高灵敏度和高分辨能力。
在实际应用中，FTIR技术可用于许多领域的研究和分析。
在有机化学领域，FTIR技术可以用于表征和鉴定有机物的结构和功能团。
例如，它可以用于区分不同类别的有机物，如醇、酮、酸等，并通过比较它们的红外光谱图谱来进行鉴定。
此外，FTIR技术还可用于监测化学反应的进程和过程。
研究人员可以通过观察吸收峰的变化来判断反应的进行和产物的生成情况。
在材料科学中，FTIR技术可以用于表征材料的结构和性质。
例如，它可以用于研究材料的晶体结构、分子排列和化学键强度。
此外，该技术还可用于分析材料的表面性质和界面反应。
研究人员可以利用反射红外（ATR）技术直接将样品放置在光学晶体上进行测量，从而避免样品的制备和处理过程。
FTIR原理及讲义谱图解析
理论上，我们可以从-到+范围，得到一张 完整谱图，而且可以任何分辨率
相应的谱图
B ( ) =
I ( ) c o s 2 d
为了满足上述要求，我们必须做到： 1. 动镜的移动距离可以无限远； 2. 数据采样间隔无限小。
FT-IR: 基本原理 ...
技术局限
事实上，分辨率、带宽以及采样间隔受到谱仪的限制
Optic Setup and Service
Interferometer/AQP
Absolute Peak Position
检查扫描范围 (Check signal 对话框): 显示在合适的范围内? 不
用箭头改变扫描范围，使得干涉图的最大值（峰）在显示范围内。
FT-IR: 基本原理 ...
问题：没有干涉图
切趾来减小旁瓣峰的强度 牺牲 分辨率
这意味：切趾函数的选择取决于所需的分辨率
基本原理 ...
干涉图数据的采集
带宽
HeNe激光信号也用来控制干涉图数据的采集
波长: 632 nm
在激光正弦波过零点 时采集数据。
带宽: 31,600 cm-1
FT-IR: 基本原理 ...
干涉图数据的采集
FT-IR: 基本原理 ...
干涉图数据的采集
Nyquist采样条件 任何谱图数据的采集的采样频率必须等于或大于谱图带宽的两倍。
如果不满足上述条件，就会出现假峰。
FT-IR: 基本原理 ...
干涉图数据的采集
尖桩篱栅效应
谱图是根据ADC得到的干涉图经过傅立叶变换得到的。 在干涉图测试数据点之间，我们必须进行数学插值。 这个过程，透光率的准确度受到影响。
FTIR原理及谱图解析
精品
傅里叶红外光谱仪ftir工作原理
傅里叶红外光谱仪ftir工作原理傅里叶红外光谱仪（FTIR）是一种应用广泛的光谱仪器，在化学、生物、材料、药学等领域都有重要的应用。
本文将着重介绍FTIR的工作原理，包括傅里叶变换原理、FTIR 仪器的组成和工作流程、光谱处理和分析等方面。
一、傅里叶变换原理傅里叶变换是一种将信号表示为一组不同的正弦和余弦函数的方法，可用于将一个时间域信号转换为一个频域信号。
在光学中，傅里叶变换也被用于将一个光谱信号转换为一个频谱信号。
FTIR利用了这个原理，将一个样品中的红外光谱信号转换成频谱信号，并对其进行分析。
在FTIR中，样品被照射红外光，红外光谱仪会记录下被样品吸收、反射和散射的光信号，这些光信号随着时间的变化被转换成傅里叶变换，变成频率域的数据，然后通过数学处理，得到样品的红外光谱信号。
二、FTIR仪器的组成和工作流程FTIR仪器主要由四个部分组成：光源、干涉仪、检测器和数据系统。
（1）光源FTIR仪器采用便携式红外光源，例如钨笼灯或氘灯，一般都能发射出整个机器可见范围内的红外光。
这些光源往往非常强大，能够发射足够的光到样品上，使样品的红外光谱信号能够被检测到。
（2）干涉仪FTIR的干涉仪是一个复杂的光学系统，可将样品发出的红外光谱信号分成两束光，一个经过样品，另一个不经过样品，然后将它们重新合并。
干涉仪的核心部分是一个Michelson干涉仪，其中将样品光与没有经过样品的参考光进行干涉。
干涉仪可以通过可变的路径差或偏振器来重新合并两束光。
当干涉仪中的两束光完全重合时，它们将干涉一起产生强光；当它们完全反向时，它们将互相消除并产生弱光。
（3）检测器干涉仪产生的光信号会被检测器接收。
一般常用的检测器是氮化硅（SiN3）检测器或者液氮冷却的电子倍增管（LN2 Cooled PbSe Detector）。
检测器能够检测到光的强度并转换成电子信号。
（4）数据系统FTIR检测到的信号被输入到电脑中，数据系统通过傅里叶变换将频域信号转换成时间域信号，并利用算法对信号进行处理和分析。
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傅立叶红外光谱仪的采样原理
透射原理
傅立叶红外光谱仪的采样原理
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傅立叶红外光谱仪的采样原理
ATR原理
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傅立叶红外光谱仪的采样原理
ATR原理
折射光光强为零，全反射 光密到光疏，折射角 > 入射角
α增大 α > 临界角
临界角 sinα2=n2/n1
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傅立叶红外光谱仪的采样原理
ATR原理 ATR法主要特点: 1 选用最多的无损红外采样附件 几乎或完全不用样品制备，特别适用于测定不易溶 解 、熔化、难于粉碎的弹性或粘性样品，如涂料、 橡胶、合成革、聚氨基甲酸乙酯等表面及其涂层。 有利于表面薄膜、涂层样品的测定。 2 选用附件的注意事项 光谱范围，样品的形态（固态液态胶状），化学特性 （如酸碱性），样品的硬度 3 容易操作
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傅立叶红外光谱仪的采样原理
ATR原理
ATR校正谱图
原始谱图
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红外光谱仪的应用及采样的基本原则
• 傅立叶变换红外光谱仪目前比较集中的应 用领域有以下几个方面：
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 在医药化工行业上的应用 在高分子材料研究上的应用 在石油化工行业上应用 在矿物学领域的应用 在材料生产领域上的应用 在生物医学研究方面的应用 在半导体材料领域上的应用 在刑侦鉴定上的应用 在气体分析方面的应用 在大气环境监测上的应用
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傅立叶红外光谱仪的工作原理
扫描次数
分辨率 增益 动镜速度 光阑
信噪比
峰的分辨能力 检测器信号 信号强度 光通量
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傅立叶红外光谱仪的采样原理
透射
Io=0o
反射
Io=Ro
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傅立叶红外光谱仪的采样原理
衰减全反射 (ATR)
D
D
S D D
漫反射 (DRIFTs)
镜反射
Io=Ro
s 0
I
样品单光束谱图 背景单光束谱图
x100%
I
-红外光透过样品光强 I 0 -红外光透过背景光强
s
吸光度：A=-LogT=Log=K*b*c K-吸光系数，b-光程，c-浓度
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傅立叶红外光谱仪的工作原理
4 3 40 2 35
Volts
1 0
-1 -2 -3 230 0 220 0 210 0
2
红外光谱概述
可见
X射线
紫外
近红外 远红外 中红外 无线电波
微波
9
7
5
3
1
-1
-3
-5
10
10
10
10
10
10Βιβλιοθήκη 1010Wavenumbers
核转变
-5 -3
电子跃迁
-1
分子振动
1 3
转动
5
跃迁
7 9
10
10
10
10
10
10
10
10
Wavelength in microns
3
红外光谱概述
• 红外光区的划分 红外光谱波长范围约为 0.75 ~ 1000µ m，一般换算 为波数。根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光 区分为三个区： 近红外光区（0.75 ~ 2.5µ m ） 13158-4000 cm-1 分子化学健振动的倍频和组合频。 中红外光区（2.5 ~ 25µ m ） 4000 ~ 400 cm-1 化学健振动的基频 远红外光区（25 ~ 1000 µ m ） 400-10 cm-1 骨架振动，转动
摩擦更小的动态准直干涉仪 验证轮
外光路
HeNe 激光
光阑
DLA-TGS 检测器 中红外光源
CaF2 涂覆的 KBr 窗片
11
金刚石切削光镜
傅立叶红外光谱仪的结构
12
傅立叶红外光谱仪的工作原理
13
傅立叶红外光谱仪的工作原理
傅立叶变换方程I(X) = 2RTB(V) COS 2VX dV ; B(V) = I(X) COS 2VX dX - i I(X) SIN 2VX dX
30
20
傅立叶红外光谱仪的采样原理
透射原理
1 2 3 4 5 最基本的采样方式 适合于所有的样品：固态，液态，气态 用于样品的定性，定量分析 特点：灵敏度高 经济成本低
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傅立叶红外光谱仪的采样原理
透射原理
由于玻璃，石英等常规透明材料不能透过红外线，因此红外 吸收池必须采用特殊的透红外材料制作如：NaCl，KBr和CsI 等作为窗口。固体粉体样品可以直接与 KBr混合压片，直接 进行测定。
Cl
H
N
N
6
红外光谱概述
Bending Twisting
+ C
C
C
C
C
伸缩振动
100 95 90 85 80 75 70 65
弯曲振动
%T
60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 4000 3500 3000 2500 cm-1 2000 1500 1000
7
红外光谱概述
随着化学键的增加，光谱变得越来越复杂
官能团区
指纹区
3500 3000 2500 2000 1500 1000
Wavenumbers (cm-1)
8
傅立叶红外光谱仪的结构
•
1 2 3 4
傅立叶光谱仪的主要组成
光源 干涉仪及分束器 检测器 主控板
5
激光器
9
傅立叶红外光谱仪的结构
10
傅立叶红外光谱仪的结构－－iS10
IS10 的内部结构图
60 50
Ratio
40 30 20 400 0 350 0 300 0 250 0 200 0 150 0 100 0 500
Emissivity
30 25 20 15 10 5
Wavenumbers
Volts
1 0
bkg: FFT
光谱
350 0 300 0 250 0 200 0 150 0 100 0 500
-1 -2 -3 230 0 400 0
Wavenumbers
220 0 210 0 190 0 180 0 170 0
Data Points
16
傅立叶红外光谱仪的工作原理
• FT-IR的特点： • （1）扫描速度快 • 扫描时间内同时测定所有频率的信息 • （2）具有很高的分辨率 • （3）灵敏度高 • 不用狭缝和单色器,更高的能量通过 • （4）高精度优点
FT-IR基本理论和系统结构
Thermo Fisher 分子光谱部 彭世烨
红外光谱概述
• 傅里叶变换红外光谱仪 • Fourier Transform Infrared Spectrometer （简写为 FTIR Spectrometer ）
• 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
sam: FFT
25 20 15 10170 0 5 400 0 350 0 300 0 250 0 200 0 150 0 90 190 0 180 0
100 0
Transmittance
Data Points
Emissivity
30
80 500 70
Wavenumbers
干涉图
4 3 2
能量图
40 35
4
红外光谱概述
振动频率与光的频率匹配
红外光
100 95 90 85 80 75 70 65
分子
吸收能量
%T
60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 4000 3500 3000 2500 cm-1 2000 1500 1000
谱图
5
红外光谱概述
• 偶极矩发生变化，有红外吸收 • 偶极距为零 没有红外吸收
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红外光谱仪的应用及采样的基本原则
在法庭科学领域，红外光谱法更成为比对分析的主要方 法之一，广泛应用于刑事案件、交通肇事案件等有关物 证分析，为侦查工作和法庭审判提供证据。 1 物证样品的定性判别
样品谱图与标准谱库之间的比对
2 物证样品之间的同一性判别
两张以上的谱图之间的比对
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红外光谱仪的应用及采样的基本原则
I(X): 光程差的强度函数；V: 波数； B(V): 频率的强度函数; X: 光程 差; R: 分束 片反 射 率 T: 分束片 透射率
傅立叶红外光谱仪的工作原理
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傅立叶红外光谱仪的工作原理
坐标轴： X-轴：通常用波数（cm-1)表示，也可以用波长表示。
Y-轴：采用透射法测定样品时，使用%透射率或者吸光度。 采集背景时为单光束光谱：由干涉图经傅立叶变换得到。表示红外能 量对频率的强度。背景光谱包含仪器和光谱内部环境或制样附件的信 息。 %透射率：T= I x100%=