傅里叶变换光谱仪及应用
赛默飞傅里叶变换红外吸收光谱仪
一、概述赛默飞傅里叶变换红外吸收光谱仪（以下简称FTIR）是一种重要的分析仪器，它利用傅里叶变换原理来分析物质的红外吸收光谱，在化学、生物、药品等领域有着广泛的应用。
本文将对FTIR的原理、应用及发展进行深入探讨。
二、FTIR的原理1. 傅里叶变换原理FTIR的基本原理是利用傅里叶变换原理，将物质在红外光下吸收的信号转换成频谱图，从而分析样品中各种官能团的位置和种类。
傅里叶变换是一种将时域信息转换为频域信息的数学方法，通过将复杂的信号分解为多个简单的正弦信号，能够更清晰地显示出样品的吸收特性。
2. 红外光谱红外光谱是分子振动和转动引起的吸收光谱，其波长范围通常为2.5-25μm。
不同的化学键和官能团对应着不同的红外吸收峰，通过分析这些峰的位置和强度，可以确定样品的化学成分、结构和性质。
三、FTIR的应用1. 化学分析FTIR广泛应用于化学分析领域，可以用于分析有机物、无机物、高分子材料等样品的成分和结构。
通过比对已知物质的光谱图谱和样品的光谱图谱，可以快速准确地确定样品的成分和结构。
2. 药品研发在药品研发领域，FTIR可以用于药物活性成分的分析、质检和成分鉴别，有助于药品的研发和生产过程中的质量控制。
3. 生物医学在生物医学领域，FTIR可以用于分析生物样品的组成和结构，包括蛋白质、核酸、糖类等生物分子的红外吸收特性，有助于研究和诊断相关疾病。
4. 环境监测FTIR还可以用于环境污染的监测和分析，例如大气污染物的检测、土壤和水质的分析等，对环境保护和治理有着重要的意义。
四、FTIR的发展1. 技术进步随着科技的发展，FTIR的技术不断更新，仪器性能不断提高。
新一代的FTIR仪器具备更高的分辨率、灵敏度和信噪比，能够更精确地分析样品的光谱特性。
2. 应用拓展随着对物质性质分析需求的不断增加，FTIR的应用领域也在不断拓展。
除了传统的化学分析领域外，FTIR在生物医学、环境监测、食品安全等领域的应用也在不断增加。
傅里叶红外光谱仪应用范围
傅里叶红外光谱仪应用范围
傅里叶红外光谱仪（Fourier Transform Infrared Spectrometer，简称FTIR）是一种广泛应用于科学研究、工业和医药领域的仪器。
它利用傅里叶变换原理来分析样品在红外区域的吸收、透射或散射光谱。
以下是傅里叶红外光谱仪的一些主要应用范围：
1.材料分析：傅里叶红外光谱仪可用于分析各种材料的化学成分和结构，如聚
合物、塑料、橡胶、纺织品、金属、陶瓷等。
它可以帮助确定材料的组成、鉴别材料的种类和质量检测。
2.药物研究：在制药领域，傅里叶红外光谱仪可用于药物成分的鉴定、药物质
量控制和药物的稳定性研究。
它可以快速、准确地分析药物的结构和特性。
3.环境监测：傅里叶红外光谱仪可用于环境污染物的监测和分析，如水质、大
气和土壤中的污染物。
它可以检测有机化合物、无机物质和气体成分，为环境保护和污染控制提供重要数据。
4.食品和农产品分析：傅里叶红外光谱仪可用于食品和农产品的质量检测和安
全性评估。
它可以检测食品中的营养成分、添加剂、农药残留和有害物质，确保食品的质量和安全。
5.化学反应分析：傅里叶红外光谱仪可以监测化学反应中产物和中间体的形成
与消失，研究反应的动力学和机理。
它对于化学合成、催化剂研究和催化反应优化具有重要意义。
6.生物医学研究：傅里叶红外光谱仪在生物医学领域中用于研究生物分子的结
构和功能，如蛋白质、核酸、糖类等。
它可以帮助了解生物分子的相互作用、变性和折叠过程，对于疾病。
傅里叶红外光谱仪工作原理及应用
傅里叶红外光谱仪工作原理及应用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。
FTIR工作原理：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。
FTIR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。
简单来说，红外光谱具有特征性强、分析快速、不破坏试样、试样用量少、操作简便、能分析各种状态的试样、分析灵敏度较高、应用范围广（固态、液态或气态样品都能应用；无机、有机、高分子化合物均可检测）等特点，其与色谱（GC-IR）联用或TGA（TGA-IR）联用，定性功能强大。
傅里叶红外光谱仪的原理及应用
傅里叶红外光谱仪的原理及应用傅里叶红外光谱仪的原理及应用一、傅里叶红外光谱仪的基本原理：傅里叶红外光谱仪（Fourier transform infrared spectrometer, FTIR）通过分析样品中不同波长的红外辐射和参比物中的红外辐射之间的差异，来确定样品中化学键的种类和结构以及分子的振动和转动状态。
具体来说，光谱仪通过将入射的白光通过一个Michelson干涉仪分解成不同频率的单色光，然后照射在样品上面，并测量反射或透射回来的光，在红外区域内记录样品所吸收的光谱，最后将获得的信号通过傅里叶变换转换成频谱图，得到样品中各种不同振动模式所对应的吸收峰，从而对样品进行检测和分析。
二、傅里叶红外光谱仪的优点：1. 快速分析：傅里叶红外光谱仪可以在短时间内得到样品的红外光谱，实现高效的化学分析。
2. 非破坏性分析：傅里叶红外光谱仪不需要对样品进行物理改变或破坏，避免了可能出现的误差。
3. 高精度分析：傅里叶红外光谱仪的精度高，可以检测样品中的微量化学组成。
4. 多样性分析：傅里叶红外光谱仪不仅可以检测有机化合物，还可以检测小分子无机物。
三、傅里叶红外光谱仪的应用：1. 医药行业：傅里叶红外光谱仪可以用于新药研制中的药物成分分析、质量控制和药物稳定性研究。
2. 化妆品行业：傅里叶红外光谱仪可以用于化妆品质量控制和成分分析，确保产品的稳定性和质量。
3. 食品行业：傅里叶红外光谱仪可以用于食品成分和质量分析，帮助食品企业保障产品质量和食品安全。
4. 环境监测：傅里叶红外光谱仪可以用于大气、水、土壤等环境中的有机和无机物检测，保障环境安全。
总之，傅里叶红外光谱仪作为一种高效、精准、非破坏性的化学分析手段，已经成为化学、医药、化妆品、食品、环境等领域的重要工具，并不断得到改进和创新，为各行业的发展进步带来越来越多的应用价值。
《2024年傅里叶变换红外光谱仪若干核心技术研究及其应用》范文
《傅里叶变换红外光谱仪若干核心技术研究及其应用》篇一一、引言傅里叶变换红外光谱仪（Fourier Transform Infrared Spectrometer，FT-IR）是现代分析化学领域中重要的仪器之一，广泛应用于化学、生物、医药、材料科学等多个领域。
其核心技术主要包括光谱分辨率提升、样品制备及测量技术、数据解析及分析等。
本文旨在研究傅里叶变换红外光谱仪的若干核心技术，并探讨其在实际应用中的价值和影响。
二、傅里叶变换红外光谱仪核心技术研究1. 光谱分辨率提升技术光谱分辨率是红外光谱仪的重要性能指标之一，直接影响到分析结果的准确性和可靠性。
为了提升光谱分辨率，傅里叶变换红外光谱仪采用了多种技术手段，如：光学元件的改进、光学干涉仪的优化等。
此外，还利用数字化信号处理技术，对所获得的光谱数据进行去噪和校准，进一步提高了光谱分辨率。
2. 样品制备及测量技术傅里叶变换红外光谱仪在样品制备及测量方面，有着较为灵活的处理方法。
为获得高精度的红外光谱数据，需要选择合适的样品制备方法，如：压片法、溶液法等。
同时，还需要根据样品的性质和实验需求，选择合适的测量模式和参数设置。
此外，为了减少样品测量过程中的误差和干扰，还需要对仪器进行定期的维护和校准。
3. 数据解析及分析技术傅里叶变换红外光谱仪所获得的光谱数据需要进行解析和分析，以提取有用的化学信息。
数据解析及分析技术主要包括光谱解析、谱峰拟合、定量分析等。
其中，光谱解析是利用已知的红外光谱数据库或文献资料，对所获得的光谱数据进行比对和分析；谱峰拟合则是利用数学方法对光谱数据进行拟合和解析；定量分析则是根据谱峰的强度和位置等信息，对样品的化学成分进行定量分析。
三、傅里叶变换红外光谱仪的应用傅里叶变换红外光谱仪在化学、生物、医药、材料科学等领域有着广泛的应用。
在化学领域，可以用于分析有机物和无机物的分子结构和化学键类型；在生物领域，可以用于分析蛋白质、核酸等生物大分子的结构；在医药领域，可以用于药品质量控制和药物代谢动力学研究；在材料科学领域，可以用于研究材料的成分、结构和性能等。
傅里叶变换红外光谱仪
红外谱图的解析经验
对一张已经拿到手的红外谱图： （1）首先依据谱图推出化合物碳架类型：根据分 子式计算不饱和度，公式： 不饱和度＝F+1+(T-O)/2 其中： F：化合价为4价的原子个数（主要是C原子）， T：化合价为3价的原子个数（主要是N原子）， O：化合价为1价的原子个数（主要是H原子），
试样中应不含游离水。水本身有红外吸收,会严重 干扰样品谱,而且会侵蚀吸收池的盐窗。
试样的浓度和厚度应选择适当,以使光谱图中大部 分吸收峰的透射比处于20%---60%范围内。
样品和KBr应干燥处理,研磨颗粒应尽量小（小于 2μm ）,以免散射光影响
将KBr和样品混合研 磨,KBr和样品的比 例为100:1或50:1,研
16）酸酐：
（1）VC=O，由于分子中2个羰基伸缩振动的偶合结果， 在1860-1800 cm^-1和1800-1750 cm^-1出现2个吸收带，相 距60 cm^-1左右。若高频带比底频带稍强，则为开链酸 酐，反之则为环状酸酐。
（2）酸酐的VC-O-C为强而宽的吸收带，开链酸酐在 1170-1050 cm^-1，环状酸酐在1310-1200 cm^-1。
4.芳烃：3100~3000cm^-1 芳环上C-H伸缩振动 1600~1450cm^-1 C=C 骨架振动 880~680cm^-1 C-H面外弯曲振动
芳香化合物重要特征:一般在1600，1580，1500和1450cm^-1可 能出现强度不等的4个峰。 880~680cm^-1,C-H面外弯曲振动吸收,依苯环上取代基个数和 位置不同而发生变化 ,在芳香化合物红外谱图分析中,常常用此 频区的吸收判别异构体。
实验前准备 检查仪器连接系统是否正常,支架上清洁无任何杂质（有的同学做完没有把 样品拿走）。
傅里叶变换红外光谱仪的功能及作用
傅里叶变换红外光谱仪的功能及作用
傅里叶变换红外光谱仪是一种重要的分析仪器，用于研究和识别物质的结构和成分。
下面将介绍FTIR的功能及作用。
光谱测量：FTIR可以对样品进行红外光谱测量，即测量物质在不同波长范围内的吸收、散射或透射特性。
红外光谱提供了关于化学键类型、官能团以及分子结构等信息，因此可以用于物质的鉴定和定性分析。
定量分析：通过FTIR测量样品的吸收强度，可以进行定量分析。
根据不同化学键或官能团的吸收峰强度与物质浓度之间的关系，可以确定样品中某种成分的含量。
物质鉴定：每种物质都有红外光谱指纹，可以看作是物质的"化学身份"。
FTIR可以通过比对待测样品的红外光谱与已知物质库中的光谱数据库，来快速鉴定未知物质的成分和结构。
反应动力学研究：通过FTIR可以实时监测化学反应或过程中的变化。
光谱测量可以提供反应物消耗、产物生成以及中间体形成的信息，从而揭示反应速率、反应机理等动力学参数。
表面分析：FTIR也可用于表面分析。
通过反射红外光谱(ATR-FTIR)，可以对固体样品、液体膜、聚合物薄膜等进行非破坏性的表面成分和结构分析。
生物医学应用：FTIR在生物医学领域有广泛应用。
它可以用于研究蛋白质、核酸、多肽等生物大分子的结构和构象变化，用于药物分析与质量控制，以及疾病的诊断与监测。
总结起来，傅里叶变换红外光谱仪具有广泛的功能和作用。
它不仅可以提供物质的结构、成分和浓度信息，还能快速鉴定未知物质、研究化学反应动力学以及进行表面分析和生物医学应用。
因此，FTIR在化学、材料科学、生物医学等领域都发挥着重要的作用。
原位傅里叶变换红外光谱仪
原位傅里叶变换红外光谱仪是一种分析仪器，用于在环境科学技术和资源科学技术领域进行研究。
这种仪器利用傅里叶变换技术，通过测量红外光的干涉图和光谱，可以得到物质分子的振动和转动信息。
在原位模式下，该仪器可以在样品所处的自然状态下进行测量，避免了样品的处理和转移，从而获得更准确的结果。
原位傅里叶变换红外光谱仪的原理是利用红外光的干涉图和光谱信息，通过计算机进行傅里叶变换，得到物质分子的振动和转动光谱。
在测量过程中，红外光被样品吸收后，再经过傅里叶变换得到光谱数据。
通过分析这些数据，可以确定样品中存在的化学物质和它们的浓度。
原位傅里叶变换红外光谱仪的应用非常广泛，包括但不限于以下几个方面：
1.异物定性分析：通过测量不同物质的红外光谱，可以确定物质中的成分和浓度，用于检测和识别异物。
2.塑料老化评价：该仪器可以检测塑料老化过程中分子结构的变化，从而评估塑料的老化程度。
3.粘着剂的成分分析：通过测量粘着剂的红外光谱，可以确定其成分和浓度，从而评估其性能和质量。
4.有机膜的材质评价：该仪器可以检测有机膜中分子的结构和组
成，从而评估其材质和质量。
5.树脂的固化度评价：通过测量树脂的红外光谱，可以评估其固化程度和性能。
6.二氧化硅膜的状态评价：该仪器可以检测二氧化硅膜中分子的结构和组成，从而评估其状态和质量。
7.聚酰亚胺酰亚胺化率的评价：通过测量聚酰亚胺酰亚胺化后的红外光谱，可以评估其化率。
总之，原位傅里叶变换红外光谱仪是一种非常有用的分析仪器，可以在多个领域中进行研究和应用。
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傅里叶变换光谱仪及其在激光 雷达中的应用分析
报 告 人 ：*** 小组成员：***
主要内容
• 光谱仪简介 • 傅里叶光谱仪的工作原理 • 傅里叶光谱仪的应用 • 傅里叶光谱仪的特点 • 傅里叶光谱仪的发展趋势
光谱仪
第一代：棱镜色散型光谱仪 一代：棱镜色散型
分辨率低，对温度、湿度敏感，对环境要求苛刻。 分辨率低，对温度、湿度敏感，对环境要求苛刻。
空间调制型 三角共路型，双折射型） （三角共路型，双折射型）
关键技术及指标
1.光谱分辨率 1.光谱分辨率
系统刚好能够分辨的两条谱线的波数 Δν, 差Δν,就是仪器的光谱分辨率 1 ∆ν = L 上式表明，在傅里叶光谱仪中， 上式表明，在傅里叶光谱仪中，其分辨 率系统能够产生的最大光程差的倒数。 率系统能够产生的最大光程差的倒数。
-L L a.单色光干涉图三角函数切趾示意图 a.单色光干涉图三角函数切趾示意图
切趾后光谱图 后光谱图（ 函数） b. 切趾后光谱图（ sinc2函数）
傅里叶变换光谱仪在激光雷 达中的应用分析
定镜动态准直拉曼光谱仪系统结构示意图
a.天然鸡血石的拉曼光谱 a.天然鸡血石的拉曼光谱
b.仿造鸡血石的拉曼光谱 b.仿造鸡血石的拉曼光谱
第二代： 第二代：光栅色散型光谱仪
采用先进的光栅刻制和复制技术， 采用先进的光栅刻制和复制技术，提高了仪器的 分辨率，拓宽了测量波段，降低了环境要求。 分辨率，拓宽了测量波段，降低了环境要求。
第三代： 第三代：傅立叶变换光谱仪
具有宽的测量范围、高测量精度、 具有宽的测量范围、高测量精度、高分辨率以及 快的测量速度。 快的测量速度。
发展趋势---发展趋势---- 微型化
为了克服傅里叶光谱仪体积大成本高的 缺陷， 缺陷，很多人都致力于傅里叶光谱仪微小型 化的研究。 化的研究。
微型光谱仪与普通的光谱仪相比具有很 大的优点，它除了具有微小型、低成本、 大的优点，它除了具有微小型、低成本、易 于实现模块化，还具有耐用、紧凑、 于实现模块化，还具有耐用、紧凑、易于校 抗震动、抗环境温度压力变化影响等。 准、抗震动、抗环境温度压力变化影响等。
海洛因的拉曼谱图
罂粟碱的拉曼谱图
奶粉的拉曼谱图
洗衣粉的拉曼谱图
血液在He血液在He-Ne 激光诱导下的荧光光谱 He
傅里叶光谱仪的特点
优点
1.高分辨率，2.高 噪比，3.多通道， 1.高分辨率，2.高信噪比，3.多通道，4. 高分辨率 多通道 宽的光谱范围。 宽的光谱范围。
缺点
1.体积庞大，2.价格昂贵，3.机械精度 1.体积庞大，2.价格昂贵，3.机械精度 体积庞大 价格昂贵 4.需要扫描时间 实时性不好。 需要扫描时间， 高，4.需要扫描时间，实时性不好。
2.切趾 2.切趾
被测光的光谱图是探测的光强的傅里叶变换
B(ν ) = ∫ I (∆ ) cos(2πν )d∆
0
∞
数据处理流程图
理论上，傅里叶变换的积分限为无穷大。 理论上，傅里叶变换的积分限为无穷大。但实际仪器中 程差总是有限的。这就造成输出光谱有较大的旁瓣起伏 有较大的旁瓣起伏。 光程差总是有限的。这就造成输出光谱有较大的旁瓣起伏。
傅里叶光谱仪的工作原理
当光源为单色光时探测器接收到的光强为: 当光源为单色光时探测器接收到的光强为:
I (∆ ) = I 0 (1 + cos δ ) = I 0 (1 + cos(2πν∆ ))
2π∆
相位差： 相位差： δ =
λ 光程差： 光程差： ∆ = 2 x
= 2πν∆
当光源为复色光时， 当光源为复色光时，设其亮度为 探测器接收到的光强为: 探测器接收到的光强为:
∞ ∞
B (ν )
I (∆ ) = ∫ B(ν )[1 + cos(2πν∆ )]dν = I + ∫ B(ν ) cos(2πν∆ )dν
0 0
I (∆ ) = I + ∫ B (ν ) cos(2πν∆ )dν
0
∞
可以看出探测器接收到的光强是光源的傅 里叶积分。 里叶积分。 记录下干涉图
I (∆ )
色散型光谱仪
棱镜光谱仪
光栅光谱仪
傅里叶变换光谱仪
用迈克尔逊双 光束干涉仪记录下 干涉图； 干涉图；再借助于 傅里叶余弦变换获 傅里叶余弦变换获 得光源的辐射功率 得光源的辐射功率 分布的方法， 谱分布的方法，称 为傅里叶变换光谱 学。相应的仪器称 为傅里叶变a.单色光干涉图 a.单色光干涉图 单色光
b.单色光变换光谱 b.单色光变换光谱
解决方法
切趾就是将主峰两侧的脚趾切除掉。要实现这个目的， 切趾就是将主峰两侧的脚趾切除掉。要实现这个目的，就要 用一个切趾函数截取干涉图。 用一个切趾函数截取干涉图。
常用窗函数： 常用窗函数：
Hamming窗 Hamming窗 Hanning窗 Hanning窗 Rife-Vincent窗 Rife-Vincent窗 Blackman窗 Blackman窗 ……
∞
并作傅里叶余弦变换
B (ν ) = ∫ I (∆ ) cos(2πν )d∆
−∞
就可得到任何波数处的光强。 就可得到任何波数处的光强。
a.被测光为单色光光源 a.被测光为单色光光源
b.被测光为波数不同的两种单色光 b.被测光为波数不同的两种单色光
傅里叶光谱仪系统图
傅里叶光谱仪的分类
时间调制型