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知道“紅外光譜儀”前面為什么要有“傅立葉”嗎?

日期: 21-11-15 15:50 瀏覽次數 :2

紅外光譜儀是實驗室的標配大型儀器之一,大家都不陌生,但我們現在總是會在這個儀器加一個前綴“傅立葉變換”,全稱“傅立葉變換紅外光譜儀”,或“FT-IR”,這又是為什么?


  傅立葉是誰?

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  讓·巴普蒂斯·約瑟夫·傅立葉(BaronJeanBaptisteJosephFourier,1768-1830),男爵,法國數學家、物理學家,1768年3月21日生于歐塞爾,1830年5月16日卒于巴黎。1817年當選為科學院院士,1822年任該院終身秘書,后又任法蘭西學院終身秘書和理工科大學校務委員會主席。
  主要貢獻是在研究《熱的傳播》和《熱的分析理論》時創立了一套數學理論,即傅立葉級數,對19世紀的數學和物理學的發展都產生了深遠影響。而傅里葉變換在物理學、數論、組合數學、信號處理、概率、統計、密碼學、聲學、光學等領域都有著廣泛的應用。
  讓·巴普蒂斯·約瑟夫·傅立葉而有關傅立葉級數,傅立葉變換的理論也不詳細闡述了,簡而言之,它可以把難以看懂的時域譜變換成能看懂的頻域譜。

  

  紅外光譜儀的發展歷史
  到目前為止紅外光譜儀已發展了三代。第一代是最早使用的棱鏡式色散型紅外光譜儀,用棱鏡作為分光元件,分辨率較低,對溫度、濕度敏感,對環境要求苛刻。上世紀六十年代出現了第二代光柵型色散式紅外光譜儀,采用先進的光柵刻制和復制技術,提高了儀器的分辨率,拓寬了測量波段,降低了環境要求。然后在上世紀七十年代又發展起來第三代的干涉型紅外光譜儀,傅立葉變換紅外光譜儀既是干涉型的代表,它具有寬的測量范圍、高測量精度、極高的分辨率以及極快的測量速度。
  紅外光譜儀基本原理
  紅外線和可見光一樣都是電磁波,紅外光又可依據波長范圍分成近紅外、中紅外和遠紅外三個波區,其中中紅外區(2.5~25μm;4000~400cm-1)能反映分子內部所進行的各種物理過程以及分子結構方面的特征,對解決分子結構和化學組成中的各種問題最為有效,因而中紅外區是紅外光譜中應用最廣的區域。
  紅外光譜屬于吸收光譜,是由于化合物分子中成鍵原子振動能級躍遷時吸收特定波長的紅外光而產生的,只有引起分子偶極矩變化的振動才能產生紅外吸收。紅外吸收光譜主要用于結構分析、定性鑒別及定量分析。
  分子中各種對稱與不對稱的伸縮振動、彎曲振動
  紅外圖譜中吸收峰與對應的分子振動
  紅外光譜研究的大致順序:
  紅外輻射-引起材料的分子振動能級躍遷-產生紅外光譜-分析光譜中的官能團-得出分子結構。
  傅立葉變換紅外(FT-IR)光譜儀工作過程
  傅立葉變換紅外(FT-IR)光譜儀是根據光的相干性原理設計的,因此是一種干涉型光譜儀,它主要由光源,干涉儀,檢測器,計算機和記錄系統組成。大多數傅立葉變換紅外光譜儀使用了邁克爾遜(Michelson)干涉儀,這是光譜儀中的核心部件,而實驗測量的原始光譜圖是也是光源的干涉圖,然后再通過計算機對干涉圖進行快速傅立葉變換計算,從而得到以波長或波數為函數的光譜圖。


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