记得早前有个人问了我这样一个问题：你知道红外光谱仪的检测器是什么吗？

想了很久，当时这个问题确实把我难住了。我说我也不知道，同时内心也很是惭愧，一个在实验室里经常打交道的仪器，我却似乎不认识它。所以本期话题我们就来聊一下这个红外光谱仪，和大家再一起好好认识下。

首先，我们说下红外光谱的基本原理。

1、红外吸收光谱的产生原理

当有机分子中某个化学键的振动频率与红外光照射频率（~cm-1）相当时，就会吸收光能而发生振动能级的跃迁。

跃迁的能级是量子化的（即不连续）。最简单的双原子分子可以用下图表示原子间距离和振动能级的关系。

从ν0振动跃迁至ν1时，所吸收红外光的频率称为基频。这种振动跃迁是被记录下来的主要谱带，也是用于分析化合物结构的基础。

从ν0振动跃迁至ν2时，所吸收红外光的频率称为倍频。倍频谱带在结构分析中一般起辅助的作用。

需要注意的是，并不是所有的分子吸收红外光之后都会显示红外吸收谱带。只有当分子吸收红外光之后，在分子振动能级改变的同时又有分子偶极矩改变时，才能显示出红外吸收谱带即有红外活性。

（注：如果振动时，分子的极化率发生变化，则该振动具有拉曼活性）。

换言之，红外吸收光谱产生的条件：

(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量。

(2)辐射应能使物质分子的偶极矩发生改变。

举个例子：对称分子没有偶极矩，辐射不能引起共振，因此无红外活性，如N2、O2等。

2、红外吸收光谱的特点

红外吸收光谱是由分子振动和转动能级跃迁所引起的,组成化学键或官能团的原子处于不断振动(或转动)的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当。

所以用红外光照射分子时，分子中的化学键或官能团可发生振动（或转动）吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱上将处于不同位置，从而可获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。

红外光谱的横坐标用波长（μm）或波数（cm-1）表示，纵坐标用吸收率（A）或透过率（T）表示。

两者的关系为A=lg（1/T），吸收越强，透过率越小，峰谷越深。

我们通常可将红外光谱划分为三个区域：近红外区、中红外区和远红外区。

近红外光谱是由分子的倍频、合频产生的；

中红外光谱属于分子的基频振动光谱；

远红外光谱则属于分子的转动光谱和某些基团的振动光谱。

分子的转动能级差比较小，所吸收的光频率低，波长很长，所以分子的纯转动能谱出现在远红外区。

振动能级差比转动能级差要大很多，分子振动能级跃迁所吸收的光频率要高一些，分子的纯振动能谱一般出现在中红外区。

由于绝大多数有机物的基频吸收带都出现在中红外区，因此中近红外光谱仪红外区是研究和应用最多的区域，仪器技术最为成熟。通常所说的红外光谱即指中红外光谱。

另外补充一下，振动可分为伸缩振动和弯曲振动

伸缩振动——原子沿着原子间键轴进行伸缩振动，使键长发生变化。

弯曲振动——原子做偏离键轴的弯曲振动，使键角大小发生变化。

红外吸收光谱主要用于定性分析分子中的官能团，也可以用于定量分析（较少使用，尤其是多组分时定量分析存在困难）。红外光谱对样品的适用性相当广泛，固态、液态或气态样品都能应用，无机、有机、高分子化合物都可检测。

通常将中红外光谱图大体上分为特征频率区（~cm-1）以及指纹区（1~cm-1）两个区域。

其中：

特征频率区中的吸收峰基本是由基团的伸缩振动产生，数目不是很多，但具有很强的特征性，因此在基团鉴定工作上很有价值，主要用于鉴定官能团。

指纹区中的吸收峰是由多原子体系的单键伸缩和弯曲振动所引起，并且与整个分子的结构密切相关，因此对鉴定化合物起着重要的辅助作用。

红外光谱法鉴定物质通常采用比较法，即与标准物质对照和查阅标准谱的方法，但是该方法要求有标准物质或标准图谱。

大多数化合物的红外谱图是复杂的，即便是有经验的专家，也不能保证从一张孤立的红外谱图上得到全部分子结构信息，如果需要确定分子结构信息，还需要借助其他的分析测试手段，如核磁、质谱、紫外光谱等。

再来说说红外的仪器结构。

红外分光光度计分为色散型和傅里叶变换型两种。

1、色散型红外分光光度计主要由光源、单色器（通常为光栅）、样品室、检测器、记录仪、控制和数据处理系统组成。以光栅为色散元件的红外分光光度计，以波数为线性刻度；以棱镜为色散元件的红外分光光度计，以波长为线性刻度。

波数与波长的换算关系如下：

2、傅里叶变换型红外光谱仪（简称FT-IR）由光源、单色器（迈克尔逊干涉仪）、样品室、检测器和数据处理系统组成，由干涉图变为红外光谱需经快速傅里叶变换。

由于FTIR分辨率高、波数精度高、灵敏度高、扫描速度快、光谱范围宽，且具有多种智能处理能力，该类型仪器现已成为最常用的红外光谱仪。

FT-IR的光源：一般是由能够发射高强度连续红外波长的物体提供，常用的有电加热的Nernst灯及硅碳棒或炽热镍铬丝圈。

FTIR的单色器：是迈克尔逊干涉仪，它是FTIR的核心部件。如下图所示，主要由定镜M1、动镜M2和分束器BS所组成。

单色器的功能是把通过样品槽和参比槽后进入入射狭缝的复色光变成“单色光”射到检测器上。

色散原件为光栅或棱镜。由于棱镜大多为盐类（如LiF、CaF、NaCl、KCl）材料，易受水汽浸蚀，所以仪器放置需要有严格的干燥条件，室内的温湿度要进行控制。

样品室：一般情况下，不同厂家红外光谱仪的样品室放置样品处都有一个标准插口，但可根据标准插口制作各种样品支架，以满足不同样品制备方法的需要。为减少水蒸气对样品测定时的干扰和保护仪器元件，应在样品室内放置硅胶或分子筛等干燥剂，以保持样品室的干燥。

检测器：红外的检测器负责接受由单色光器入射来的红外光。常见的红外光谱检测器有热电偶式，电阻式和高莱池等三种。

接着说下仪器的使用

1、仪器校正

仪器使用前需用用聚苯乙烯薄膜校正仪器，绘制其光谱图，用、、、、cm-1处的吸收峰对仪器的波数进行校正。

傅里叶变换红外光谱仪要求：

在cm-1附近的波数误差应不大于±5nm，在cm-1附近的波数误差应不大于±1nm。

在cm-1附近的波数重复性一般不大于2.5cm-1，在cm-1附近的波数重复性一般不大于0.5cm-1。

用聚苯乙烯薄膜校正时，仪器的分辨率要求在~cm-1范围内应能清晰地分辨出7个峰，峰cm-1与谷cm-1之间的分辨深度不小于18%透光率，峰cm-1与谷cm-1之间的分辨深度不小于12%透光率。仪器的标称分辨率，除另有规定外，应不低于2。

2、压片方法

用来测试红外光谱的容器一定要对红外线透明，一般选用氯化钠和溴化钾等盐晶，所以不能用水溶液或含水样品。试样进行红外测试时常使用下列几种方法进行处理：

薄膜法：液体试样以膜状形态夹在盐晶片之间；也可以在盐晶片间再放入池片（即压片），则液膜厚度可由夹片来控制。

溴化钾压片法：固体试样放入溴化钾晶体中磨细混匀，移入模具中，抽真空后压成透明薄片。

石蜡糊法：固体试样加入适量石蜡油后，磨细成糊状，夹在两块盐晶片之间成薄膜。

溶液法：试样溶于有机溶剂中（1%~10%浓度），将溶液放入盐晶制成的容器内进行测试。选用溶剂时需注意溶剂吸收峰的干扰位置。

衰减全反射（ATR）法：固体样品均匀地铺展在衰减全反射附件的晶体上，使其紧密接触，录制衰减全反射光谱图。本法适用于纤维和高分子聚合物等难粉碎的样品。

最后再提下注意事项

测定时实验室的温度应控制在15～30℃，相对湿度应在65%以下。因要严格控制室内的相对湿度，因此红外实验室的面积建议不要太大，且室内要有除湿装置。

测定时实验室里要注意适当通风换气，避免积聚过量的二氧化碳、水蒸气或有机溶剂蒸汽。因此实验室里的人数应尽量少，且房间内不放无关物品。

为防止仪器受潮而影响使用寿命，红外实验室应经常保持干燥，即使仪器不用，也建议每周开机，同时开除湿机除湿，特别是霉雨季节。

如供试品为盐酸盐，因考虑到在压片过程中可能出现的离子交换现象，标准规定用氯化钾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，如二者没有区别，则可使用溴化钾进行压片。

制样过程中，样品的浓度要适当，一般要保证制成的样品红外光谱图最强吸收峰的透光率应在5%~20%之间。压片法时取用的供试品量一般为1～2mg，由于每种样品的对红外光的吸收程度不一致，故常凭经验取用。

压片时一般片子厚度应在0.5mm以下，厚度大于0.5mm时，常可在光谱上观察到干涉条纹，对供试品光谱产生干扰。

研磨所用的应为玛瑙研钵，因玻璃研钵内表面比较粗糙，易粘附样品。研磨时应按同一方向均匀用力，如不按同一方向研磨，有可能在研磨过程中使供试品产生转晶，从而影响测定结果。

压片用模具用后应立即把各部分擦干净，必要时用水清洗干净并擦干，置干燥器中保存，以免锈蚀。

常见的外界干扰因素，如大气吸收及溶剂蒸汽。

二氧化碳cm-1附近，cm-1附近。

水蒸气~cm-1，~cm-1。