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傅立叶变换紅外光譜儀的应用
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天津市能譜科技有限公司

时间: 2017-12-04 浏览量: 5308

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    傅立叶变换红外(FTIR)光谱仪是根据光的相干性原理设计的,因此是一种干涉型光谱仪,它主要由光源(硅碳棒,高压汞灯),干涉仪,检测器,计算机和记录系统组成,大多数傅立叶变换紅外光譜儀使用了邁克爾遜(Michelson)幹涉儀,因此實驗測量的原始光譜圖是光源的幹涉圖,然後通過計算機對幹涉圖進行快速傅立葉變換計算,從而得到以波長或波數爲函數的光譜圖,因此,譜圖稱爲傅立葉變換紅外光譜,儀器稱爲傅立葉變換紅外光譜儀

Infrared spectroscopy is an effective method to identify substance and analyze the structures of molecular. Fourier transform infrared (FTIR) spectrometers developed in the seventies are a typical representative of the third generation of infrared spectroscopy. They are a kind of interference-type spectrometers which were designed based on the principle of coherent light, with excellent features and perfect functions. And they haven’t only been used widely but also have extensive prospects. In this paper, the basic principles of Fourier transform infrared spectrometer are described briefly. The main features of FT-IR were summed up as well as its application in various fields, and some basic opinions of developmental direction as far as FTIR were put forward.

Key words: Fourier transform infrared spectrometer; Basic principles; Application; Development

傅立叶变换紅外光譜儀的应用

以下是分别介绍傅立叶变换紅外光譜儀在各个方面的应用。

4.1 在臨床醫學和藥學方面的應用[4]

鉴于每个化合物都有自己独特的红外光谱, 除特殊情况外, 目前尚未发现两种不同的化合物具有相同的红外光谱, 所以红外光谱为药品质量的监测提供了快速准确的方法。如药材天麻、阿胶, 西药红霉素、环磷酰胺的监测和抗肝炎药联笨双酯同质异晶体的研究。

傅立叶变换紅外光譜儀在临床疾病检测方面也有广泛的应用, 如利用紅外光譜法对冠心病、动脉硬化、糖尿病、癌症的检测。紅外光譜法测定蛋白质基体中的葡萄糖含量。以及用FT-Raman 光谱在700~1900cm- 1处的差异, 对胃、牙齿、血管、肝等人体组织的研究可用于体内诊断。

恶性肿瘤是一种严重危害人类身心健康并消耗大量医疗卫生资源的疾病, 由于目前缺乏有效的对晚期癌症的治疗手段, 肿瘤的早期诊断对延长患者的生存时间和提高生活质量具有重要的意义。傅里叶变换红外光谱可以提供有关分子结构和变化的多种信息, 能在分子水平对细胞组织的改变做出反映, 是行之有效的肿瘤早期检测的手段, 较传统的肿瘤手段而言, 具有快速, 准确, 客观等特点;甚至可以通过光纤附件, 实现肿瘤的原位、在体、实时检测和诊断。通过胃癌组织与正常组织的FTIR谱图[5]比较, 可以发现胃癌组织具有特征性的光谱。如图5所示。胃癌细胞株FTIR检测结果如图6所示,与胃癌组织光谱图比较,光谱特征存在差异。

 iCAN9傅立叶紅外光譜儀分析光谱图

图5 胃癌组织与正常组织的FTIR谱

 图片2.

图6 胃癌细胞株FTIR检测结果

4.2 在化學、化工方面的應用

在該方面的應用又可分爲表面化學、催化化學和石油化學方面的應用。

4.2.1 在表面化學研究中的應用

紅外光譜技術在表面化學研究中的應用具有兩個鮮明特征:

(1) 繼續不斷地開發表面與薄膜的原位和實時紅外分析技术。根据报道已有一种适用于原位和同时紅外分析的FT-IR扩散反射室。

(2) 以红外吸附光谱( IRAS) , ATR FT-IR 和IR反射光谱为代表的红外光谱技术广泛地应用于研究自组织膜和L- B膜。如应用IR反射光谱研究薄膜, 测定组织薄膜的厚度、成分和结构。

4.2.2 在催化化學研究中的應用

(1) 扩散反射红外光谱傅立叶变换光谱(DR IFTS) 的应用报道特别突出, 其次是IRAS。DR IFTS用于监控催化剂表面吸附化合物的分解动力学。IRAS的典型应用实例包括研究CO在Pd催化剂表面的氧化反应动力学, 以及研究NO和CO在Pd和Pd-SiO2 表面的共吸附现象。

(2) 原位红外光谱技术除了依然应用普通的原位红外光谱技术研究催化反应过程外, 还应用于原位反射/吸附红外光谱研究催化剂表面的点位阻塞效应。另外产生了大量新的与原位红外光谱技术相配合的附件装置。

4.2.3 在石油化學研究中的應用

傅立叶变换紅外光譜儀在石油化学中的应用是一个十分广泛的领域, 如在重油的组成、性质与加工方面,应用IR表面自硅胶色谱得到的胶质和沥青质。紅外光譜儀在润滑油及其应用方面的进展体现在: 用于鉴别未知油品和标定润滑油的经典物理性质(如粘度、总酸值、总碱值) ; 被纳入以设备状态监测为目的的油液分析计划, 用于表征在用油液的降解和污染程度; 油润滑表面摩擦化学过程及产物的原位监测与表征。

紅外光譜儀应用于轻质油品韩国高清控制和性质分析方面的主要进展包括: 应用红外光谱预测汽油的辛烷值, 应用IR 测定汽油中含氧化合物的含量。此外, 还应用ATR FT - IR与GC联用测定汽油中的芳烃的含量[6]。

4.3 在環境分析中的應用

用气相色谱- 傅立叶变换红外联用技术测定水中的污染物[7], 结合了毛细管气相色谱的高分辨能力和傅立叶变换红外光谱快速扫描的特点, 对GC - MS不能鉴别的异构体, 提供了完整的分子结构信息, 有利于化合物官能团的判定。K1A1Krok等报道了气相色谱/红外光谱/质谱联用技术在环境分析中的应用。运用傅立叶变换红外遥感技术, 可以测定工业大气空间的特性。由于控制汽油质量与保护环境密切相关, 应用美国HP GC / IRP /MS测定汽油中的甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2 -丁醇、异丁醇、特丁醇、苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯等, 其准确度为1%, 相对偏差为0.155%。应用傅立叶变换红外法可以定量分析气态烃类混和物, 对于测定水中的石油烃类, 非色散红外法已成为我国环境监测的标准方法[8]。

4.4  在半导体和超导材料等方面的应用[9]

在此方面的应用主要有: 分析铀原子与CO和CO2 反应产物的基体红外光谱, 研究了铀- 钍- 镍- 锡变性锰铝铜强磁性合金的远红外性质。分析C60填料笼形包含物的红外和拉曼光谱。用反射傅立叶变换红外显微光谱法测定有机富油页岩中海藻化石。

此外, 傅立叶变换紅外光譜儀在其传统领域———物质结构分析、热力学状态分析、热/动力学过程分析与表征也有着不同程度的进展。

5 全文总结

     由于傅立叶变换紅外光譜儀应用的广泛性,得到了许多科技工作者以及各国厂家的关注及推崇。近年来他们对其光源、干涉仪、检测器及数据处理等各系统进行了大量的研究和改进, 使之日趋完善。如仪器精密度的提高, 紅外光譜儀在分辨率和扫描速度等方面达到了很高的指标。紅外光譜儀的调整、控制、测试及结果的分析大部分由计算机完成。虽然相对于之前的紅外光譜儀而言,傅立叶红外变换紅外光譜儀有了很大的提高。但其本身也存在不少的缺陷:

⑴ 样品制作比较麻烦,并且会破坏样品原本形态或表面污染。因此就不能应用在一些如对珠宝,钻石,纸币,邮票,笔迹等的真伪鉴定上了。

解決辦法:針對這些缺陷,漫反射傅立葉變換紅外光譜技術和衰減全反射傅立葉變換紅外光譜技術很好的解決了這一問題。

⑵ 红外光谱的定性分析时要将测得的图谱与已知样品图谱或标准图谱进行对比,而同一化合物在不同状态,不同溶剂中都会显出不同的光谱,此外,浓度、温度、样品纯度、仪器的分辨率等因素对分析结果也有影响。因此红外光谱的解析十分的复杂,并且工作量十分的大。

隨著計算機技術的發展,紅外光譜定性分析實現了計算機檢索和輔助光譜分析,但是,這種檢索能力受到存儲數據量的限制,因爲新合成的化合物越來越多,建立圖譜庫的工作量越來越大。

現在人們開始研究一種稱之爲輔助紅外光譜解析的方法,這是一種人工智能技術,它能根據未知物圖譜中吸收帶的特征頻率、強度及形狀等信息,利用計算機進行演繹推理,完成對未知物官能團的分析。目前仍處于研究階段。相信不久的將來,會開發出在解析化學結構方面具有完善功能的計算機人工智能系統。

    能譜科技作为国内先进的紅外光譜儀制造商,韩国高清的ican9傅立叶紅外光譜儀具有先進的紅外光源系統、穩定的光學系統、高性能的電子系統、人性化的操作系統、極強的防潮處理、豐富的擴展性等特點廣泛應用于醫藥、化工、高校、環保等領域,得到了廣大用戶的好評。使用iCAN9傅里叶变换紅外光譜儀,搭載原裝進口的ATR附件,輕松滿足新版藥典要求,檢測二甲基矽油,我們的韩国高清可以成爲企業實驗室的得力幫手。

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