傅立葉變換紅外（FTIR）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（硅碳棒，高壓汞燈），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，因此實(shí)驗測量的原始光譜圖是光源的干涉圖，然后通過(guò)計算機對干涉圖進(jìn)行快速傅立葉變換計算，從而得到以波長(cháng)或波數為函數的光譜圖，因此，譜圖稱(chēng)為傅立葉變換紅外光譜，儀器稱(chēng)為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

傅立葉變換紅外光譜儀的應用

以下是分別介紹傅立葉變換紅外光譜儀在各個(gè)方面的應用。

4.1　在臨床醫學(xué)和藥學(xué)方面的應用[4]

鑒于每個(gè)化合物都有自己*的紅外光譜, 除特殊情況外, 目前尚未發(fā)現兩種不同的化合物具有相同的紅外光譜, 所以紅外光譜為藥品質(zhì)量的監測提供了快速準確的方法。如藥材天麻、阿膠, 西藥紅霉素、環(huán)磷酰胺的監測和抗肝炎藥聯(lián)笨雙酯同質(zhì)異晶體的研究。

傅立葉變換紅外光譜儀在臨床疾病檢測方面也有廣泛的應用, 如利用紅外光譜法對冠心病、動(dòng)脈硬化、糖尿病、癌癥的檢測。紅外光譜法測定蛋白質(zhì)基體中的葡萄糖含量。以及用FT-Raman 光譜在700～1900cm- 1處的差異, 對胃、牙齒、血管、肝等人體組織的研究可用于體內診斷。

惡性腫瘤是一種嚴重危害人類(lèi)身心健康并消耗大量醫療衛生資源的疾病, 由于目前缺乏有效的對晚期癌癥的治療手段, 腫瘤的早期診斷對延長(cháng)患者的生存時(shí)間和提高生活質(zhì)量具有重要的意義。傅里葉變換紅外光譜可以提供有關(guān)分子結構和變化的多種信息, 能在分子水平對細胞組織的改變做出反映, 是行之有效的腫瘤早期檢測的手段, 較傳統的腫瘤手段而言, 具有快速, 準確, 客觀(guān)等特點(diǎn)；甚至可以通過(guò)光纖附件, 實(shí)現腫瘤的原位、在體、實(shí)時(shí)檢測和診斷。通過(guò)胃癌組織與正常組織的FTIR譜圖[5]比較, 可以發(fā)現胃癌組織具有特征性的光譜。如圖5所示。胃癌細胞株FTIR檢測結果如圖6所示，與胃癌組織光譜圖比較，光譜特征存在差異。

圖5 胃癌組織與正常組織的FTIR譜

圖6 胃癌細胞株FTIR檢測結果

4.2　在化學(xué)、化工方面的應用

在該方面的應用又可分為表面化學(xué)、催化化學(xué)和石油化學(xué)方面的應用。

4.2.1　在表面化學(xué)研究中的應用

紅外光譜技術(shù)在表面化學(xué)研究中的應用具有兩個(gè)鮮明特征:

(1) 繼續不斷地開(kāi)發(fā)表面與薄膜的原位和實(shí)時(shí)紅外分析技術(shù)。根據報道已有一種適用于原位和同時(shí)紅外分析的FT-IR擴散反射室。

(2) 以紅外吸附光譜( IRAS) , ATR FT-IR 和IR反射光譜為代表的紅外光譜技術(shù)廣泛地應用于研究自組織膜和L- B膜。如應用IR反射光譜研究薄膜, 測定組織薄膜的厚度、成分和結構。

4.2.2　在催化化學(xué)研究中的應用

(1) 擴散反射紅外光譜傅立葉變換光譜(DR IFTS) 的應用報道特別突出, 其次是IRAS。DR IFTS用于監控催化劑表面吸附化合物的分解動(dòng)力學(xué)。IRAS的典型應用實(shí)例包括研究CO在Pd催化劑表面的氧化反應動(dòng)力學(xué), 以及研究NO和CO在Pd和Pd-SiO2 表面的共吸附現象。

(2) 原位紅外光譜技術(shù)除了依然應用普通的原位紅外光譜技術(shù)研究催化反應過(guò)程外, 還應用于原位反射/吸附紅外光譜研究催化劑表面的點(diǎn)位阻塞效應。另外產(chǎn)生了大量新的與原位紅外光譜技術(shù)相配合的附件裝置。

4.2.3　在石油化學(xué)研究中的應用

傅立葉變換紅外光譜儀在石油化學(xué)中的應用是一個(gè)十分廣泛的領(lǐng)域, 如在重油的組成、性質(zhì)與加工方面,應用IR表面自硅膠色譜得到的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。紅外光譜儀在潤滑油及其應用方面的進(jìn)展體現在: 用于鑒別未知油品和標定潤滑油的經(jīng)典物理性質(zhì)(如粘度、總酸值、總堿值) ; 被納入以設備狀態(tài)監測為目的的油液分析計劃, 用于表征在用油液的降解和污染程度; 油潤滑表面摩擦化學(xué)過(guò)程及產(chǎn)物的原位監測與表征。

紅外光譜儀應用于輕質(zhì)油品生產(chǎn)控制和性質(zhì)分析方面的主要進(jìn)展包括: 應用紅外光譜預測汽油的辛烷值, 應用IR 測定汽油中含氧化合物的含量。此外, 還應用ATR FT - IR與GC聯(lián)用測定汽油中的芳烴的含量[6]。

4.3　在環(huán)境分析中的應用

用氣相色譜- 傅立葉變換紅外聯(lián)用技術(shù)測定水中的污染物[7], 結合了毛細管氣相色譜的高分辨能力和傅立葉變換紅外光譜快速掃描的特點(diǎn), 對GC - MS不能鑒別的異構體, 提供了完整的分子結構信息, 有利于化合物官能團的判定。K1A1Krok等報道了氣相色譜/紅外光譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在環(huán)境分析中的應用。運用傅立葉變換紅外遙感技術(shù), 可以測定工業(yè)大氣空間的特性。由于控制汽油質(zhì)量與保護環(huán)境密切相關(guān), 應用美國HP GC / IRP /MS測定汽油中的甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2 -丁醇、異丁醇、特丁醇、苯、甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯等, 其準確度為1%, 相對偏差為0.155%。應用傅立葉變換紅外法可以定量分析氣態(tài)烴類(lèi)混和物, 對于測定水中的石油烴類(lèi), 非色散紅外法已成為我國環(huán)境監測的標準方法[8]。

4.4  在半導體和超導材料等方面的應用[9]

在此方面的應用主要有: 分析鈾原子與CO和CO2 反應產(chǎn)物的基體紅外光譜, 研究了鈾- 釷- 鎳- 錫變性錳鋁銅強磁性合金的遠紅外性質(zhì)。分析C60填料籠形包含物的紅外和拉曼光譜。用反射傅立葉變換紅外顯微光譜法測定有機富油頁(yè)巖中海藻化石。

此外, 傅立葉變換紅外光譜儀在其傳統領(lǐng)域———物質(zhì)結構分析、熱力學(xué)狀態(tài)分析、熱/動(dòng)力學(xué)過(guò)程分析與表征也有著(zhù)不同程度的進(jìn)展。

5 全文總結

     由于傅立葉變換紅外光譜儀應用的廣泛性，得到了許多科技工作者以及各國廠(chǎng)家的關(guān)注及推崇。近年來(lái)他們對其光源、干涉儀、檢測器及數據處理等各系統進(jìn)行了大量的研究和改進(jìn), 使之日趨完善。如儀器精密度的提高, 紅外光譜儀在分辨率和掃描速度等方面達到了很高的指標。紅外光譜儀的調整、控制、測試及結果的分析大部分由計算機完成。雖然相對于之前的紅外光譜儀而言，傅立葉紅外變換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 樣品制作比較麻煩，并且會(huì )破壞樣品原本形態(tài)或表面污染。因此就不能應用在一些如對珠寶，鉆石，紙幣，郵票，筆跡等的真偽鑒定上了。

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

⑵ 紅外光譜的定性分析時(shí)要將測得的圖譜與已知樣品圖譜或標準圖譜進(jìn)行對比，而同一化合物在不同狀態(tài)，不同溶劑中都會(huì )顯出不同的光譜，此外，濃度、溫度、樣品純度、儀器的分辨率等因素對分析結果也有影響。因此紅外光譜的解析十分的復雜，并且工作量十分的大。

隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，紅外光譜定性分析實(shí)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，因為新合成的化合物越來(lái)越多，建立圖譜庫的工作量越來(lái)越大。

現在人們開(kāi)始研究一種稱(chēng)之為輔助紅外光譜解析的方法，這是一種人工智能技術(shù)，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(jìn)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(lái)，會(huì )開(kāi)發(fā)出在解析化學(xué)結構方面具有完善功能的計算機人工智能系統。

    能譜科技作為*的紅外光譜儀制造商，生產(chǎn)的ican9傅立葉紅外光譜儀具有先進(jìn)的紅外光源系統、穩定的光學(xué)系統、高性能的電子系統、人性化的操作系統、*的防潮處理、豐富的擴展性等特點(diǎn)廣泛應用于醫藥、化工、高校、環(huán)保等領(lǐng)域，得到了廣大用戶(hù)的好評。使用iCAN9傅里葉變換紅外光譜儀，搭載*的ATR附件，輕松滿(mǎn)足新版藥典要求，檢測二甲基硅油，我們的產(chǎn)品可以成為企業(yè)實(shí)驗室的得力幫手。