紅外光譜儀

　　紅外光譜儀的發(fā)展歷史

　　到目前為止紅外光譜儀已發(fā)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(duì)溫度、濕度敏感,對(duì)環(huán)境要求苛刻。上世紀(jì)六十年代出現(xiàn)了第二代光柵型色散式紅外光譜儀,采用先進(jìn)的光柵刻制和復(fù)制技術(shù),提高了儀器的分辨率,拓寬了測(cè)量波段,降低了環(huán)境要求。然后在上世紀(jì)七十年代又發(fā)展起來(lái)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(cè)量范圍、高測(cè)量精度、*的分辨率以及極快的測(cè)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(jù)波長(zhǎng)范圍分成近紅外、中紅外和遠(yuǎn)紅外三個(gè)波區(qū)，其中中紅外區(qū)（2.5～25μm；4000～400cm-1）能反映分子內(nèi)部所進(jìn)行的各種物理過程以及分子結(jié)構(gòu)方面的特征，對(duì)解決分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成中的各種問題最為有效，因而中紅外區(qū)是紅外光譜中應(yīng)用*的區(qū)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(dòng)能級(jí)躍遷時(shí)吸收特定波長(zhǎng)的紅外光而產(chǎn)生的，只有引起分子偶極矩變化的振動(dòng)才能產(chǎn)生紅外吸收。紅外吸收光譜主要用于結(jié)構(gòu)分析、定性鑒別及定量分析。

　　分子中各種對(duì)稱與不對(duì)稱的伸縮振動(dòng)、彎曲振動(dòng)

　　紅外圖譜中吸收峰與對(duì)應(yīng)的分子振動(dòng)

　　紅外光譜研究的大致順序：

　　紅外輻射-引起材料的分子振動(dòng)能級(jí)躍遷-產(chǎn)生紅外光譜-分析光譜中的官能團(tuán)-得出分子結(jié)構(gòu)。

　　紅外光譜在寶石鑒定中的應(yīng)用

　　1.鑒定寶玉石種屬

　　2.區(qū)分鉆石的類型

　　3.分析寶石中水分子的存在及類型，并以此鑒別某些合成寶石

　　4.鑒別人工優(yōu)化處理寶玉石

　　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(jù)光的相干性原理設(shè)計(jì)的，因此是一種干涉型光譜儀，它主要由光源，干涉儀，檢測(cè)器，計(jì)算機(jī)和記錄系統(tǒng)組成。大多數(shù)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(shí)驗(yàn)測(cè)量的原始光譜圖是也是光源的干涉圖，然后再通過計(jì)算機(jī)對(duì)干涉圖進(jìn)行快速傅立葉變換計(jì)算，從而得到以波長(zhǎng)或波數(shù)為函數(shù)的光譜圖。

　　傅立葉變換紅外光譜儀結(jié)構(gòu)

　　邁克爾遜（Michelson）干涉儀

　　傅立葉是誰(shuí)？

　　讓·巴普蒂斯·約瑟夫·傅立葉（BaronJeanBaptisteJosephFourier，1768-1830），男爵，法國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)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(dāng)選為科學(xué)院院士，1822年任該院終身秘書，后又任法蘭西學(xué)院終身秘書和理工科大學(xué)校務(wù)委員會(huì)主席。

　　主要貢獻(xiàn)是在研究《熱的傳播》和《熱的分析理論》時(shí)創(chuàng)立了一套數(shù)學(xué)理論，即傅立葉級(jí)數(shù)，對(duì)19世紀(jì)的數(shù)學(xué)和物理學(xué)的發(fā)展都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。而傅里葉變換在物理學(xué)、數(shù)論、組合數(shù)學(xué)、信號(hào)處理、概率、統(tǒng)計(jì)、密碼學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

　　讓·巴普蒂斯·約瑟夫·傅立葉而有關(guān)傅立葉級(jí)數(shù)，傅立葉變換的理論也不詳細(xì)闡述了，簡(jiǎn)而言之，它可以把難以看懂的時(shí)域譜變換成能看懂的頻域譜。

　　傅立葉變換紅外光譜測(cè)量的全過程：光譜儀發(fā)射紅外線通過寶石，在紅外線通過寶石時(shí)，會(huì)引起寶石中分子的振動(dòng)，同時(shí)分子振動(dòng)吸取特定的能量（不同波長(zhǎng)的紅外線），干涉儀測(cè)量出原始的干涉圖，該圖是一種時(shí)域譜,它是一種極其復(fù)雜的譜,難以解釋，最后一步，計(jì)算機(jī)對(duì)該干涉圖進(jìn)行快速傅立葉變換計(jì)算,從而得到以波長(zhǎng)或波數(shù)為函數(shù)的頻域譜,即紅外光譜圖，縱坐標(biāo)為透過率，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)λ（μm）或波數(shù)（cm-1）。因此，譜圖稱為傅立葉變換紅外光譜，儀器稱為傅立葉變換紅外光譜儀。