探析FT-IR技术的特点与应用

近几十年以来FT-IR技术发展迅速，产品更新速度很快，世界上很多生产FT-IR仪器的大公司几乎3-5年就会推出新型号产品。图1-2-1为色散型光谱仪的结构示意图。由于其必须要使用光栅，使得仪器的光通量小；分辨率低、信噪比差，现在已经属于被淘汰的产品，其基本原理本书不再仔细描述，相比之下FT-IR的特点可以简单归纳为：

图1-3-1　色散型光谱仪结构示意图

高分辨率：色散型仪器的分辨率取决于分光后狭缝截取的波段宽度，狭缝越小截取的波段越窄，分辨率越高，但必然会降低光通量，但仪器的噪音并不会降低，会大大降低仪器的灵敏度，因此色散型仪器分辨率通常只能达到0.1cm-1。而FT-IR光谱仪的分辨率大小取决于干涉图采样数据点的多少，直接和干涉仪动镜可移动距离远近相关，在现实工况环境中可根据需要选择不同的仪器档次，一般认为最高可以分辨率可达0.0026cm-1。

高光通量：也被称为Jacquinot优点，指相对于色散型仪器来说，FT-IR光谱仪不需要狭缝式光栏，除了由于反射导致的极少的光能量损失，光可全部通过光孔，光通量很大。也就是在同等条件下FT-IR光谱仪的检测器上接收的信号强度更大，通常比色散型仪器大很多倍，这无疑更有利于光谱检测。(www.xing528.com)

高信噪比：在FT-IR光谱仪中各种频率的光同时落到检测器上，无需分光测量，可一次获得完整的光谱，且速度很快，而在色散型仪器中，入射的复色光用单色器色散为不同频率的分辨单元。需用光栏狭缝滤掉绝大部分色散后的单色光，仅让某一频率的单色光通过，为了能测定全光谱，只好顺序多次测定每个从单色器色散后通过狭缝的单色光，因此测量周期很长，从理论上来讲在其他仪器条件相同的情况下，FT-IR仪器的信噪比是色散型仪器的倍，其中m是指分辨所需要的分辨单元数。

高检测灵敏度：从结构上来讲，色散型仪器中涉及大量的机械部件移动，而FT-IR仪器中动镜通常是在无摩擦的空气轴承上移动，其运动速度是由非常稳定的He-Ne激光干涉系统监控，因此其仪器精准度、准确度和灵敏度都很高；进一步地FT-IR仪器借助计算机完成计算和数据处理、输出以及绘图显示，其读数、绘图误差几乎可以忽略不计，对实际所得的光谱可以采用各种数据处理技术加以改进（比如可以利用高速检测特性，采用多次重复测量，然后利用软件建模的方法提高精度），因此具有更高的检测灵敏度。

高检测速度：实际上前面所提到的特性都有利于提高FT-IR仪器的检测速度。它一次即可测得完整的光谱，速度通常为秒级，对动镜移动方式、数据采集方式、数据处理等进行过专门设置的专用快速红外线分析仪最快可以达到毫秒级。

测量波段宽，全波段内分辨率一致：虽然从产品的角度上来讲，由于干涉仪等元件的原理不同，在现实中并不存在包含几乎全部波长范围的紫外、可见、近、中、远红外的仪器产品（现实环境中也不需要）。但FT-IR仪器采用的是以干涉法采集数据，以数字形式存储运算，从理论上来讲无须调节即能做到全波段分辨率一致。因此通过改换光源、分束器、检测器的方法，在同一台FT-IR光谱仪上可以实现多波段测量。