红外光谱仪：从基本原理到应用领域
一、基本原理与仪器构造
红外光谱仪是一种通过检测物质分子对特定波长红外光的吸收特性来分析其结构的仪器。在红外光的照射下，分子中的化学键（如C-H、O-H等）发生振动和转动能级跃迁，吸收特定波长的光，形成具有特征吸收峰的光谱图。其核心组件包括光源、分光系统、样品室、检测器和数据处理系统。
其中，光源负责发射宽谱红外光，如硅碳棒或能斯特灯；分光系统则通过棱镜或光栅分光，或是采用干涉型（如傅里叶变换红外光谱仪FT-IR）通过迈克尔逊干涉仪产生干涉光。样品室用于放置待测的透明固体、液体或气体样品；检测器则将透射或反射的光信号转化为电信号，常用的有半导体探测器或光电二极管。数据处理系统通过傅里叶变换算法将干涉图转换为光谱图。
二、傅里叶变换技术的应用
FT-IR作为一种先进的红外光谱技术，通过干涉仪将光源发出的光分为两束，经过样品的吸收后重新合束形成干涉图。计算机对干涉图进行傅里叶变换，生成高分辨率、高灵敏度的光谱，大大提高了分析效率。
三、红外光谱仪的应用领域
1. 材料科学：表征新材料的化学结构，分析杂质、相变过程及生产一致性，同时测定半导体材料的纯度、缺陷及能带结构。
2. 化学与制药：鉴定有机化合物的官能团，未知物质结构，以及进行药物成分分析和医用材料质量检测。
3. 环境监测：检测大气、水体及土壤中的污染物，如微塑料和有害气体，同时进行工业废放监测。
4. 工业与制造：用于生产过程的质量控制，如原料与产品的一致性分析，以及芯片制造中原料纯度及工艺稳定性的评估。
5. 地质与公共安全：应用于矿石、珠宝鉴定及地质勘探，以及毒品、危化品及物证的鉴定。
6. 生物与医学：在疾病诊断（如伤口愈合监测）及生物分子结构研究方面有着广泛的应用。
四、技术特点总结
红外光谱仪具有非破坏性检测、高灵敏度等优点，可分析固态、液态和气态样品。它也有一些局限性，例如对水敏感（需干燥处理），并且无法分析单原子或同核分子（如O）。尽管如此，红外光谱仪依然是一种强大的分析工具，在多个领域都有着广泛的应用。
