核心原理：紅外光譜學(xué)與傅立葉變換的協(xié)同機(jī)制

傅立葉紅外光譜儀（FT-IR）源于紅外光譜學(xué)與傅立葉變換數(shù)學(xué)理論的深度融合，二者共同構(gòu)成了儀器分析的基礎(chǔ)框架。紅外光譜學(xué)聚焦于物質(zhì)在紅外光區(qū)域（波長范圍約 0.75-1000 微米）的光物理特性，包括對紅外光的吸收、發(fā)射及散射行為。其核心原理在于：分子的振動與轉(zhuǎn)動運(yùn)動對應(yīng)特定的能量能級，當(dāng)紅外光的光子能量與這些能級差匹配時，分子會選擇性吸收相應(yīng)波長的紅外光。由于吸收波長直接關(guān)聯(lián)分子內(nèi)部化學(xué)鍵的振動頻率（如 C-H、C=O、O-H 等鍵的伸縮或彎曲振動），紅外光譜因此成為解析分子結(jié)構(gòu)、識別官能團(tuán)的 “分子指紋" 技術(shù)。

傅立葉變換作為關(guān)鍵數(shù)學(xué)工具，實(shí)現(xiàn)了信號從時間域（或空間域）到頻率域的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。在 FT-IR 中，干涉儀首先生成隨時間（或光程差）變化的干涉圖（時間域信號），該圖案包含樣品對所有波長紅外光的吸收信息；通過傅立葉變換，干涉圖被轉(zhuǎn)換為以波數(shù)（cm?1）為橫坐標(biāo)的紅外光譜圖（頻率域信號）。這一過程不僅大幅提升了光譜的分辨率（可達(dá) 0.1cm?1）和信噪比，還將傳統(tǒng)色散型紅外的掃描時間從分鐘級縮短至秒級，為快速分析奠定了基礎(chǔ)。

精密構(gòu)造：各核心部件的功能與協(xié)同

傅立葉紅外光譜儀的構(gòu)造體現(xiàn)了光學(xué)設(shè)計(jì)與精密機(jī)械的結(jié)合，主要由五大核心模塊組成，各部件協(xié)同工作以實(shí)現(xiàn)高效光譜檢測：

紅外光源：穩(wěn)定輻射的能量源

光源的核心作用是提供覆蓋紅外區(qū)域的連續(xù)、穩(wěn)定輻射。常見類型包

硅碳棒：適用于中紅外區(qū)（4000-400cm?1），輻射強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好；鎢絲燈：主要用于近紅外區(qū)（12500-4000cm?1）；

量子級聯(lián)激光器（QCL）：新型光源，具有單色性好、功率高的特點(diǎn)，適用于特定波段的高靈敏度檢測。

光源的選擇需根據(jù)目標(biāo)分析波段和檢測靈敏度需求確定。
干涉儀：光譜信號的 “編碼器"

干涉儀是 FT-IR 的核心部件，其功能是將光源發(fā)出的多色光轉(zhuǎn)換為干涉信號，核心設(shè)計(jì)基于光的相干性原理。常用的邁克爾遜干涉儀由定鏡、動鏡、分束器組成：

分束器將入射光分為兩束，分別射向定鏡和動鏡；

動鏡移動產(chǎn)生光程差，兩束反射光匯合后形成干涉圖（包含所有波長的疊加信息）。

干涉儀的精度直接影響光譜分辨率，動鏡的移動精度需控制在納米級，以確保光程差的準(zhǔn)確測量。

樣品室：適配多樣形態(tài)的檢測空間

樣品室的設(shè)計(jì)需滿足不同狀態(tài)樣品（固體、液體、氣體）的測試需求，同時避免環(huán)境干擾。其關(guān)鍵特性包括：

兼容性：配備固體壓片（KBr 壓片法）、液體池（窗片材質(zhì)為 KBr 或 CaF?）、氣體池（可加熱或抽真空）等樣品夾具；

環(huán)境控制：部分儀器可集成溫度（-196℃至高溫）、壓力調(diào)控模塊，用于研究樣品特殊條件下的結(jié)構(gòu)變化；

光路優(yōu)化：確保紅外光均勻照射樣品，減少散射損失。

檢測器：光信號到電信號的轉(zhuǎn)換器

檢測器負(fù)責(zé)將干涉光信號轉(zhuǎn)換為可測量的電信號，其靈敏度和響應(yīng)速度直接影響檢測下限。常見類型有：

熱釋電檢測器（如 DTGS）：適用于中紅外區(qū)，成本低，穩(wěn)定性好；

碲鎘汞檢測器（MCT）：需液氮制冷，靈敏度比 DTGS 高 1-2 個數(shù)量級，適用于微量分析；

光電導(dǎo)檢測器：對近紅外區(qū)響應(yīng)優(yōu)異，常用于高分子材料分析。

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：智能分析的中樞

該系統(tǒng)承擔(dān)儀器控制與數(shù)據(jù)解析的雙重職能：

儀器控制：精準(zhǔn)調(diào)節(jié)掃描參數(shù)（如分辨率、掃描次數(shù)、光程差范圍），確保測試重復(fù)性；

數(shù)據(jù)處理：自動完成傅里葉變換、基線校正、峰位標(biāo)注等，并集成譜庫檢索功能（如 NIST、SDBS 數(shù)據(jù)庫）；

高級分析：支持多組分定量分析、二維相關(guān)光譜等復(fù)雜算法，為科研提供深度數(shù)據(jù)支持。

傅立葉紅外光譜儀的發(fā)展始終圍繞 “更高分辨率、更高靈敏度、更廣適用性" 的目標(biāo)，未來結(jié)合人工智能與聯(lián)用技術(shù)（如 GC-FTIR、顯微鏡紅外），其在精準(zhǔn)分析與現(xiàn)場檢測中的作用將進(jìn)一步凸顯。