ftir红外光谱原理及图谱解析（化工环境安全之傅里叶变换光谱技术）

ftir红外光谱原理及图谱解析（化工环境安全之傅里叶变换光谱技术）①测量速度快——动镜扫描一次需要1s，也就是1s内即可完成所设定光谱范围的扫描，计算机可及时得到FTIR光谱图。FTIR技术特点我国是从20世纪70年代开始从国外引进傅里叶变换红外光谱仪的。进入80年代，国内开始大批量引进FTIR光谱仪。国内最早在天津有生产双光束红外的厂家，到2004年为止，我国FTIR光谱仪的保有量已经达到3000台左右。FTIR光谱仪遍布我国高等院校、科研机构、厂矿企业和各个分析测试部门，在教学、科研和分析测试中发挥着越来越重要的作用。FTIR原理傅里叶变换红外光谱技术是利用干涉仪产生干涉波，照射至样品后，再由电脑转换成红外光谱，可对所测样品进行定量和定性的分析，最终得到透过率或吸光度随波数或波长的红外吸收光谱图。

FTIR技术介绍及其发展

傅里叶变换光谱技术（FTIR）是基于对干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而发展的，因其在定性、定量分析中有着卓越的能力，其很强的鉴别能力、精确的测定结果和快速响应等方面的优点，现在在环境监测中已经得到了广泛的应用。

FTIR技术分为被动FTIR技术和主动FTIR技术。被动FTIR技术，不需要额外的人工红外源，以自然环境为背景，捕获待测物与背景之间的温差，测量待测物吸收或反射，从而达到数据分析的目的。被动FTIR具有较强的任意方向收集数据的能力，所以在实际的应用中比主动式遥感FITR具有更强的实用性和方便性，在近十几年的发展中成为一门重要的遥感分析手段。

FTIR技术的研究早在19世纪的后期就开始，而红外光谱仪的研究则追朔到20世纪初期中期。1918年Sleator和Randall研制出高分辨率仪器。直至290世纪40年代光谱工作者才开始研究双光束红外光谱仪，1944年诞生了世界第一台红外光谱仪，1950年开始商业化生产名为Perkin-Elmer21的双光束红外光谱仪，其色散元件为氯化钠晶体制成的棱镜。与单光束光谱仪相比，光谱工作者操作双光束光谱不需要经专门的训练就可以获得很好的光谱圈，因此很快在市场上畅销成为第一代红外光谱仪。但是由于棱镜分光的红外光谱仪的氯化钠晶体等色散元件的折射率随环境的温度变化而变化，所以存在分辨率低、测量波长范围窄、实验结果再现性差等缺点。20世纪60年底，光栅分光红外光谱仪问世，其测量波长范围、分辨率等方面的性能优于第一代。但是仍然存在光栅分光在红外区段分出的光能量仍很低，测量速度比较慢，光谱质量较差等不足。随着计算机技术的发展，20世纪70年代第三代红外光谱仪——干涉分光傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）诞生了。它无分光系统，一次扫描可得全范围的光谱，因此具有高通光，测量快速灵敏，分辨率高，信噪比高等优点。从20世纪70年代至今，傅里叶变换红外光谱技术发展非常迅速，FTIR光谱仪的更新换代很快。现在世界上许多生产FTIR光谱仪的公司，每3～5年就推出新型号FTIR光谱仪。

我国是从20世纪70年代开始从国外引进傅里叶变换红外光谱仪的。进入80年代，国内开始大批量引进FTIR光谱仪。国内最早在天津有生产双光束红外的厂家，到2004年为止，我国FTIR光谱仪的保有量已经达到3000台左右。FTIR光谱仪遍布我国高等院校、科研机构、厂矿企业和各个分析测试部门，在教学、科研和分析测试中发挥着越来越重要的作用。

FTIR原理

傅里叶变换红外光谱技术是利用干涉仪产生干涉波，照射至样品后，再由电脑转换成红外光谱，可对所测样品进行定量和定性的分析，最终得到透过率或吸光度随波数或波长的红外吸收光谱图。

FTIR技术特点

①测量速度快——动镜扫描一次需要1s，也就是1s内即可完成所设定光谱范围的扫描，计算机可及时得到FTIR光谱图。

②信噪比好——傅里叶变换红外光谱仪所用的光学元件少，没有光栅或棱镜分光器，降低了光的损耗，而且通过干涉进一步增加了光的信号，因此到达检测器的辐射强度大，信噪比高。

③重现性好——傅里叶变换红外光谱仪采用的傅里叶变换对光的信号进行处理，避免了电机驱动光栅分光时带来的误差，所以重现性比较好。

④测量范围宽——许多FTIR光谱仪只要更换适合的分光束、光源、检测器，即可测近、中、远整个红外区的光谱。

FTIR的应用

傅里叶变换红外光谱技术是近年来迅速发展的一门综合性探测技术，已广泛应用于污染源气体排放、突发性大气污染事故的机动应急监测。

目前在国内，FTIR技术的研究结合小波变换、神经网络、模式识别、化学计量法等先进的处理手段，对包含目标特征峰的复杂光谱进行分析，提取特定目标物的光谱特征峰，并进行智能模式识别。如基于FIRT技术对多组分污染气体监测技术进行的探究，它是根据不同气体在红外光谱中有着不同的特征峰这个特点对多组分污染气体进行定性定量监测。当红外光源经过Michelson干涉仪形成干涉图后，干涉图经过样品池，采集到的信号由红外检测器获得，红外检测器得到的干涉信息进过傅里叶逆变化处理后得到各波长红外光被样品吸收后的光强，经过扣除背景后的干涉图信息得到各波长红外光光强所形成的红外光谱，当多组分污染气体经过傅里叶变换红外光谱仪后，经过FFT得到多组分污染气体的光谱图，设计相应的算法，对光谱图进行定性和定量的监测，最后显示在终端上或是通过无线传输显示在基站服务器上。

在国外，许多发达国家已经对这一技术进行了深入的研究，设计出很多有毒有害气体遥感监测，用于环境污染物监测与军事领域。美国化学生物中心以C-47运输机作为平台，利用傅里叶变换红外光谱仪，进行了对地面乙醇和氨气挥发性气体的探测实验；美国BLOCK公司利用自己研制的傅里叶红外光谱仪对发电厂附近的SF6进行监测；加拿大自上世纪90年代也开展基于FTIR遥感技术的有毒有害气体监测系统的研制，于1999年研制成功的CATSI，采用的是双光束差分的干涉仪技术，这种结构将两条光路同时进入探测器并相互干涉，这样可以直接得到扣除背景信息的光谱。