紅外光譜儀是利用物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外輻射的吸收特性，進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成分析的儀器。紅外色譜儀的結(jié)構(gòu)主要包括了光源、分光系統(tǒng)、樣品池以及檢測(cè)系統(tǒng)四個(gè)部分。

紅外光譜儀的主要結(jié)構(gòu)

　　1、光源

　　紅外光譜儀常用的光源包括鹵鎢燈、發(fā)光二極管以及激光二極管。

　　2、分光系統(tǒng)

　　分光系統(tǒng)是紅外光譜儀的核心器件，其作用是將復(fù)合光轉(zhuǎn)化為單色光。主要的分光類型有濾光片、光柵、干涉儀和聲光調(diào)諧濾光器，分別對(duì)應(yīng)濾光片型紅外光譜儀、色散型紅外光譜儀，傅里葉變換紅外光譜儀和聲光濾光型紅外光譜儀。

　　3、樣品池

　　樣品池指承載樣品的器件。對(duì)于液體樣品，一般使用玻璃或石英樣品池;對(duì)于固體樣品，可使用積分球或漫反射探頭。

　　4、檢測(cè)器

　　紅外光譜儀的檢測(cè)器種類較多，一般短波區(qū)域多采用硅檢測(cè)器，長(zhǎng)波區(qū)域多采用PbS或InGaAs檢測(cè)器。

紅外光譜儀的光源

　　紅外光譜儀測(cè)定紅外吸收光譜，需要能量較小的光源。黑體輻射是Z接近理想光源的連續(xù)輻射。滿足此要求的紅外光源是穩(wěn)定的固體在加熱時(shí)產(chǎn)生的輻射，常見(jiàn)的有如下幾種。

　　能斯特?zé)簦?/strong>

　　能斯特?zé)舻牟牧鲜窍⊥裂趸?，做成圓筒狀(20×2 mm)，兩端為鉑引線。其工作溫度為1200-2200K。此種光源具有很大的電阻負(fù)溫度系數(shù)，需要預(yù)先加熱并設(shè)計(jì)電源電路能控制電流強(qiáng)度，以免燈過(guò)熱損壞。

　　碳化硅棒：

　　尺寸為50×5mm,工作溫度1300-1500K。與能斯特?zé)粝喾?碳化硅棒具有正的電阻溫度系數(shù),電觸點(diǎn)需水冷以防放電。其輻射能量與能斯特?zé)艚咏?但在>2000cm-1區(qū)域能量輸出遠(yuǎn)大于能斯特?zé)簟?/p>

　　白熾線圈：

　　用鎳鉻絲螺旋線圈或銠線做成。工作溫度約1100K。其輻射能量略低于前兩種，但壽命長(zhǎng)。

紅外光譜儀的檢測(cè)器

　　紅外光譜儀常用的紅外檢測(cè)器有熱檢測(cè)器、熱釋電檢測(cè)器和光電導(dǎo)檢測(cè)器三種。前兩種用于色散型儀器中，后兩種在傅立葉變換紅外光譜儀中多見(jiàn)。

　　熱檢測(cè)器：

　　紅外光譜儀熱檢測(cè)器依據(jù)的是輻射的熱效應(yīng)。輻射被一小的黑體吸收后，黑體溫度升高，測(cè)量升高的溫度可檢測(cè)紅外吸收。以熱檢測(cè)器檢測(cè)紅外輻射時(shí)，Z主要的是要防止周圍環(huán)境的熱噪聲。一般使用斬光器使光源輻射斷續(xù)照射樣品池。

　　紅外光譜儀熱檢測(cè)器Z常見(jiàn)的是熱電偶(有時(shí)又稱為高真空熱電偶)。將兩片金屬鉍熔融到另一不同金屬如銻的兩端，就有了兩個(gè)連接點(diǎn)。兩接觸點(diǎn)的電位隨溫度變化而變。檢測(cè)端接點(diǎn)做成黑色置于真空艙內(nèi)，有一個(gè)窗口對(duì)紅外光透明。參比端接點(diǎn)在同一艙內(nèi)并不受輻射照射，則兩接點(diǎn)間產(chǎn)生溫差。熱電偶可檢測(cè)出10-6K的溫度變化。

　　熱釋電檢測(cè)器：

　　紅外光譜儀熱釋電檢測(cè)器使用具有特殊熱電性質(zhì)的絕緣體，一般采用熱電材料的單晶片作為檢測(cè)元件，如硫酸三苷肽，簡(jiǎn)稱TGS。在電場(chǎng)中放一絕緣體會(huì)使絕緣體產(chǎn)生極化，極化度與介電常數(shù)成正比。但移去電場(chǎng)，誘導(dǎo)的極化作用也隨之消失。而熱釋電材料即使移去電場(chǎng)，其極化也并不立即消失，極化強(qiáng)度與溫度有關(guān)。當(dāng)輻射照射時(shí)，溫度會(huì)發(fā)生變化，從而影響晶體的電荷分布，這種變化可以被檢測(cè)。

　　紅外光譜儀熱電檢測(cè)器通常做成三明治狀。將熱電材料晶體夾在兩片電極間，一個(gè)電極是紅外透明的，容許輻射照射。輻射照射引起溫度變化，從而晶體電荷分布發(fā)生變化，通過(guò)外部連接的電路可以測(cè)量。電流的大小與晶體的表面積、極化度隨溫度變化的速率成正比。當(dāng)熱釋電材料是鐵電體，當(dāng)溫度升至某一特定值時(shí)極化會(huì)消失，此溫度稱為居里點(diǎn)。

　　TGS的居里點(diǎn)為47℃。熱釋電檢測(cè)器的響應(yīng)速率很快，可以跟蹤干涉儀隨時(shí)間的變化，故多用于傅立葉變換紅外光譜儀中。目前使用Z廣泛的是氘化的TGS即DTGS，它的居里溫度是62℃，熱電系數(shù)小于TGS。

　　光電導(dǎo)檢測(cè)器：

　　紅外光譜儀光電導(dǎo)檢測(cè)器采用半導(dǎo)體材料薄膜，如Hg-Cd-Te(碲鎘汞)或PbS或InSb(銻化銦)，將其置于非導(dǎo)電的玻璃表面密閉于真空艙內(nèi)。則吸收輻射后非導(dǎo)電性的價(jià)電子躍遷至高能量的導(dǎo)電帶，從而降低半導(dǎo)體的電阻，產(chǎn)生信號(hào)。

　　Hg-Cd-Te縮寫(xiě)為MCT，該檢測(cè)器用于中紅外區(qū)及遠(yuǎn)紅外區(qū)。這種檢測(cè)器比熱釋電檢測(cè)器靈敏(至少比DTGS大10倍)，在FTIR及GC-FTIR(氣相色譜-傅立葉變換紅外光譜聯(lián)用技術(shù))儀器中獲得廣泛應(yīng)用。此外，PbS檢測(cè)器常用于近紅外區(qū)室溫下的檢測(cè)。

　　以上兩個(gè)部件是色散型紅外光譜儀和傅立葉紅外光譜儀所共有的，對(duì)于色散型紅外光譜儀還有幾個(gè)關(guān)鍵部件：如單色儀、光柵、狹縫等;對(duì)于傅立葉變換紅外光譜儀，它還有邁克耳孫干涉儀、分束器、透明窗片、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等關(guān)鍵部件。