傅里葉變換紅外光譜儀是做什么的？

傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）是一種通過分析物質(zhì)對紅外光的吸收特性來研究分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成及物理性質(zhì)的精密分析儀器。它廣泛應(yīng)用于化學(xué)、材料、生命科學(xué)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，是科研、工業(yè)質(zhì)控和質(zhì)量檢測的核心工具之一。

一、核心功能：分子結(jié)構(gòu)與成分分析

1. 定性分析（官能團(tuán)與結(jié)構(gòu)鑒定）

1) 原理：不同分子的化學(xué)鍵（如 C-H、C=O、N-H）或官能團(tuán)具有特別的紅外吸收頻率，F(xiàn)TIR 通過檢測這些特征吸收峰，匹配標(biāo)準(zhǔn)譜庫（如 NIST、Sadtler），可快速識別物質(zhì)種類。

2) 應(yīng)用舉例：

①　鑒別有機(jī)化合物（如區(qū)分乙醇、丙酮、苯）；

②　確定橡膠類型（如天然橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠）；

③　分析藥物晶型（如判斷原料藥是否為目標(biāo)晶型，符合藥典標(biāo)準(zhǔn)）。

2. 定量分析（濃度檢測）

1) 原理：基于朗伯 - 比爾定律，通過特征峰強(qiáng)度與物質(zhì)濃度的線性關(guān)系，建立定量模型。

2) 應(yīng)用舉例：

①　檢測聚合物共混物中各組分比例（如 SBR/NR 共混膠的含量）；

②　分析環(huán)境污染物濃度（如水中油類、大氣中 VOCs 的 ppm 級檢測）；

③　監(jiān)控化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程（如酯化反應(yīng)中酯基峰強(qiáng)度變化反映產(chǎn)物生成量）。

3. 物理性質(zhì)與狀態(tài)研究

1) 材料結(jié)構(gòu)表征：

①　分析高分子材料的結(jié)晶度（如聚乙烯的晶區(qū)與非晶區(qū)比例）；

②　研究薄膜、涂層的均勻性（通過紅外顯微成像技術(shù)）。

2) 熱力學(xué)行為分析：

①　聯(lián)用熱重分析儀（TGA-FTIR），研究材料熱分解產(chǎn)物（如塑料燃燒產(chǎn)生的 CO?、HCl）；

②　使用變溫附件，監(jiān)測溫度變化對分子結(jié)構(gòu)的影響（如橡膠老化過程中氧化產(chǎn)物的生成）。

二、典型應(yīng)用場景

1. 化學(xué)與化工領(lǐng)域

1) 有機(jī)合成：反應(yīng)中間體與產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)確認(rèn)，確保合成路徑正確性。

2) 石油化工：原油餾分成分分析、催化劑表面官能團(tuán)研究。

3) 涂料 / 膠粘劑：樹脂類型鑒別、固化程度評估（如環(huán)氧基團(tuán)的消失表明固化完成）。

2. 材料科學(xué)領(lǐng)域

1) 聚合物研發(fā)：新型塑料、橡膠的分子設(shè)計與性能優(yōu)化（如耐老化性、力學(xué)強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)的關(guān)系）。

2) 納米材料分析：碳納米管、石墨烯等納米材料的表面官能團(tuán)檢測（如羥基、羧基的存在與否）。

3) 金屬腐蝕研究：分析金屬表面氧化層的化學(xué)組成（如鐵銹中的 Fe-O 鍵特征峰）。

3. 生命科學(xué)與醫(yī)藥領(lǐng)域

1) 生物大分子研究：

①　蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)分析（如 α- 螺旋、β- 折疊的特征吸收峰）；

②　核酸（DNA/RNA）的構(gòu)象變化監(jiān)測（如加熱變性過程中氫鍵的斷裂）。

2) 藥物分析：

①　藥品真?zhèn)舞b別（對比標(biāo)準(zhǔn)譜圖）；

②　藥物 - 載體相互作用研究（如納米藥物中藥物與聚合物的結(jié)合方式）。

4. 環(huán)境與食品安全

1) 污染物監(jiān)測：

①　大氣中溫室氣體（CO?、CH?）實時在線檢測；

②　土壤 / 水中持久性有機(jī)污染物（POPs，如多氯聯(lián)苯）的篩查。

2) 食品品質(zhì)控制：

①　油脂氧化程度評估（羰基峰強(qiáng)度反映酸敗程度）；

②　食品中非法添加劑檢測（如奶粉中三聚氰胺的 N-H 鍵特征峰）。

5. 工業(yè)生產(chǎn)與質(zhì)控

1) 生產(chǎn)線快速檢測：通過 ATR 附件直接測量產(chǎn)品表面，實現(xiàn)橡膠制品、塑料件的在線材質(zhì)驗證（如汽車密封條的 EPDM 成分確認(rèn)）。

2) 故障分析：分析失效材料的化學(xué)變化（如老化橡膠的羰基峰增強(qiáng)，表明氧化降解）。

三、技術(shù)優(yōu)勢：為何選擇 FTIR？

1. 快速高效：一次掃描（約 1 秒）即可獲取全光譜，遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)色散型紅外光譜儀的逐波長掃描。

2. 高靈敏度：搭配液氮制冷的 MCT 檢測器，可檢測 ppm 級痕量成分（如環(huán)境污染物、藥物雜質(zhì)）。

3. 無損檢測：支持直接測量固體、液體表面（如 ATR 技術(shù)），無需復(fù)雜前處理，適用于文物、電子元件等不可破壞樣品。

4. 聯(lián)用技術(shù)豐富：可與氣相色譜（GC）、液相色譜（LC）、熱重分析（TGA）等聯(lián)用，實現(xiàn)復(fù)雜樣品的分離 - 檢測一體化。

四、簡單操作流程

1. 樣品制備：根據(jù)樣品狀態(tài)（固 / 液 / 氣）選擇合適附件（如 ATR、壓片、氣體池）。

2. 光譜采集：動鏡移動產(chǎn)生干涉光，經(jīng)樣品吸收后生成干涉圖。

3. 傅里葉變換：計算機(jī)將干涉圖轉(zhuǎn)換為紅外光譜圖（x 軸為波數(shù)，y 軸為吸光度）。

4. 譜圖解析：通過標(biāo)準(zhǔn)譜庫匹配或化學(xué)計量學(xué)方法，完成定性或定量分析。

總結(jié)

傅里葉變換紅外光譜儀是現(xiàn)代分析化學(xué)的 “分子顯微鏡”，它以非破壞性、快速、高信息量的特點，成為揭示物質(zhì)化學(xué)本質(zhì)的關(guān)鍵工具。無論是科研中的分子結(jié)構(gòu)解析，還是工業(yè)中的實時質(zhì)量控制，F(xiàn)TIR 都在推動各領(lǐng)域的精準(zhǔn)分析與科學(xué)決策。