紅外儀器原理丨紅外透射的基本原理和應(yīng)用

    當(dāng)紅外光束照射到樣品表面時，入射光束會以多種方式與樣品發(fā)生相互作用。 如圖1所示，一是光在樣品表面發(fā)生反射且不穿過樣品，稱之為反射光； 二是光進(jìn)入樣品顆粒內(nèi)部，被樣品吸收；三是光在穿過樣品時被樣品改變傳播方向，發(fā)生散射；四是光照射到樣品上激發(fā)樣品產(chǎn)生熒光；五是光不與樣品發(fā)生相互作用，直接透過樣品。

    紅外透射光譜反應(yīng)的是樣品對于紅外光不同波段的透過能力，獲取紅外透射光譜需要先獲取紅外光原始光譜信息(背景光譜)，然后獲取透過樣品紅外光的光譜信息，將后者與前者相除，即可得到紅外透射光譜(如圖2)，透射光譜縱坐標(biāo)透射率T一般是用百分比(%)來表示，代表出射光強(qiáng)度和入射光強(qiáng)度之比。

    在使用透射附件時，我們除了測試透過光譜外，還常常會測試吸收光譜，其縱坐標(biāo)為吸光度A，吸光度滿足朗伯-比爾定律A=εbc, ε為摩爾吸光系數(shù),它與吸收物質(zhì)的性質(zhì)及入射光的波長λ有關(guān); b為吸收層厚度； c為吸光物質(zhì)的濃度。 透過率和吸光度的關(guān)系為A=-lg(T) 。

1、常規(guī)透射附件(如圖3)

該附件常用于固體粉末測試，一般將樣品和溴化鉀粉末一起研磨，然后用壓片機(jī)將樣品壓成透明的固體片，然后進(jìn)行測試。采用透射附件測試需要用到研缽、烘干機(jī)、模具和壓片機(jī)以及光譜純溴化鉀，還需要采用合適濃度的樣品（一般溴化鉀與樣品比例為100：1），并且要求壓片透明，制樣所需的時間長，因此現(xiàn)在常規(guī)的測試往往采用ATR附件（見《紅外ATR的基本原理和應(yīng)用》，后續(xù)發(fā)布）進(jìn)行測試。對于需要測試絕對透過率的樣品(如硅片、鍺片等)，則需要用到平行光進(jìn)行測試。

2、液體透射附件(如圖4)

液體樣品的透射測試一般需要使用液膜法或液體池進(jìn)行。對于不同濃度的液體樣品，需要選擇不同類型的液體池，包括窗片和光程的選擇。如圖4分別為固定10微米光程硒化鋅窗片的液體池和10厘米四氯化鍺窗片的液體池。此外，還有可調(diào)節(jié)光程的液體池，可根據(jù)實(shí)際使用需求設(shè)定光程。

3、氣體透射附件(如圖5)

對于氣體樣品，需要用到氣體池進(jìn)行測試。根據(jù)氣體的濃度，需要用到不同光程的氣體池。如高濃度氣體（百分比含量）可選擇直通式短光程氣體池，低含量氣體（ppm）可采用多次反射長光程氣體池。

1、透過率測試。如汽車玻璃、眼鏡、太陽鏡、防曬保護(hù)膜、手機(jī)電視顯示屏、塑料包裝等相關(guān)材料的透過率測定。

2、油品分析。對汽柴油、潤滑油中水、抗磨組分、氧化值、硝化值、磺化值以及煙炱等物種的監(jiān)測，判斷油品質(zhì)量好壞。

3、氣體分析。焚燒廠、鋼鐵廠以及大氣環(huán)境中的一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫等相關(guān)氣體監(jiān)測。