文档介绍：第七章 红外吸收光谱分析法
一、仪器类型与结构
types and structure of instruments
二、制样方法
sampling methods
三、联用技术
hyphenated technology
第三节 红外分光光度计
infrared absorption spectrometer
infrared absorption spec-troscopy,IR
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一、仪器类型与结构 types and structure of instruments
两种类型:色散型
干涉型(傅立叶变换红外光谱仪)
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1. 内部结构
Nicolet公司的AVATAR 360 FT-IR
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红外光谱仪的组成
红外光谱仪与紫外-可见分光光度计的组成基本相同,由光源、样
品室、单色器以及检测器等部分组成。两种仪器在各元件的具体材
料上有较大差别。色散型红外光谱仪的单色器一般在样品池之后。
光源
一般分光光度计中的氘灯、钨灯等光源能量较大,要观察分子
的振动能级跃迁,测定红外吸收光谱,需要能量较小的光源。黑体
辐射是最接近理想光源的连续辐射。满足此要求的红外光源是稳定
的固体在加热时产生的辐射,常见的有如下几种。
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能斯特灯能斯特灯的材料是稀土氧化物,作成圆筒状(20x2 mm),两端为铂引线。其工作温度为1200-2200K。此种光源具有很大的电阻负温度系数,需要预先加热并设计电源电路能控制电流强度,以免灯过热损坏。它的特点是发射强度高,使用寿命长,稳定性较好。缺点是价格比硅碳棒贵,机械强度差,操作不如硅碳棒方便。
碳化硅棒尺寸为50x5mm,工作温度1300-1500K。与能斯特灯相反,碳化硅棒具有正的电阻温度系数,电触点需水冷以防放电。其辐射能量与能斯特灯接近,但在>2000cm-1区域能量输出远大于能斯特灯。
白炽线圈用镍铬丝螺旋线圈或铑线做成。工作温度约1100K。其辐射能量略低于前两种,但寿命长。一般近红外区的光源用钨灯即可,远红外区用水银放电灯作光源。
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红外光谱仪的组成
检测器
红外检测器有热检测器、热电检测器和光电导检测
器三种。前两种用于色散型仪器中,后两种在傅立叶变
换红外光谱仪中多见。
热检测器热检测器依据的是辐射的热效应。辐射被一小的黑体吸收后,黑体温度升高,测量升高的温度可检测红外吸收。以热检测器检测红外辐射时,最主要的是要防止周围环境的热噪声。一般使用斩光器使光源辐射断续照射样品池。
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热检测器最常见的是热电偶。
将两片金属铋熔融到另一不同金属如锑的两端,就有了两个连
接点。两接触点的电位随温度变化而变。检测端接点做成黑色置
于真空舱内,有一个窗口对红外光透明。参比端接点在同一舱内
并不受辐射照射,则两接点间产生温差。热电偶可检测10-6K的温
度变化。
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热电检测器热电检测器使用具有特殊热电性质的绝缘体,
一般采用热电材料的单晶片,如硫酸三甘氨酸酯TGS (triglycine
sulfate, (NH2CH2COOH)3·H2SO4。氘代或部分甘氨酸被丙氨酸代替)。
在电场中放一绝缘体会使绝缘体产生极化,极化度与介电常数成正
比。但移去电场,诱导的极化作用也随之消失。而热电材料即使移
去电场,其极化也并不立即消失,极化强度与温度有关。当辐射照
射时,温度会发生变化,从而影响晶体的电荷分布,这种变化可以
被检测。热电检测器通常作成三明治状。将热电材料晶体夹在两片
电极间,一个电极是红外透明的,容许辐射照射。辐射照射引起温
度变化,从而晶体电荷分布发生变化,通过外部连接的电路可以测
量。电流的大小与晶体的表面积、极化度随温度变化的速率成正比。
当热电材料的温度升至某一特定值时极化会消失,此温度称为居里
点。TGS的居里点为47 ℃。热电检测器的响应速率很快,可以跟踪
干涉仪随时间的变化,故多用于傅立叶变换红外光谱仪中。
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光电导检测器光电导检测器采用半导体材料薄膜,如Hg-
Cd-Te或PbS或InSb,将其置于非导电的玻璃表面密闭于真空舱内。
则吸收辐射后非导电性的价电子跃迁至高能量的导电带,从而降低
半导体的电阻,产生信号。Hg-Cd-Te缩写为MCT,该检测器用于中
红外区及远红外区,需冷至液氮温度(77K)以降低噪声。这种检测器
比热电检测器灵敏,在FT-IR及GC/FT-IR仪器中获得广泛应用。
此外,PbS检测器用于近红外区室温下的检测。
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