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對紅外光的吸收特性來研究分子結構、化學組成及物理性質的精密分析儀器。它廣泛應用于化學、材料、生命科學、環境監測等領域，是科研、工業質控和質量檢測的核心工具之一。

一、核心功能：分子結構與成分分析

1. 定性分析（官能團與結構鑒定）

1) 原理：不同分子的化學鍵（如 C-H、C=O、N-H）或官能團具有特別的紅外吸收頻率，FTIR 通過檢測這些特征吸收峰，匹配標準譜庫（如 NIST、Sadtler），可快速識別物質種類。

2) 應用舉例：

①　鑒別有機化合物（如區分乙醇、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晶型，符合藥典標準）。

2. 定量分析（濃度檢測）

1) 原理：基于朗伯 - 比爾定律，通過特征峰強度與物質濃度的線性關系，建立定量模型。

2) 應用舉例：

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　分析環境污染物濃度（如水中油類、大氣中 VOCs 的 ppm 級檢測）；

③　監控化學反應進程（如酯化反應中酯基峰強度變化反映產物生成量）。

3. 物理性質與狀態研究

1) 材料結構表征：

①　分析高分子材料的結晶度（如聚乙烯的晶區與非晶區比例）；

②　研究薄膜、涂層的均勻性（通過紅外顯微成像技術）。

2) 熱力學行為分析：

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

②　使用變溫附件，監測溫度變化對分子結構的影響（如橡膠老化過程中氧化產物的生成）。

二、典型應用場景

1. 化學與化工領域

1) 有機合成：反應中間體與產物的結構確認，確保合成路徑正確性。

2) 石油化工：原油餾分成分分析、催化劑表面官能團研究。

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

2. 材料科學領域

1) 聚合物研發：新型塑料、橡膠的分子設計與性能優化（如耐老化性、力學強度與結構的關系）。

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組成（如鐵銹中的 Fe-O 鍵特征峰）。

3. 生命科學與醫藥領域

1) 生物大分子研究：

①　蛋白質二級結構分析（如 α- 螺旋、β- 折疊的特征吸收峰）；

②　核酸（DNA/RNA）的構象變化監測（如加熱變性過程中氫鍵的斷裂）。

2) 藥物分析：

①　藥品真偽鑒別（對比標準譜圖）；

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合方式）。

4. 環境與食品安全

1) 污染物監測：

①　大氣中溫室氣體（CO?、CH?）實時在線檢測；

②　土壤 / 水中持久性有機污染物（POPs，如多氯聯苯）的篩查。

2) 食品品質控制：

①　油脂氧化程度評估（羰基峰強度反映酸敗程度）；

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. 工業生產與質控

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

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

三、技術優勢：為何選擇 FTIR？

1. 快速高效：一次掃描（約 1 秒）即可獲取全光譜，遠快于傳統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（如環境污染物、藥物雜質）。

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

4. 聯用技術豐富：可與氣相色譜（GC）、液相色譜（LC）、熱重分析（TGA）等聯用，實現復雜樣品的分離 - 檢測一體化。

四、簡單操作流程

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

2. 光譜采集：動鏡移動產生干涉光，經樣品吸收后生成干涉圖。

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

4. 譜圖解析：通過標準譜庫匹配或化學計量學方法，完成定性或定量分析。

總結

傅里葉變換紅外光譜儀是現代分析化學的 “分子顯微鏡”，它以非破壞性、快速、高信息量的特點，成為揭示物質化學本質的關鍵工具。無論是科研中的分子結構解析，還是工業中的實時質量控制，FTIR 都在推動各領域的精準分析與科學決策。