核心原理：紅外光譜學與傅立葉變換的協同機制

傅立葉紅外光譜儀（FT-IR）源于紅外光譜學與傅立葉變換數學理論的深度融合，二者共同構成了儀器分析的基礎框架。紅外光譜學聚焦于物質在紅外光區域（波長范圍約 0.75-1000 微米）的光物理特性，包括對紅外光的吸收、發射及散射行為。其核心原理在于：分子的振動與轉動運動對應特定的能量能級，當紅外光的光子能量與這些能級差匹配時，分子會選擇性吸收相應波長的紅外光。由于吸收波長直接關聯分子內部化學鍵的振動頻率（如 C-H、C=O、O-H 等鍵的伸縮或彎曲振動），紅外光譜因此成為解析分子結構、識別官能團的 “分子指紋" 技術。

傅立葉變換作為關鍵數學工具，實現了信號從時間域（或空間域）到頻率域的精準轉換。在 FT-IR 中，干涉儀首先生成隨時間（或光程差）變化的干涉圖（時間域信號），該圖案包含樣品對所有波長紅外光的吸收信息；通過傅立葉變換，干涉圖被轉換為以波數（cm?1）為橫坐標的紅外光譜圖（頻率域信號）。這一過程不僅大幅提升了光譜的分辨率（可達 0.1cm?1）和信噪比，還將傳統色散型紅外的掃描時間從分鐘級縮短至秒級，為快速分析奠定了基礎。

精密構造：各核心部件的功能與協同

傅立葉紅外光譜儀的構造體現了光學設計與精密機械的結合，主要由五大核心模塊組成，各部件協同工作以實現高效光譜檢測：

紅外光源：穩定輻射的能量源

光源的核心作用是提供覆蓋紅外區域的連續、穩定輻射。常見類型包

硅碳棒：適用于中紅外區（4000-400cm?1），輻射強度高，穩定性好；鎢絲燈：主要用于近紅外區（12500-4000cm?1）；

量子級聯激光器（QCL）：新型光源，具有單色性好、功率高的特點，適用于特定波段的高靈敏度檢測。

光源的選擇需根據目標分析波段和檢測靈敏度需求確定。
干涉儀：光譜信號的 “編碼器"

干涉儀是 FT-IR 的核心部件，其功能是將光源發出的多色光轉換為干涉信號，核心設計基于光的相干性原理。常用的邁克爾遜干涉儀由定鏡、動鏡、分束器組成：

分束器將入射光分為兩束，分別射向定鏡和動鏡；

動鏡移動產生光程差，兩束反射光匯合后形成干涉圖（包含所有波長的疊加信息）。

干涉儀的精度直接影響光譜分辨率，動鏡的移動精度需控制在納米級，以確保光程差的準確測量。

樣品室：適配多樣形態的檢測空間

樣品室的設計需滿足不同狀態樣品（固體、液體、氣體）的測試需求，同時避免環境干擾。其關鍵特性包括：

兼容性：配備固體壓片（KBr 壓片法）、液體池（窗片材質為 KBr 或 CaF?）、氣體池（可加熱或抽真空）等樣品夾具；

環境控制：部分儀器可集成溫度（-196℃至高溫）、壓力調控模塊，用于研究樣品特殊條件下的結構變化；

光路優化：確保紅外光均勻照射樣品，減少散射損失。

檢測器：光信號到電信號的轉換器

檢測器負責將干涉光信號轉換為可測量的電信號，其靈敏度和響應速度直接影響檢測下限。常見類型有：

熱釋電檢測器（如 DTGS）：適用于中紅外區，成本低，穩定性好；

碲鎘汞檢測器（MCT）：需液氮制冷，靈敏度比 DTGS 高 1-2 個數量級，適用于微量分析；

光電導檢測器：對近紅外區響應優異，常用于高分子材料分析。

計算機數據處理系統：智能分析的中樞

該系統承擔儀器控制與數據解析的雙重職能：

儀器控制：精準調節掃描參數（如分辨率、掃描次數、光程差范圍），確保測試重復性；

數據處理：自動完成傅里葉變換、基線校正、峰位標注等，并集成譜庫檢索功能（如 NIST、SDBS 數據庫）；

高級分析：支持多組分定量分析、二維相關光譜等復雜算法，為科研提供深度數據支持。

傅立葉紅外光譜儀的發展始終圍繞 “更高分辨率、更高靈敏度、更廣適用性" 的目標，未來結合人工智能與聯用技術（如 GC-FTIR、顯微鏡紅外），其在精準分析與現場檢測中的作用將進一步凸顯。