能谱科技分享：iCAN9傅立叶变换红外光谱仪在各种行业的应用有哪些？

 傅立叶变换红外（FTIR）光谱仪是根据光的相干性原理设计的，因此是一种干涉型光谱仪，它主要由光源（硅碳棒，高压汞灯），干涉仪，检测器，计算机和记录系统组成，大多数傅立叶变换红外光谱仪使用了迈克尔逊（Michelson）干涉仪，因此实验测量的原始光谱图是光源的干涉图，然后通过计算机对干涉图进行快速傅立叶变换计算，从而得到以波长或波数为函数的光谱图，因此，谱图称为傅立叶变换红外光谱，仪器称为傅立叶变换红外光谱仪。

Infrared spectroscopy is an effective method to identify substance and analyze the structures of molecular. Fourier transform infrared (FTIR) spectrometers developed in the seventies are a typical representative of the third generation of infrared spectroscopy. They are a kind of interference-type spectrometers which were designed based on the principle of coherent light, with excellent features and perfect functions. And they haven’t only been used widely but also have extensive prospects. In this paper, the basic principles of Fourier transform infrared spectrometer are described briefly. The main features of FT-IR were summed up as well as its application in various fields, and some basic opinions of developmental direction as far as FTIR were put forward.

Key words: Fourier transform infrared spectrometer； Basic principles； Application； Development

傅立叶变换红外光谱仪的应用

以下是分别介绍傅立叶变换红外光谱仪在各个方面的应用。

4.1　在临床医学和药学方面的应用[4]

鉴于每个化合物都有自己独特的红外光谱, 除特殊情况外, 目前尚未发现两种不同的化合物具有相同的红外光谱, 所以红外光谱为药品质量的监测提供了快速准确的方法。如药材天麻、阿胶, 西药红霉素、环磷酰胺的监测和抗肝炎药联笨双酯同质异晶体的研究。

傅立叶变换红外光谱仪在临床疾病检测方面也有广泛的应用, 如利用红外光谱法对冠心病、动脉硬化、糖尿病、癌症的检测。红外光谱法测定蛋白质基体中的葡萄糖含量。以及用FT-Raman 光谱在700～1900cm- 1处的差异, 对胃、牙齿、血管、肝等人体组织的研究可用于体内诊断。

恶性肿瘤是一种严重危害人类身心健康并消耗大量医疗卫生资源的疾病, 由于目前缺乏有效的对晚期癌症的治疗手段, 肿瘤的早期诊断对延长患者的生存时间和提高生活质量具有重要的意义。傅里叶变换红外光谱可以提供有关分子结构和变化的多种信息, 能在分子水平对细胞组织的改变做出反映, 是行之有效的肿瘤早期检测的手段, 较传统的肿瘤手段而言, 具有快速, 准确, 客观等特点；甚至可以通过光纤附件, 实现肿瘤的原位、在体、实时检测和诊断。通过胃癌组织与正常组织的FTIR谱图[5]比较, 可以发现胃癌组织具有特征性的光谱。如图5所示。胃癌细胞株FTIR检测结果如图6所示，与胃癌组织光谱图比较，光谱特征存在差异。

图5 胃癌组织与正常组织的FTIR谱

图6 胃癌细胞株FTIR检测结果

4.2　在化学、化工方面的应用

在该方面的应用又可分为表面化学、催化化学和石油化学方面的应用。

4.2.1　在表面化学研究中的应用

红外光谱技术在表面化学研究中的应用具有两个鲜明特征:

(1) 继续不断地开发表面与薄膜的原位和实时红外分析技术。根据报道已有一种适用于原位和同时红外分析的FT-IR扩散反射室。

(2) 以红外吸附光谱( IRAS) , ATR FT-IR 和IR反射光谱为代表的红外光谱技术广泛地应用于研究自组织膜和L- B膜。如应用IR反射光谱研究薄膜, 测定组织薄膜的厚度、成分和结构。

4.2.2　在催化化学研究中的应用

(1) 扩散反射红外光谱傅立叶变换光谱(DR IFTS) 的应用报道特别突出, 其次是IRAS。DR IFTS用于监控催化剂表面吸附化合物的分解动力学。IRAS的典型应用实例包括研究CO在Pd催化剂表面的氧化反应动力学, 以及研究NO和CO在Pd和Pd-SiO2 表面的共吸附现象。

(2) 原位红外光谱技术除了依然应用普通的原位红外光谱技术研究催化反应过程外, 还应用于原位反射/吸附红外光谱研究催化剂表面的点位阻塞效应。另外产生了大量新的与原位红外光谱技术相配合的附件装置。

4.2.3　在石油化学研究中的应用

傅立叶变换红外光谱仪在石油化学中的应用是一个十分广泛的领域, 如在重油的组成、性质与加工方面,应用IR表面自硅胶色谱得到的胶质和沥青质。红外光谱仪在润滑油及其应用方面的进展体现在: 用于鉴别未知油品和标定润滑油的经典物理性质(如粘度、总酸值、总碱值) ; 被纳入以设备状态监测为目的的油液分析计划, 用于表征在用油液的降解和污染程度; 油润滑表面摩擦化学过程及产物的原位监测与表征。

红外光谱仪应用于轻质油品生产控制和性质分析方面的主要进展包括: 应用红外光谱预测汽油的辛烷值, 应用IR 测定汽油中含氧化合物的含量。此外, 还应用ATR FT - IR与GC联用测定汽油中的芳烃的含量[6]。

4.3　在环境分析中的应用

用气相色谱- 傅立叶变换红外联用技术测定水中的污染物[7], 结合了毛细管气相色谱的高分辨能力和傅立叶变换红外光谱快速扫描的特点, 对GC - MS不能鉴别的异构体, 提供了完整的分子结构信息, 有利于化合物官能团的判定。K1A1Krok等报道了气相色谱/红外光谱/质谱联用技术在环境分析中的应用。运用傅立叶变换红外遥感技术, 可以测定工业大气空间的特性。由于控制汽油质量与保护环境密切相关, 应用美国HP GC / IRP /MS测定汽油中的甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2 -丁醇、异丁醇、特丁醇、苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯等, 其准确度为1%, 相对偏差为0.155%。应用傅立叶变换红外法可以定量分析气态烃类混和物, 对于测定水中的石油烃类, 非色散红外法已成为我国环境监测的标准方法[8]。

4.4  在半导体和超导材料等方面的应用[9]

在此方面的应用主要有: 分析铀原子与CO和CO2 反应产物的基体红外光谱, 研究了铀- 钍- 镍- 锡变性锰铝铜强磁性合金的远红外性质。分析C60填料笼形包含物的红外和拉曼光谱。用反射傅立叶变换红外显微光谱法测定有机富油页岩中海藻化石。

此外, 傅立叶变换红外光谱仪在其传统领域———物质结构分析、热力学状态分析、热/动力学过程分析与表征也有着不同程度的进展。

5 全文总结

     由于傅立叶变换红外光谱仪应用的广泛性，得到了许多科技工作者以及各国厂家的关注及推崇。近年来他们对其光源、干涉仪、检测器及数据处理等各系统进行了大量的研究和改进, 使之日趋完善。如仪器精密度的提高, 红外光谱仪在分辨率和扫描速度等方面达到了很高的指标。红外光谱仪的调整、控制、测试及结果的分析大部分由计算机完成。虽然相对于之前的红外光谱仪而言，傅立叶红外变换红外光谱仪有了很大的提高。但其本身也存在不少的缺陷：

⑴ 样品制作比较麻烦，并且会破坏样品原本形态或表面污染。因此就不能应用在一些如对珠宝，钻石，纸币，邮票，笔迹等的真伪鉴定上了。

解决办法：针对这些缺陷，漫反射傅立叶变换红外光谱技术和衰减全反射傅立叶变换红外光谱技术很好的解决了这一问题。

⑵ 红外光谱的定性分析时要将测得的图谱与已知样品图谱或标准图谱进行对比，而同一化合物在不同状态，不同溶剂中都会显出不同的光谱，此外，浓度、温度、样品纯度、仪器的分辨率等因素对分析结果也有影响。因此红外光谱的解析十分的复杂，并且工作量十分的大。

随着计算机技术的发展，红外光谱定性分析实现了计算机检索和辅助光谱分析，但是，这种检索能力受到存储数据量的限制，因为新合成的化合物越来越多，建立图谱库的工作量越来越大。

现在人们开始研究一种称之为辅助红外光谱解析的方法，这是一种人工智能技术，它能根据未知物图谱中吸收带的特征频率、强度及形状等信息，利用计算机进行演绎推理，完成对未知物官能团的分析。目前仍处于研究阶段。相信不久的将来，会开发出在解析化学结构方面具有完善功能的计算机人工智能系统。

    能谱科技作为国内先进的红外光谱仪制造商，生产的ican9傅立叶红外光谱仪具有先进的红外光源系统、稳定的光学系统、高性能的电子系统、人性化的操作系统、极强的防潮处理、丰富的扩展性等特点广泛应用于医药、化工、高校、环保等领域，得到了广大用户的好评。使用iCAN9傅里叶变换红外光谱仪，搭载原装进口的ATR附件，轻松满足新版药典要求，检测二甲基硅油，我们的产品可以成为企业实验室的得力帮手。