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红外光谱（二）：仪器组成及应用
一、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。
1）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。
a）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。
b）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。
c)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。
d）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。
d）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。
2）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
a）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。
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。
热电检测器
b）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, 。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47C。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。
光电导检测器
c）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。
d）此外，PbS检测器用于近红外区室温下的检测。
1）即使同一物质，其红外谱图的测定条件(如测定方法，样品状态、浓度，仪器操作条件等)不同，谱图也有所差别。
二、红外光谱的应用
红外光谱主要用于有机化合物的结构鉴定。如果从样品的出处可以大致推测结构，则确认特定原子团或原子团间的结合就比较容易。通过测定已知物与待测样品的红外光谱进行比较，两者应一致。但需要注意以下几点：
1）即使同一物质，其红外谱图的测定条件(如测定方法，样品状态、浓度，仪器操作条件等)不同，谱图也有所差别。
2）特征吸收受分子整体的影响会略有偏移。这种偏移在得出结论时要考虑。如相邻基团的状态，与溶剂的作用等。
3）如果有部分不一致，还应考虑杂质60的存在。
对于完全未知的样品，则需进行谱图解析。但完全依靠红外光谱来进行化合物的最后确认相当困难，需要结合其他谱图信息(核磁共振，质谱，紫外光谱等)。
