傅立葉變換紅外光譜

1、傅立葉變換紅外光譜傅立葉變換紅外光譜顯微成像系統(tǒng)顯微成像系統(tǒng)1 1 傅立葉變換紅外光譜基本原理傅立葉變換紅外光譜基本原理1.1 概述概述 分子中基團(tuán)的振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷產(chǎn)生：振振- -轉(zhuǎn)光譜轉(zhuǎn)光譜1.2 紅外光譜與有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)紅外光譜與有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)紅外光譜圖：紅外光譜圖： 縱坐標(biāo)為吸收強(qiáng)度， 橫坐標(biāo)為波長（m） 和波數(shù)1/ 單位：cm-1 可以用峰數(shù)，峰位，峰形，峰強(qiáng)來描述。應(yīng)用：應(yīng)用：有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)解析。定性：定性：基團(tuán)的特征吸收頻率；定量：定量：特征峰的強(qiáng)度；1.2 紅外光譜與有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)紅外光譜與有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)一、紅外光譜產(chǎn)生的條件一、紅外光譜產(chǎn)生的條件 (1) 輻射應(yīng)具有能滿足

2、物質(zhì)產(chǎn)生振動躍遷所需的能量； (2) 輻射與物質(zhì)間有相互偶合作用。對稱分子對稱分子：沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅 外活性。如：N2、O2、Cl2 等。非對稱分子非對稱分子：有偶極矩，紅外活性。如：HCl、H2O等。1.2 紅外光譜與有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)紅外光譜與有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)二、分子振動方程式二、分子振動方程式 (1)(1)雙原子分子的簡諧振動及其頻率雙原子分子的簡諧振動及其頻率 化學(xué)鍵的振動類似于連接兩個小球的彈簧分子的振動能級（量子化）：分子的振動能級（量子化）： E振振=（V+1/2）h ：化學(xué)鍵的振動頻率；化學(xué)鍵的振動頻率； V ：振動量子數(shù)。振動量子數(shù)。1.2 紅外光譜與有機(jī)化合物結(jié)

3、構(gòu)紅外光譜與有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)二、分子振動方程式二、分子振動方程式 (2)(2)分子振動方程式分子振動方程式 任意兩個相鄰的能級間的能量差為任意兩個相鄰的能級間的能量差為：21113072hkEhkkcK K為為化學(xué)鍵的力常數(shù)，與鍵能和鍵長有關(guān)，化學(xué)鍵的力常數(shù)，與鍵能和鍵長有關(guān)， 為雙原子的折合質(zhì)量為雙原子的折合質(zhì)量 = =m m1 1m m2 2/ /（m m1 1+ +m m2 2）發(fā)生振動能級躍遷需要能量的大小取決于鍵兩端原子的發(fā)生振動能級躍遷需要能量的大小取決于鍵兩端原子的折合質(zhì)量和鍵的力常數(shù)，即取決于分子的結(jié)構(gòu)特征。折合質(zhì)量和鍵的力常數(shù)，即取決于分子的結(jié)構(gòu)特征。表表 某些鍵的伸縮力常數(shù)（

4、毫達(dá)因某些鍵的伸縮力常數(shù)（毫達(dá)因/ /埃）埃）鍵類型鍵類型: : C C C =C C C 力常數(shù)力常數(shù): : 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6峰位峰位: : 4.5 m 6.0 m 7.0 m 化學(xué)鍵鍵強(qiáng)越強(qiáng)（即鍵的力常數(shù)化學(xué)鍵鍵強(qiáng)越強(qiáng)（即鍵的力常數(shù)K K越大）原子折合質(zhì)量越大）原子折合質(zhì)量越小，化學(xué)鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。越小，化學(xué)鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。1.3 分子中基團(tuán)的基本振動方式分子中基團(tuán)的基本振動方式 變形振動變形振動是指基團(tuán)鍵角發(fā)是指基團(tuán)鍵角發(fā)生變化而鍵長不生變化而鍵長不變的振動變的振動 亞甲基亞甲基兩類基本振動形式兩類基本振動形式

5、 伸縮振動伸縮振動是指原子沿著價鍵方向；來回運(yùn)是指原子沿著價鍵方向；來回運(yùn)動，即振動時鍵長發(fā)生變化，鍵動，即振動時鍵長發(fā)生變化，鍵角不變角不變1.4 影響峰位變化的因素影響峰位變化的因素 化學(xué)鍵的振動頻率不僅與其性質(zhì)有關(guān)，還受分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部化學(xué)鍵的振動頻率不僅與其性質(zhì)有關(guān)，還受分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部因素影響。因素影響。各種化合物中相同基團(tuán)的特征吸收并不總在一個固定頻率上。各種化合物中相同基團(tuán)的特征吸收并不總在一個固定頻率上。一、內(nèi)部因素一、內(nèi)部因素（1 1）電子效應(yīng)）電子效應(yīng) a誘導(dǎo)效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)：吸電子基團(tuán)使吸收峰向高頻方向移動（藍(lán)移）吸電子基團(tuán)使吸收峰向高頻方向移動（藍(lán)移）R-COR C

6、=0 1715cm-1 ; R-COH C=0 1730cm -1 ；R-COCl C=0 1800cm-1 ; R-COF C=0 1920cm-1 ; 1.4 影響峰位變化的因素影響峰位變化的因素一、內(nèi)部因素一、內(nèi)部因素 （1 1）電子效應(yīng)）電子效應(yīng) 共軛效應(yīng)：共軛效應(yīng)使單鍵吸收峰向高波數(shù)移動，共軛效應(yīng)：共軛效應(yīng)使單鍵吸收峰向高波數(shù)移動， 使雙鍵吸收峰向低波數(shù)移動。使雙鍵吸收峰向低波數(shù)移動。COH3CCH3COCH3COCH3CO1715168516851660cm -1cm -1cm -1cm -11.4 影響峰位變化的因素影響峰位變化的因素一、內(nèi)部因素一、內(nèi)部因素 （2）空間效應(yīng)）空間

7、效應(yīng) 場效應(yīng)；空間位組；環(huán)張力場效應(yīng)；空間位組；環(huán)張力C H3060-3030 cm-12900-2800 cm-11.4 影響峰位變化的因素影響峰位變化的因素RHNORNHOHHC=ON-HN-H伸縮伸縮變形游離氫鍵16903500165034001620-15901650-1620二、氫鍵效應(yīng)二、氫鍵效應(yīng) 氫鍵氫鍵( (分子內(nèi)氫鍵；分子間氫鍵分子內(nèi)氫鍵；分子間氫鍵) )：對峰位，峰強(qiáng)產(chǎn)：對峰位，峰強(qiáng)產(chǎn)生極明顯影響，生極明顯影響，使伸縮振動頻率向低波數(shù)方向移動使伸縮振動頻率向低波數(shù)方向移動。OCH3OCOH3CHHO3705-31252835O- H伸 縮2 2 傅立葉變換紅外光譜儀傅立葉變

8、換紅外光譜儀紅外光學(xué)臺紅外光學(xué)臺 由紅外光源、光闌、干涉儀、樣品室、檢測由紅外光源、光闌、干涉儀、樣品室、檢測器以及各種紅外反射鏡、氦氖激光器、控制電路器以及各種紅外反射鏡、氦氖激光器、控制電路板和電源組成。板和電源組成。計算機(jī)計算機(jī)打印機(jī)打印機(jī)2.1 FT-IR光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)一、紅外光源一、紅外光源 目前，要測試整個紅外波段至少需要更換三種光源，即目前，要測試整個紅外波段至少需要更換三種光源，即中紅外光源中紅外光源、遠(yuǎn)紅外光源和近紅外光源。、遠(yuǎn)紅外光源和近紅外光源。 目前使用的中紅外光源基本上可以分為兩類：碳硅棒光目前使用的中紅外光源基本上可以分為兩類：碳硅棒光源和源和陶瓷

9、光源陶瓷光源。 光源又可分為水冷卻和空氣冷卻兩類。光源又可分為水冷卻和空氣冷卻兩類。 空氣冷卻陶瓷光源空氣冷卻陶瓷光源適用范圍：適用范圍：960050cm-12.1 FT-IR光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)二、光闌二、光闌 作用：控制光通量的大小作用：控制光通量的大小 效果：效果：加大光闌孔徑，光通量增大，有利于提加大光闌孔徑，光通量增大，有利于提高檢測靈敏度；縮小光闌孔徑，光通量減少，檢測高檢測靈敏度；縮小光闌孔徑，光通量減少，檢測靈敏度降低。靈敏度降低。2.1 FT-IR光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)三、干涉儀三、干涉儀 干涉儀是干涉儀是FT-IR光譜儀光學(xué)系統(tǒng)中的核心部分。光譜儀光學(xué)

10、系統(tǒng)中的核心部分。 FT-IR光譜儀的最高分辨率和其它性能指標(biāo)主要由干涉儀決定。光譜儀的最高分辨率和其它性能指標(biāo)主要由干涉儀決定。 目前，目前，F(xiàn)T-IR光譜儀使用的干涉儀有好幾種，可以分光譜儀使用的干涉儀有好幾種，可以分 為：為：空氣軸承干涉儀空氣軸承干涉儀、機(jī)械軸承干涉儀、雙角鏡耦合、動鏡、機(jī)械軸承干涉儀、雙角鏡耦合、動鏡扭擺式干涉儀等。扭擺式干涉儀等。 空氣軸承干涉儀是經(jīng)典邁克爾遜干涉儀，它由分束器、空氣軸承干涉儀是經(jīng)典邁克爾遜干涉儀，它由分束器、固定鏡、動鏡及動鏡驅(qū)動機(jī)構(gòu)幾部分構(gòu)成。固定鏡、動鏡及動鏡驅(qū)動機(jī)構(gòu)幾部分構(gòu)成。2.1 FT-IR光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)四、檢測器四、檢

11、測器 作用：檢測紅外干涉光通過紅外樣品后的能量。作用：檢測紅外干涉光通過紅外樣品后的能量。 對使用的檢測器有三點(diǎn)要求：對使用的檢測器有三點(diǎn)要求：具有高的檢測靈敏具有高的檢測靈敏度、快的響應(yīng)速度和較寬的測量范圍。度、快的響應(yīng)速度和較寬的測量范圍。 DTGS檢測器檢測器MCT檢測器檢測器檢測器檢測器2.1 FT-IR光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)傅立葉變換紅外光譜儀工作原理圖傅立葉變換紅外光譜儀工作原理圖2.1 FT-IR光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)邁克爾遜干涉儀工作原理圖邁克爾遜干涉儀工作原理圖2.2 紅外光譜樣品制備和測試紅外光譜樣品制備和測試一、固體樣品一、固體樣品 應(yīng)該根據(jù)固體樣品的

12、形態(tài)和測試目的選用不同應(yīng)該根據(jù)固體樣品的形態(tài)和測試目的選用不同的制樣方法和測試方法。的制樣方法和測試方法。 固體樣品的測試方法有：固體樣品的測試方法有：常規(guī)透射光譜法、顯常規(guī)透射光譜法、顯微紅外光譜法、漫反射光譜法、微紅外光譜法、漫反射光譜法、ATR光譜法、高壓光譜法、高壓紅外光譜法等。紅外光譜法等。 常規(guī)透射光譜制樣方法分為常規(guī)透射光譜制樣方法分為壓片法、糊狀法和壓片法、糊狀法和薄膜法。薄膜法。 2.2 紅外光譜樣品制備和測試紅外光譜樣品制備和測試二、液體樣品二、液體樣品純有機(jī)液體樣品：純有機(jī)液體樣品：液膜法，即在兩塊窗液膜法，即在兩塊窗 片之間夾一層薄薄的液膜。片之間夾一層薄薄的液膜。溶液

13、樣品：溶液樣品：液體池液體池有機(jī)溶液樣品：有機(jī)溶液樣品：常用的窗片材常用的窗片材 料，料，KBr, NaCl水溶液樣品：水溶液樣品：常用的窗片材常用的窗片材 料，料，BaF, CaF2.2 紅外光譜樣品制備和測試紅外光譜樣品制備和測試三、氣體樣品三、氣體樣品 氣體紅外光譜的測試需要有氣體池，將需要測氣體紅外光譜的測試需要有氣體池，將需要測試的氣體充進(jìn)氣體池中才能測試。試的氣體充進(jìn)氣體池中才能測試。3 紅外光譜與分子結(jié)構(gòu)紅外光譜與分子結(jié)構(gòu)3.1 紅外光譜的特征性紅外光譜的特征性 在紅外光譜中能代表基團(tuán)或化學(xué)鍵存在的最強(qiáng)譜峰稱為在紅外光譜中能代表基團(tuán)或化學(xué)鍵存在的最強(qiáng)譜峰稱為基團(tuán)或化學(xué)鍵的特征峰，

14、特征峰的中心頻率稱為基團(tuán)或化學(xué)基團(tuán)或化學(xué)鍵的特征峰，特征峰的中心頻率稱為基團(tuán)或化學(xué)鍵的特征頻率鍵的特征頻率。 紅外光譜的整個范圍可分成紅外光譜的整個范圍可分成40001300 cm-1與與1300 600 cm-1兩個區(qū)域。兩個區(qū)域。 在在4000 1300 cm-1區(qū)域的峰是由伸縮振動產(chǎn)生的吸收區(qū)域的峰是由伸縮振動產(chǎn)生的吸收帶，稱帶，稱為為官能團(tuán)區(qū)官能團(tuán)區(qū)。 在在1300 600 cm-1區(qū)域中，除單鍵的伸縮振動外還有因區(qū)域中，除單鍵的伸縮振動外還有因變形振動產(chǎn)生的復(fù)雜光譜。該區(qū)稱為變形振動產(chǎn)生的復(fù)雜光譜。該區(qū)稱為指紋區(qū)指紋區(qū)。紅外光譜與分子結(jié)構(gòu)紅外光譜與分子結(jié)構(gòu) 常見的有機(jī)化合物基團(tuán)頻率出

15、現(xiàn)的范圍：常見的有機(jī)化合物基團(tuán)頻率出現(xiàn)的范圍：4000 600 cm-1依據(jù)基團(tuán)的振動形式，分為四個區(qū)：依據(jù)基團(tuán)的振動形式，分為四個區(qū)：(1)(1)4000 2500 cm-1 X-H伸縮振動區(qū)（伸縮振動區(qū)（X=OX=O，N N，C C，S S）(2)(2)2500 1900 cm-1 三鍵，累積雙鍵伸縮振動區(qū)三鍵，累積雙鍵伸縮振動區(qū)(3)(3)1900 1200 cm-1 雙鍵伸縮振動區(qū)雙鍵伸縮振動區(qū)(4)(4)1200 600 cm-1 X XY Y伸縮，伸縮， X XH H變形振動區(qū)變形振動區(qū)3.2有機(jī)化合物分子中常見基團(tuán)吸收峰有機(jī)化合物分子中常見基團(tuán)吸收峰1 XH伸縮振動區(qū)伸縮振動區(qū)（

16、4000 2500 cm-1 ）（1）OH 3650 3200 cm-1 確定醇，酚，酸確定醇，酚，酸 在非極性溶劑中，濃度較小（稀溶液）時，峰形尖銳，強(qiáng)吸收；當(dāng)濃度較大時，發(fā)生締合作用，峰形較寬。1 XH伸縮振動區(qū)（伸縮振動區(qū)（4000 2500 cm-1）（2 2）飽和碳原子上的）飽和碳原子上的CH CH3 2960 cm-1 反對稱伸縮振動 2870 cm-1 對稱伸縮振動 CH2 2930 cm-1 反對稱伸縮振動 2850 cm-1 對稱伸縮振動 CH 2890 cm-1 弱吸收（3 3）不飽和碳原子上的）不飽和碳原子上的=CH（ CH ） 苯環(huán)上的CH 3030 cm-1 =CH

17、3010 2260 cm-1 CH 3300 cm-1 3000cm-1以下以下3000cm-1以上以上2 雙鍵雙鍵伸縮振動區(qū)（伸縮振動區(qū)（1900 1200 cm-1）（1 1） RC=CR 1620 1680 cm-1 強(qiáng)度弱，強(qiáng)度弱， R=R（對稱對稱）時，時，無紅外活性。無紅外活性。（2 2）單核芳烴）單核芳烴 的的C=C鍵伸縮振動（鍵伸縮振動（1626 1650 cm-1 ）苯衍生物在苯衍生物在 1650 2000 cm-1 出現(xiàn)出現(xiàn) C-H和和C=C鍵的鍵的面內(nèi)變形振動的面內(nèi)變形振動的泛頻吸收（強(qiáng)度泛頻吸收（強(qiáng)度弱），可用來判弱），可用來判斷取代基位置。斷取代基位置。2 雙鍵雙鍵伸

18、縮振動區(qū)（伸縮振動區(qū)（1900 1200 cm-1）（3 3）C=O （1850 1600 cm-1） 碳氧雙鍵的特征峰，強(qiáng)度大，峰尖銳。碳氧雙鍵的特征峰，強(qiáng)度大，峰尖銳。3 叁鍵叁鍵伸縮振動區(qū)（伸縮振動區(qū)（2500 1900 cm-1）（1）RC CH （2100 2140 cm-1） RC CR （2190 2260 cm-1） R=R 時，無紅外活性時，無紅外活性（2 2）RC N 非共軛非共軛 2240 2260 cm-1 共軛共軛 2220 2230 cm-1 4 4 XY，XH 變形振動區(qū)變形振動區(qū) 1650 cm-1 指紋區(qū)指紋區(qū)(1350 (1350 650 cm 650 cm

19、-1-1 ) , ) ,較復(fù)雜。較復(fù)雜。 C-HC-H，N-HN-H的變形振動；的變形振動； C-OC-O，C-XC-X的伸縮振動；的伸縮振動； C-CC-C骨架振動等。精細(xì)結(jié)構(gòu)的區(qū)分。骨架振動等。精細(xì)結(jié)構(gòu)的區(qū)分。3.3基團(tuán)的特征頻率和指紋區(qū)圖基團(tuán)的特征頻率和指紋區(qū)圖鍵的振動鍵的振動飽和烴飽和烴3.3基團(tuán)的特征頻率和指紋區(qū)圖基團(tuán)的特征頻率和指紋區(qū)圖不飽和烴不飽和烴含有含有C、H、O等元素等元素3.3基團(tuán)的特征頻率和指紋區(qū)圖基團(tuán)的特征頻率和指紋區(qū)圖含有含有C、H、N等元素等元素含有含有C、H、N、O等元素等元素3.3基團(tuán)的特征頻率和指紋區(qū)圖基團(tuán)的特征頻率和指紋區(qū)圖含有含有P、S、鹵素等元素、鹵素

20、等元素3.4 分子的不飽和度分子的不飽和度 定義：定義： 不飽和度是指分子結(jié)構(gòu)中達(dá)到飽和所缺一價元素的不飽和度是指分子結(jié)構(gòu)中達(dá)到飽和所缺一價元素的“對對”數(shù)。數(shù)。 如：乙烯變成飽和烷烴需要兩個氫原子，不飽和度為如：乙烯變成飽和烷烴需要兩個氫原子，不飽和度為1 1。 計算：計算： 若分子中僅含一，二，三，四價元素（若分子中僅含一，二，三，四價元素（H H，O O，N N，C C），則），則 可按下式進(jìn)行不飽和度的計算：可按下式進(jìn)行不飽和度的計算： n4 ， n3 ， n1 分別為分子中四價，三價，一價元素數(shù)目。分別為分子中四價，三價，一價元素數(shù)目。 作用：作用： 由分子的不飽和度可以推斷分子中含

21、有雙鍵，三鍵，環(huán)，由分子的不飽和度可以推斷分子中含有雙鍵，三鍵，環(huán)， 芳環(huán)的數(shù)目，驗(yàn)證譜圖解析的正確性。芳環(huán)的數(shù)目，驗(yàn)證譜圖解析的正確性。 例：例： C9H8O2 = （2 +2 9 8 ）/ 2 = 6 = （2 + 2n4 + n3 n1 ）/ 24 紅外譜圖解析示例紅外譜圖解析示例4.1 紅外譜圖解析示例紅外譜圖解析示例1.1.烷烴烷烴2.1-2.1-己烯己烯CH3-(CH2)4-CH3CH3-(CH2)3-CH=CH24.1 紅外譜圖解析示例紅外譜圖解析示例對比對比烯烴順反異構(gòu)體烯烴順反異構(gòu)體4.1 紅外譜圖解析示例紅外譜圖解析示例3.3.醇醇?xì)滏I、氫鍵、 締合締合4.1 紅外譜圖解析

22、示例紅外譜圖解析示例4. 醛、酮醛、酮4.1 紅外譜圖解析示例紅外譜圖解析示例5. 羧酸及其羧酸及其衍生物衍生物4.2 未知物結(jié)構(gòu)確定未知物結(jié)構(gòu)確定1. 未知物未知物4.2 未知物結(jié)構(gòu)確定未知物結(jié)構(gòu)確定2. 推測推測C4H8O2的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)解：解：1） =1-8/2+4=1 2）峰歸屬）峰歸屬 3）可能的結(jié)構(gòu)）可能的結(jié)構(gòu)H C O CH2CH2CH3OH3C C O CH2CH3OH3CH2C C O CH3O1180124011604.2 未知物結(jié)構(gòu)確定未知物結(jié)構(gòu)確定3.推測推測C8H8純液體純液體解：解： 1） =1-8/2+8=52 2）峰歸屬）峰歸屬 3 3）可能的結(jié)構(gòu)）可能的結(jié)構(gòu) H

23、C CH24.2 未知物結(jié)構(gòu)確定未知物結(jié)構(gòu)確定4. C C8 8H H7 7N N，確定結(jié)構(gòu)，確定結(jié)構(gòu)解：解：1 1） =1+（1-7）/2+8=6 2 2）峰歸屬）峰歸屬 3 3）可能的結(jié)構(gòu)）可能的結(jié)構(gòu)H3CCN5 紅外顯微鏡及成像系統(tǒng)紅外顯微鏡及成像系統(tǒng)5.1 簡介簡介 紅外顯微鏡主要用于微小樣品的測定，測試靈敏度很紅外顯微鏡主要用于微小樣品的測定，測試靈敏度很高，樣品的用量可以少到納克級。高，樣品的用量可以少到納克級。 紅外成像技術(shù)使用紅外成像技術(shù)使用焦平面檢測器焦平面檢測器（FPA），光譜成像技），光譜成像技術(shù)最突出的優(yōu)點(diǎn)就是能夠同時提供被測樣品的形態(tài)學(xué)信息和術(shù)最突出的優(yōu)點(diǎn)就是能夠同時

24、提供被測樣品的形態(tài)學(xué)信息和成分信息，可以滿足定位、定性、定量分析要求。成分信息，可以滿足定位、定性、定量分析要求。 采用焦平面檢測器，能夠得到檢測區(qū)域各部位的所有光采用焦平面檢測器，能夠得到檢測區(qū)域各部位的所有光譜，可以直接看到該檢測區(qū)域內(nèi)所有紅外吸收物質(zhì)的分布和譜，可以直接看到該檢測區(qū)域內(nèi)所有紅外吸收物質(zhì)的分布和含量。含量。 顯微紅外在化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、礦物學(xué)、顯微紅外在化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、礦物學(xué)、法庭科學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。法庭科學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。5.2 瓦里安紅外成像系統(tǒng)性能介紹及應(yīng)用瓦里安紅外成像系統(tǒng)性能介紹及應(yīng)用 1. 高空間分辨率高空間分辨率 焦平面檢

25、測器具備大面積檢測能力，不再受光闌遮光紅焦平面檢測器具備大面積檢測能力，不再受光闌遮光紅外光衍射效應(yīng)的影響，瓦里安的焦平面檢測器具有外光衍射效應(yīng)的影響，瓦里安的焦平面檢測器具有5.5微米的微米的空間分辨率?？臻g分辨率。 應(yīng)用實(shí)例：應(yīng)用實(shí)例：6 6層膜檢測層膜檢測 實(shí)驗(yàn)樣品：薄膜有六層，厚度實(shí)驗(yàn)樣品：薄膜有六層，厚度5-10微米微米 實(shí)驗(yàn)條件：實(shí)驗(yàn)條件：Excalibur3100+UMA600+64X64 MCT焦平面檢焦平面檢 測器，透射測量測器，透射測量5.2 瓦里安紅外成像系統(tǒng)性能介紹及應(yīng)用瓦里安紅外成像系統(tǒng)性能介紹及應(yīng)用 1. 高空間分辨率高空間分辨率6 6層膜可見圖像層膜可見圖像 1.

26、 高空間分辨率高空間分辨率紅外陣列式檢測器的優(yōu)勢在于：紅外陣列式檢測器的優(yōu)勢在于： 1 1、可以作到、可以作到5.5微米的空間分辨率，因?yàn)闆]有遮光闌，微米的空間分辨率，因?yàn)闆]有遮光闌，避免了紅外光衍射效應(yīng)，使小于避免了紅外光衍射效應(yīng)，使小于1010微米的薄膜分析成為微米的薄膜分析成為可能?？赡?。 2 2、大面積陣列，該應(yīng)用使用、大面積陣列，該應(yīng)用使用64X64的焦平面陣列，共的焦平面陣列，共 40964096個檢測器，檢測面積可達(dá)到個檢測器，檢測面積可達(dá)到350350微米微米X350微米，微米， 對于多層膜可以一次性攝制出圖像，避免了點(diǎn)狀和線狀對于多層膜可以一次性攝制出圖像，避免了點(diǎn)狀和線狀

27、掃描出現(xiàn)的邊緣模糊的問題。掃描出現(xiàn)的邊緣模糊的問題。1. 高空間分辨率高空間分辨率存在于存在于5-105-10微米層中的微米層中的CHCH基基團(tuán)分布，紅色代表濃度高，團(tuán)分布，紅色代表濃度高，藍(lán)色代表低濃度藍(lán)色代表低濃度 點(diǎn)擊圖譜中的任意位點(diǎn)擊圖譜中的任意位置，就可以得到這個置，就可以得到這個位置的紅外光譜位置的紅外光譜 1. 高空間分辨率高空間分辨率應(yīng)用示例：纖維各部位成分檢測應(yīng)用示例：纖維各部位成分檢測空間分辨率：空間分辨率：5.5微米微米 檢測器：檢測器：32X32中紅外中紅外 MCT FPA MCT FPA 檢測器檢測器 檢測面積：檢測面積：175 X 175 微米微米2 2 掃描次數(shù)：

28、掃描次數(shù)：1616次次 因?yàn)檐浖邆淞丝梢妶D像，紅外成分分布圖像，每點(diǎn)因?yàn)檐浖邆淞丝梢妶D像，紅外成分分布圖像，每點(diǎn)譜圖顯示等功能，使整個樣品表面分析十分方便和快捷。譜圖顯示等功能，使整個樣品表面分析十分方便和快捷。因?yàn)榭臻g分辨率可以達(dá)到因?yàn)榭臻g分辨率可以達(dá)到5.5微米，可以對纖維的每一個部微米，可以對纖維的每一個部位進(jìn)行紅外分析，該應(yīng)用可以用在使纖維合成和纖維生長位進(jìn)行紅外分析，該應(yīng)用可以用在使纖維合成和纖維生長的分析中。整個纖維呈現(xiàn)不規(guī)則狀，只有面狀檢測器才能的分析中。整個纖維呈現(xiàn)不規(guī)則狀，只有面狀檢測器才能一次拍出所有的圖像，這就使分析過程大為簡單。一次拍出所有的圖像，這就使分析過程大為

29、簡單。 1. 高空間分辨率高空間分辨率纖維纖維2. 大檢測面積，檢測時間大為縮短大檢測面積，檢測時間大為縮短 陣列式檢測器具備有超大的檢測面積，可以在很短的時間內(nèi)對陣列式檢測器具備有超大的檢測面積，可以在很短的時間內(nèi)對大片區(qū)域進(jìn)行掃描，迅速得到所要結(jié)果。大片區(qū)域進(jìn)行掃描，迅速得到所要結(jié)果。中紅外中紅外 MCT FPAMCT FPA檢測器檢測器 陣列規(guī)模陣列規(guī)模 檢測器數(shù)目檢測器數(shù)目 空間分辨率空間分辨率(m(m) ) 可分析區(qū)域可分析區(qū)域 (m(m2 2) ) 16 x 16 256 5.5 88 X 88 32 x 32 1024 5.5 175 X 175 64 x 64 4096 5.5

30、 350 X 350 128 x 128 16384 5.5 700 X 700 近紅外近紅外 InSbInSb FPA FPA 檢測器檢測器 128 x 128 16384 5.5 700 X 700 2. 大檢測面積，檢測時間大為縮短大檢測面積，檢測時間大為縮短應(yīng)用示例：包裝材料瑕疵檢測應(yīng)用示例：包裝材料瑕疵檢測 包裝材料上面的瑕疵，有的時候非常之小，而且可見光無法識別，包裝材料上面的瑕疵，有的時候非常之小，而且可見光無法識別，如果通過單點(diǎn)檢測器或線性檢測器來找出這個點(diǎn)，需要大量的時間如果通過單點(diǎn)檢測器或線性檢測器來找出這個點(diǎn)，需要大量的時間去掃描整個面，以找出這個點(diǎn)。但面陣檢測器就可以發(fā)

31、揮大面積檢去掃描整個面，以找出這個點(diǎn)。但面陣檢測器就可以發(fā)揮大面積檢測的優(yōu)勢。測的優(yōu)勢。 2. 大檢測面積，檢測時間大為縮短大檢測面積，檢測時間大為縮短應(yīng)用示例：硅片上污染物的分析應(yīng)用示例：硅片上污染物的分析 3. 快速成像能力快速成像能力 瓦里安紅外成像系統(tǒng)由于檢測器速率可達(dá)到每秒瓦里安紅外成像系統(tǒng)由于檢測器速率可達(dá)到每秒3000幀，具有快速成像功能，最高可以作到幀，具有快速成像功能，最高可以作到64 X 64檢測器的快檢測器的快速成像，這就為動態(tài)反應(yīng)、合成過程提供了有力的分析手段。速成像，這就為動態(tài)反應(yīng)、合成過程提供了有力的分析手段。因?yàn)槠渌镜囊驗(yàn)槠渌镜?4 X 64檢測器系統(tǒng)就必

32、須配備步進(jìn)掃描才檢測器系統(tǒng)就必須配備步進(jìn)掃描才能完成成像，無法對一個動態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測。能完成成像，無法對一個動態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測。 3. 快速成像能力快速成像能力應(yīng)用示例：藥物溶解實(shí)驗(yàn)應(yīng)用示例：藥物溶解實(shí)驗(yàn)Figure. 1 Drug delivery from a typical matrix drug delivery system.Figure.2 Drug levels in the blood with (a) traditional drug dosing and (b) controlled-delivery dosing.Sample SandwichSide:Top:Solvent IntroductionSampleIR Image應(yīng)用示例：藥物溶解實(shí)驗(yàn)應(yīng)用示例：藥物溶解實(shí)驗(yàn) Three different molecular weights of PEO were dissolved in D2O.Low MW: 2,000 grams/moleMedium MW: 200,000 grams/moleH