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1、南京信息职业技术学院毕业设计论文作者 钱岗 学号 11118P26 系部 中认新能源学院 专业 电子信息工程技术(检测技术与应用) 题目 红外光谱制样与图谱分析 指导教师 袁小燕 评阅教师 完成时间： 2014年 05 月 10 日 摘要随着科技的发展，红外光谱仪已经成为鉴别物质和分析物质结构的有效手段之一，而其中傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）则是七十年代发展起来的第三代红外光谱仪的典型代表。它是就光的相干性原理而设计，是一种干涉型光谱仪，具有优良的特性，完善的功能，广泛的应用范围，以及不俗的发展前景。本文会就傅立叶变换红外光谱仪的基本原理作扼要的介绍，总结傅立叶变换红外光谱的主要特点，并
2、综述其在各个方面的基本应用。然后就塑料产品领域进行重点介绍，旨在进行红外光谱的制样与图谱分析，并以建立各种型号的塑料产的红外光谱谱库为目的，完成这篇论文。关键词：傅立叶变换红外光谱仪、基本原理、应用、发展、塑料产品、谱库。AbstractWith the development of science and technology， infrared spectrometer has become one of the effective means of identification of material and analyze material structure， and the Fou
3、rier transform infrared spectrometer (FT - IR) is developed in the seventy s as the typical representative of the third generation of infrared spectrometer. The principle of coherence of light design， is a kind of interferometric spectrometer， it has excellent properties， perfect functions， and appl
4、ication scope is extremely widespread， also has a broad development prospects. This article would be the basic principle of Fourier transform infrared spectrometer， a briefly introduction of summarize the main characteristics of Fourier transform infrared spectroscopy， and reviews its application in
5、 all aspects of the basic. And then focus on plastic products， at the same time to complete the analysis of sample preparation and the spectra of ir， and to establish various types of plastic produce ir spectrum library for the purpose， to complete the paper.Keywords: Fourier transform infrared spec
6、trometer， the basic principle， application， development and plastic products， spectral library.目录绪论51.进击的红外光谱仪：61.1.蜕变的发展：61.1.1初代：61.1.2二代：61.1.3三代：71.2.品牌的代言71.2.1.布鲁克（bruker）71.2.2.尼高力（nicolet）71.2.3.福斯（foss）82.红外光谱仪的基本原理82.1.工作原理：82.2.傅立叶红外光谱仪的组成：82.3.仪器概要及解析：92.4.优缺点：102.4.1.优点：102.4.2.缺点：113.理
7、论联系实际113.1.测量分析：113.1.1.样品收集：113.1.2.测试使用设备：133.1.3.样品制备：153.2.仪器操作流程：173.2.1.开机173.2.2.打开软件183.2.3.信号检测183.3.样品测试方法193.4.数据分析203.4.1.文件调入203.4.2.水汽补偿213.4.3.基线校正213.4.4.标峰位214.数据整理：235.注意事项：27结论28致谢29参考文献29绪论伴随着第三代红外光谱仪的问世，表明了其技术领域的发展有了较为长足的进步，摆脱了以往色散原理的调论，从干涉的角度另辟蹊径，并且已经日趋成熟，可以很好的适用于医药、烟草、塑料等产品材质分
8、析的领域。究其前景，还有很大的发展空间。其中以傅立叶红外光谱仪为典型代表，广泛应用于各个领域，为社会的发展，做出了较为可观的贡献。当然，它本身依然存在着不小的缺陷，比如固体压片或液膜法的制样颇为麻烦，光程很难控制一致，给测量结果带来误差。另外，无论是添加红外惰性物质或是使用压片磨具，都会给粉末状态的样品造成形态变化或表面污染，使其在一定程度上失去其“本来面目”，虽然微不可查，但不容否认。因此，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（ATR附件）应运而生，在很大程度上弥补了以上的不足。但瑕不掩瑜，虽有缺陷，不过干涉原理的应用，是里程碑般的进步，本文依旧将以3代傅立叶红外光
9、谱仪作为本次课题的主要研究用工具。1. 进击的红外光谱仪：1.1. 蜕变的发展：纵观红外光谱仪的发展历程，我们大致可以将其分为初代（雏形）、二代（成长）和三代（成熟）。1.1.1 初代：它是红外光谱仪的发展雏形。主要用棱镜作为分光元件，但是分辨率较低，对温度、湿度比较敏感，总的来说，对环境要求甚是苛刻。如图1，是以现代工艺制作的棱镜式色散型红外光谱仪模型。图11.1.2 二代：它是光谱仪的重要进步，虽然依然是基于色散原理，不过却是采用了先进的光栅刻制和复制技术，提高了仪器的分辨率，拓宽了测量波段，大大降低了环境要求，是其发展历程的重要成长。如图2，是光栅型色散式红外光谱仪。图21.1.3 三代
10、：发展到第三代，这项技术已经趋于成熟，不仅从根本上打破了色散原理的桎梏，更是大胆的使用了干涉原理，发展出干涉型红外光谱仪，各项性能在二代基础上均得到了极大的提高。不得不说，创新才是硬道理。其中傅立叶变换红外光谱仪则是干涉型红外光谱仪的典型代表，特性优良，功能完善。如图3：图31.2. 品牌的代言以3代为例，让我们了解一下各品牌的代表：1.2.1. 布鲁克（bruker）图41.2.2. 尼高力（nicolet）图51.2.3. 福斯（foss）图62. 红外光谱仪的基本原理2.1. 工作原理：以傅立叶变换红外光谱仪为例，做以下介绍1） 光源产生的光由于分束器作用，形成光程差，产生干涉；2） 干
11、涉光通过样品室后，含有样品信息的干涉光会到达检测器；3） 然后通过放大器放大信号；4） 为了便于计算机存储，再通过A/D变换器将模拟信号转变为数字信号；5） 数字信号通过傅立叶变换对信号进行处理，最终得到透过率或吸光度随波数或波长变化的红外吸收光谱图。（可参考下图7的图形介绍）2.2. 傅立叶红外光谱仪的组成：由光源、样品室、测光部分(干涉仪、检测器、放大器，A/D变换器、脉冲信号发生器)、傅立叶变换、数据处理、显示记录等部分组成。图7傅立叶红外光谱仪结构示意图2.3. 仪器概要及解析：1） 光源：由光源用发射体、光源用电源等组成。a. 光源发射体使用碳化硅、镍铬合金、陶瓷等发射材料，目的是发
12、射稳定的红外线。b. 光源用电源向光源提供稳定的电压和电流。2） 样品室：由样品池、样品架、可组装附件的样品架组成。傅立叶变换红外光谱仪通常是单光束光谱仪，光路中设置一个样品架。多光束红外光谱仪在样品光路和参比光路分别设置样品架。图83） 测光部分：测光部分由干涉仪、检测器、放大器、A/D变换器、脉冲信号发生器等组成。4） 干涉仪：一般使用迈克尔逊干涉仪，其光学系统如图9所示。5） 检测器：根据人射光的强度变换成电信号，使用热电型检测器、半导体检测器、光声检测器等。6） 放大器：放大检测器传出的模拟信号，使以后的信号处理系统处理方便。7） A/D变换器：为了使放大器的信号储存在计算机的存储器中
13、，把模拟信号变为数字信号。8） 脉冲信号发生器：测定干涉图形时作为脉冲使用，通常使用氦氖激光。图9迈克尔逊干涉仪光学系统示意图9） 傅立叶变换：数字化的干涉图形经过傅立叶变换变化成光谱。10） 数据处理：对得到的数据，进行透过率吸光度变换、峰检测、定量计算、光谱差计算、基线校正、K-M变换、K-K变换、光谱数据检索等处理。11） 显示记录：在屏幕上显示分析结果、数据处理结果，由显示器、记录器组成。2.4. 优缺点：2.4.1. 优点：a. 仪器的分辨率较高，测量波段很宽，环境要求较低，测量数据较为准确。2.4.2. 缺点：a. 固体压片或液膜法制样麻烦，光程很难控制一致，给测量结果带来误差。另
14、外，无论是添加红外惰性物质或是压片磨具，都会给粉末状态的样品造成形态变化或表面污染，使其在一定程度上失去其“本来面目”b. 大多数物质都有独特的红外吸收，多组分共存时，普遍存在谱峰重叠现象。c. 透射样品池无法解决催化气相反应中反应物的“短路”问题，使得催化剂表面的吸附物种浓度较低，影响检测的灵敏度。d. 不能用于原位(在线)研究，只能在少数研究中应用。3. 理论联系实际傅立叶红外光谱的使用已经涵盖了多项领域，无论是医药、烟草，还是塑料产品的认证等等下面我将就塑料产品领域进行分析、探讨。3.1. 测量分析：3.1.1. 样品收集：为了测试数据的更加全面，必须先做好前期测试样品的收集工作，务必使样品的种类全面、准确且具有代表性。如下图，是各个厂家的塑料粒子图示： 图10 图11 图12 图13 图14 图15 图16 图17图18以上将是本次研究课题的主要样品的一部分，由于样品量较大，其他不再一一罗列。只筛选典型代表。3.1.2. 测试使用设备：1） 玛瑙研钵：研磨样品时使用。图192） 溴化钾粉末（分析纯）：与粉末状样品混合研磨，便于压片。（研钵内白色粉末为溴化
