红外光谱测试原理

第四章 红外光谱仪的使用

第一节 概述

红外吸收光谱法（简称红外光谱法，infrared absorption spectroscopy，IR）是鉴别 化合物和确定物质分子结构的常用手段之一。利用红外光谱法还可以对单一组分或混 合物中各组分进行定量分析，尤其是对于一些较难分离，并在紫外、可见光区找不到 明显特征峰的样品可方便、迅速地完成定量分析。

红外光谱仪（infrared spectrophotometer）的发展大致经历了这样的过程：第一代 的红外光谱仪以棱镜为色散元件，由于光学材料制造困难，分辨率低并要求低温低湿 等，这种仪器现已被淘汰。二十世纪 60 年代后发展的以光栅为色散元件的第二代红 外光谱仪，分辨率比第一代仪器高得多，仪器的测量范围也比较宽。二十世纪 70 年 代后发展起来的傅立叶变换红外光谱仪是第三代产品。目前商品红外光谱仪主要是色 散型红外光谱仪和傅立叶变换红外光谱仪（FT­IR）两种，常用的是 FT­IR 光谱仪。

一、仪器工作原理和主要部件

1．色散型红外光谱仪

色散型红外光谱仪（Dispersion infrared spectrophotometer）按测光方式的不同， 可以分光学零位平衡式与比例记录式两类。其结构图见图 4­1 和图 4­2

。

图 4­1 光学零位平衡式的结构示意图

光学零位平衡式的仪器是把调制光信号经检测与放大后，用以驱动参比光路上的 光学衰减器，使两束光的能量达到零位平衡。同时记录仪与光学衰减器同步运动以记 录样品的透射比。

比例记录式仪器是把调制光信号经检测与放大后分离，通过测量两个电信号的比

例而得出样品的透射比。

图 4­2 比例记录式的结构示意图

由图 4­1 和图 4­2 可知，不论是何种类型的色散型红外光谱仪，其基本部件均由 光源、样品室、单色器、检测器、放大器及记录机械装置等五个部分组成。

2． 光源 红外光谱仪中的光源通常是一种惰性固体，用电加热使之发射

高强度连续波长的红外光。但每种光源只能覆盖一定的波段，所以红

外的全波段测量常需要几种光源。常用的光源如表 4­1 所示。

表 4­1 红外光谱仪常用光源

（2）样品室 红外光谱仪的样品室一般为一个可插入固体薄膜或液体池的样品 槽，如果需要对特殊的样品（如超细粉末等）进行测定，则需要装配相应的附件。红 外光谱仪的样品槽需要用可透过红外光的 NaCl、KBr、CsI 等材料制成窗片，使用时 需注意防潮。固体试样常与纯 KBr 混匀压片，然后直接进行测定。

（3）单色器 单色器由色散元件、准直镜和狭缝构成，复制的闪耀光栅是最常

用的色散元件，其分辨率高，易于维护。

（4）检测器 红外光谱仪中常用的检测器（也就是上面所说的探测）有高真空 热电偶，热释电检测器和碲镉汞检测器（MCT）等。热释电检测器响应速度快，噪声 影响小，能实现高速扫描，如氘化硫酸三甘钛（DTGS）、钽酸锂（LiTaO3）等。热释 电检测器常被用于傅立叶变换红外光谱仪中。汞镉碲（MCT）属光检测器，它灵敏度 高，适于快速扫描和 GC/FTIR 联机检测。

（5）记录系统 红外光谱仪一般都由记录仪自动记录谱图。新型的仪器还配有 微机，以控制仪器的操作、谱图的检索等。

2．傅立叶变换红外光谱仪

傅立叶变换红外光谱仪（Fourier transform infrared spectrophotometer，简称 FT­IR） 是二十世纪七十年代问世的，属于第三代红外光谱仪，它是基于光相干涉原理而设计 的干涉型红外光谱仪。傅立叶变换红外光谱仪具有扫描速度快，光通量大，分辨率高， 测定光谱范围宽，适合各种联机等优点。近年来 FTIR 发展很快，应用范围也越来越 广泛。

傅立叶变换红外光谱仪没有色散元件，主要由光源、干涉仪、检测器、计算机和 记录仪等组成。其核心部分是迈克尔逊干涉仪（见图

4­3）。它将光源来的信号以干涉图的形式送往计算机

进行傅立叶变换的数学处理，最后将干涉图还原成光

谱图。干涉仪由定镜、动镜、分束器和探测器组成，

其中分束器（简称 BS）是核心部分。分束器的作用

是使进入干涉仪中的光，一半透射到动镜上，一半反

射到定镜上，又返回到 BS 上，形成干涉光后送到样

品上。不同红外光谱范围所用的 BS 不同。BS 价格昂

贵，使用中要特别予以保养。BS 的种类及适用范围

如表 4­2

所示。

图 4­3 迈克尔逊干涉仪示意图 M1－定镜；M2－动镜；S－光源； D－探测器；BS－光束分离器

表 4­2 分束器分类及适用范围

傅立叶变换红外光谱仪工作原理见图 4­4。由红外光源 S 发出的红外光，经准直

为平行红外光束进入干涉仪系统，经干涉仪调制后得到一束干涉光。干涉光通过样品 Sa，获得含有光谱信息的干涉信号到达探测器（即检测器）D 上，由 D 将干涉信号变 为电信号。此处的干涉信号是一时间函数，即由干涉信号绘出的干涉图，其横坐标是 动镜移动时间或动镜移动距离。这种干涉图经过 A/D 转换器送入计算机，由计算机进 行傅立叶变换的快速计算，即可获得以波数为横坐标的红外光谱图。然后通过 D/A 转 换器送入绘图仪而绘出人们十分熟悉的标准红外光谱图。

图 4­4 傅立叶变换红外光谱仪工作原理示意图

S－光源；M1－定镜；M2－动镜；BS－分束器；D－探测器；Sa－样品；A－放大器；

A／D－模数转换器；D／A－数模转换器；Sw－键盘；O－外部设备

傅立叶变换红外光谱仪通常使用的光源是能斯特灯、硅碳棒或涂有稀土化合物的 镍铬旋状灯丝；检测器多使用热释电检测器和碲镉汞检测器；红外谱图的记录、处理 一般都是在计算机上进行的。目前国内外都有比较好的工作软件，如美国 PE 公司的

spectrum v3.01，它可以在软件上直接进行扫描操作，可以对红外谱图进行优化、保存、 比较、打印等。此外，仪器上的各项参数可以在工作软件上直接调整。

二、常用仪器型号和特点

常用红外光谱仪型号、性能与主要技术指标如表 4­3 所示。

表 4­3 常用红外光谱仪型号和特点

注：以上资料摘自骆巨新主编《分析实验室装备手册》，仅供参考。

第二节 4010 型红外分光光度计的使用

一、仪器主要技术参数

4010型红外分光光度计的主要技术指标如下:

波数范围：4000~400cm ­1

分辨率：1000cm ­1 附近窄缝1.5 cm ­1 ；正常缝3.5 cm ­1

波数精度：4000~2000cm ­1 ≤±4 cm ­1

2000~400 cm ­1 ≤±2 cm ­1

波数的重复性：4000~2000cm ­1 ≤±2 cm ­1

2000~400 cm ­1 ≤±21cm ­1

横坐标扩展：×5，×1，×0.5三种

纵坐标扩展：从×0.1到×99由键盘输入

透射比重复性: ≤1%

扫描时间：3种狭缝程序各有三种标定时间，6、12、60min

杂散光：≤1%

电压与功率要求：220V/400W，50Hz

二、仪器结构

1

．仪器工作原理

图 4­5 4010 型红外分光光度计工作原理示意图

4010 型红外分光光度计为双光束零位平衡式红外光谱仪，其工作原理如图 4­5 所 示。仪器以硅碳棒作光源，光栅为色散元件，热释电探测器为检测器，其自动控制程 序由微处理机控制。微处理机接收到由键盘来的信号，作出相应的命令，驱动机构动 作。

2．光路系统

仪器光路图见图 4­6。

图 4­6  4010 型红外分光光度计光路图

S­光源；M1、M3­平面反射镜；M3 、M4­球面镜；M5、M6、M9­平面反射镜；M7­半圆镜；M8­

M10­离轴抛物镜；S1­入射狭缝；S3­出射狭缝；G­平面光栅；M13­检测器；W3­样品池；W4­参比池；

2．面板上控制器和指示器的仪器功能

4010 型红外分光光度计的键盘如图 4­7 的所示。

键盘面版上字符含意如表 4­4 所示。

表 4­4 键盘面版上字符含意

图 4­7 4010 型红外分光光度计键盘示意图

三、仪器基本操作方法

1．开机预热 插上电源线，开启仪器电源开关，预热 30min。同时，仪器进入初 始化状态。当仪器面板上如下状态（见表 4­5）时，表示初始化完成，可进入下步操 作。

表 4­5 初始化时仪器面板显示的状态

2． 调整 100%

光楔位置 当仪器的样品光束中未插上聚苯乙烯薄膜， 而 “Ordinate” 不是显示 100 时，应用 100%↑键或 100%↓键，使其显示 100。

3．样品测定（以聚苯乙烯为例）

（1

）正常全波数扫描，记录透射比曲线 在样品槽内插入聚苯乙烯薄膜样品， 按（

2）正常全波数扫描，记录吸光度曲线 按Absorbance”位置指 示灯亮时，停止按键。这时仪器已处于吸光度方式。在样品槽内插入聚苯乙烯薄膜样 品，按Scan

指示灯亮，扫描开始，得全程扫描的聚苯乙烯吸光度曲线图谱。

（3）正常全波数扫描，记录单光束曲线 采用 Slit“2” ，按“

Mode” 显示框内 Singhe Beam 的指示器灯亮时，表示已进入单光束方式（此时，笔的位置应 停在记录纸的 80%位置，样品槽内不放置任何样品）。按Scan 指示灯亮，全 程扫描开始，得到一张记录仪器能量情况的单光束曲线（注意：仅对 Slit“2

”有效）。

­1 ­1 （4）记录从 3900cm ~2500cm （操作者可根据检测需要设定高低限值）的透射

比曲线 依次按数字键 3、9、0、0，然后按High”位置

显示 3900 数值）。再依次按数字键 2、5、0、0，然后按

（此时，显示框的“Low”

位置显示 2500 数值。这样扫描高低限已设定完毕）。在样品槽上放上样品，按 ­1 ­1 键，指示灯亮。仪器开始扫描从 3900cm 起到 2500cm 结束的聚苯乙烯透射比曲线。

­1 扫描至 2500cm 自动停止。

­1 ­1 （5）记录从 3900cm ~2500cm 的透射比曲线 按

选择吸光度

­1 Absorbance 方式。 由键盘输入高低限，

插上样品， 按仪器开始扫描从 3900cm

­1 ­1 起到 2500cm 结束的聚苯乙烯吸光度曲线，扫描至 2500cm 自动停止

（操作者可根据

检测需要设定波数的高低限值）

如果要在一张图谱上重复扫描 5 次，应在设定好上下限后，先按

再铵数字键 5，按 5 次的曲线。

（6）基线校正 仪器规定基线校正在记录纸上透射比为 90%

的位置进行。

① 按  60%，可从面板上透射比值的变化观察，当透射比 为 90%时，即是合适的位置。

­1

② 按

400cm 时，

表示记录完毕。

③ 按扫描 J0 线（注意，当 J0 线作内部记

­1 录时若中途停止，则再要继续，需从 4000cm 重新开始）

。

四、红外光谱仪辅助设备的使用

1．压片机

（1） 压片机的构造 压片机是由压杆和压舌组成 （见图 4­8）， 压舌的直径为 13mm， 两个压舌的表面光洁度很高，以保证压出的薄片表面

光滑。因此，使用时要注意样品的粒度、湿度和硬度，

以免损伤压舌表面的光洁度。

（2）压片操作 先将其中一个压舌放在底座上，

光洁面朝上，并装上压片套圈，研磨后的样品放在这

一压舌上； 再将另一压舌光洁面向下放在样品上， 并稍轻轻转动以保证样品平面平整， 然后按顺序放压片套筒、弹簧和压杆，加压 10t，持续 3min。拆片时，将底座换成取 样器（形状与底座相似），将上、下压舌及中间的样品和压片套圈一起移到取样器上， 再分别装上压片套筒及压杆，稍加压后即可取出压好的薄片。

（3）压片质量不正常原因分析

压片操作虽不复杂， 但压制过程中经常会出现一些不正常规象， 其原因分析如下：

表4­6 KBr压片质量不正常原因分析

2．液体池

（1）液体池构造 如图 4­9 所示，液体池是由后框架、垫片、后窗片、间隔片、 前窗片和前框架 7 个部分组成。一般后框架和前框架由金属材料制成；前窗片和后窗 片为氯化钠、溴化钾等晶体薄片；间隔片常由铝箔和聚四氟乙烯等材料制成，起着固 定液体样品的作用，厚度为 0.01～2mm。

（2）液体池的装样操作 将吸收池倾斜 30°，用注射器（不带针头）吸取待测 的样品，由下孔注入直到上孔看到样品溢出为止，用聚四氟乙烯塞子塞住上、下注射 孔，用高质量的纸巾擦去溢出的液体后，便可进行测试。

在液体池装样操作过程中，应 注意以下几点：

① 灌样时要防止气泡； ② 样品要充分溶解，不应有不 溶物进入液体池内；

③ 装样品时不要将样品溶液 外溢到窗片上。

图 4­9 液体池组成的分解示意图

（3）液体池的清洗操作 测 试完毕，取出塞子，用注射器吸出

1－后框架；2－窗片框架；3－垫片；4－后窗片； 5－聚四氟乙烯隔片；6－前窗片；7－前框架

样品，由下孔注入溶剂，冲洗 2­3 次。冲洗后，用吸耳球吸取红外灯附近的干燥空气 吹入液体池内以除去残留的溶剂，然后放在红外灯下烘烤至干，最后将液体池存放在 干燥器中。注意！液体池在清洗过程中或清洗完毕时，不要因溶剂挥发而致使窗片受 潮。

（4）液体池厚度的测定

根据均匀的干涉条纹的数目可测定液体池的厚度。测定的方法是将空的液体池作 为样品进行扫描，由于两盐片间的空气对光的折射率不同而产生干涉。根据干涉条纹

­1

的数目计算池厚（如图 4­10 所示）。一般选 1500~600cm 的范围较好，计算公式如下：

n æ 1 ö

÷ b = 2 è  1 - 2 ÷ ø

式中，b 是液体池厚度，cm；n 是两波数间所夹的完整波形个数； 1 、 2 分别为

­1

起始和终止的波数，cm

。

图 4­10 溶液的干涉条纹图

3．气体池

测定气态样品光谱时都使用气体池。

（1）气体池构造 它分为常量气体池，小型气体池、 长光程气体池及 GC­FTIR 联用技术用的气体池（称为光管） 等。常量气体池的光程一般为 10cm，其圆形玻璃池体的容积 约为 120mL,两端用 KBr 或 NaCl等可透过红外光的窗片，再 用金属螺旋帽通过密封垫圈压紧窗片将气体池密封，如图 4­11 所示。

（2）气体池的装样操作

气体池进样装置如图 4­12 所示。必要时可 在采样瓶和气体池之间可再串接气体干燥装 置。装样的操作步骤如下：

① 先用干燥空气流冲洗气体池。 ② 按图 4­12 将装置连接好。

③ 关闭采样瓶活塞，开启气体池的进出口 活塞，使三通活塞处于抽气的位置。

④ 用真空泵抽去系统中的空气和水蒸气，在保护样品的情况下（例如将来样瓶 预先置于冷阱中使待测气体充分冷却），间隙地稍微打开采样瓶上端活塞 1～2 次，

以抽去气样中及管道接口中的杂质气体。

⑤当水银压力计指示到泵的极限抽空值时，将三通活塞转换至进样位置，并停止 抽气。观察压力计的指示值 1～2min，如压力计指示值不下降则说明系统中不漏气。

⑥进样时缓缓开启气体采样瓶上端的活塞，待压力计的汞柱指示到所需压力时， 关闭气体和采样瓶的活塞，取下气体池即可进行气体的光谱测绘。

⑦气体池和进样系统用毕后，用干燥空气流（或干燥氮气流）冲洗残留气体，以 免影响下次测定结果。

五、仪器的调校方法

­1 ­1

色散型红外分光光度计按波数范围不同可分为 A （4000 cm ～650 cm ）、B（4000 ­1 ­1 ­1 ­1

cm ～400 cm ）、C（4000 cm ～200 cm ）三类。国家计量检定规程 JJG681­90 规定

了各类色散型红外分光光度计各项技术要求指标（见表 4­7）。

表 4­7 色散型红外分光光度计各项技术要求指标

实际工作中，使用者常常要对表 4­6 中部分主要项目进行检定，检定方法如下： 1．准备

①

开机预热 30min 后，设置仪器处于常用缝宽，光学零位平衡式仪器在正常增益

②

的条件下检查仪器的电平衡 ，并使之处于适当的位置。

2．波数正确度与波数重复性的检定

以聚苯乙烯（厚度为 0.03mm 的标准片）的吸收带作参考波数（见表 4­8） 。在仪 器的起始波数处，分别校准仪器的透射比 0%与 100%。调整走纸旋钮与波数度盘的位 置，使记录笔精确地置于仪器的起始波数处。将聚苯乙烯标准片插入样品架中，以常 用的扫描速度从高波数向低波数进行全波段扫描，打印数据。重复扫描三次，读取表 所对应的各吸收带的波数值。按下式计算波数正确度（ ）： u

1 n

D=å s i - s t u

n i = 1

式中， s i 为波数测得值； s t 为参考波数值；n为测量次数。

按下式计算波数重复性（ R ： s ）

R s min s = s max -

式中， s max 为波数测得值的最大值； s min 为波数测得值的最小值。

表 4­8 聚苯乙烯标准片主要吸收带的波数值

（4­1）

（4­2）

3.透射比正确度与透射比重复性的检定

­1 （1）在波数 1000cm 处分别校准仪器的透射比 0%与 100%，分别用 10%与 50%

标准扇形板定波数测量仪器透射比，重复测量 3 次。不能定波数扫描的仪器，可在

­1

（1100～900）cm 波段内扫描，量取透射比的平均值作为扇形板的测得值。重复测量

3 次。

按下式计算透射比正确度（ D ： t ）

①

把记录笔调到透射比 50%左右，分别在样品光束及参比光束中给予 20%的信号变化后，笔能迅速回到原来位置，其中冲量≤3%时， 即为正常增益。 ②

把记录笔调到透射比 50%左右，极快地关闭双光束的光光门，记录笔不发生移动即为电平衡适宜。

1 n

D t i - t r t = å n i = 1

式中， t i 为透射比测得值； t r 为透射比实际值；n为测量次数。

（4­3）

（2）在仪器的起始波数处，分别校准仪器的透射比 0%与 100%，以适当的扫描 速度对聚苯乙烯标准片进行全波段扫描，重复测量 3 次，打印数据。读取表 4­8 所列 的各吸收带的值。按下式计算透射比重复性（ R t ）

Rt  = t max - t min

式中， t max 为透射比测得值的最大值； t min 为透射比测得值的最小值。

4．杂散辐射的检定

在仪器起始波数处，分别精确地校准仪器的透射比 0%与 100%，根据仪器的波数 范围，选择合适的滤光片，分别在其所对应的波段内扫描，所得出的透射比即为该波 段的杂散辐射，其最大值应符合表 4­7 中杂散辐射的要求。

六、仪器的维护和保养 1．工作环境

（1）温度 仪器应安放在恒温的室内，较适宜的温度是 15℃~28℃。 （2）湿度 仪器应安放在干燥环境中，相对湿度应小于 65%。

（3）防震 仪器中光学元件、检测器及某些电气元件均怕震动，应安置在没有 震动的房间内稳固的实验台上。

（4）电源 仪器使用的电源要远离火花发射源和大功率磁电设备，采用电源稳 压设备，并应设置良好的接地线。

2．日常维护和保养

（1）仪器应定期保养，保养时注意切断电源，不要触及任何光学元件及狭缝机 构。

（2）经常检查仪器存放地点的温度、湿度是否在规定范围内。一般要求实验室 应装配空调和除湿机。

（3）仪器使用后，用软纸或软布擦笔杆及机器上沾有的墨水、灰垢的表面。

（4­4）

（4）仪器中所有的光学元件都无保护层，绝对禁止用任何东西揩试镜面，镜面 若有积灰，应用吹气球吹。

（5）各运动部件要定期用润滑油润滑，以保持运转轻快。

（6）仪器不使用时用软布遮盖整台机器；长期不用，再用时要对其性能进行全 面检查。

3．主要部件的维护和保养

（1）能斯特灯的维护 能斯特灯是红外光谱仪的常用光源，要求性能稳定和低 噪声，因此要注意维护。能斯特灯有一定的使用寿命，要控制时间，不要随意开启和 关闭，实验结束时要立即关闭。能斯特灯的机械性能差，容易损坏，因此在安装时要 小心，不能用力过大，工作时要避免被硬物撞击。

（2）硅碳棒的维护 硅碳棒容易被折断，要避免碰撞。硅碳棒在工作时，温度 可达 1400℃，要注意水冷或风冷，即不能断冷却水或吹风。

（3）光栅的维护 不要用手或其他物体接触光栅表面，光栅结构精密，容易损 坏，一旦光栅表面有灰尘或污物时，严禁用绸布、毛刷等擦拭，也不能用嘴吹气除尘， 只能用四氯化碳溶液等无腐蚀而易挥发的有机溶剂冲洗。

（4）狭缝、透镜的维护 红外光谱仪的狭缝和透镜不允许碰撞与积尘，如有积 尘应用洗耳球或软毛刷清除。一旦污物难以去除，允许用软木条的尖端轻轻除去，直 至正常为止。开启和关闭狭缝时要平衡、缓慢。

（5）使用后的样品池应及时清洗，干燥后存放于干燥器中。 七、常见故障分析和排除方法

4010 型红外分光光度计常见故障原因分析及排除方法见表 4­9。

表 4­9

4010 型红外分光光度计常见故障及排除方法

第三节 WQF­310 型 FT­IR 光谱仪的使用

目前国内外的傅里叶变换红外光谱仪有多种型号，性能各异（见表 4­3），但实

际操作步骤基本相似。下面以国产 WQF­310 型为例说明傅里叶变换红外光谱仪的使 用。

一、仪器主要技术参数

WQF­310型FT­IR光谱仪的主要技术指标如下：

­1 波数范围：7000­400cm ­1

分辨率：1.5cm ­1

波数精度： 0.0l cm

透射比重复性：0.5%T

­1

100%τ线信噪比：2100cm 附近 ，32 次扫描(相当于1min测量), S/N优于10000∶

1 （RMS值）

100%T 线倾斜：

­1

波数/cm

100%τ线指标 98～102%τ 99.5～100.5%τ 99.5～100.5%τ

500～800 1900～2200 2800～3200

4000～4400

扫描速度： 0.2～2.5cm/s，可选择。

探测器： DTGS（标准配置）或MCT（任选）。 A/D 变换器：16 位ADC 二、仪器结构 1．主要部件

98.5～l01.5%τ

WQF­310 型 FT­IR 光谱仪由以下几个部分组成:红外光源、干涉仪、样品室、红 外探测器，以及电路系统和数据系 统。如图 4­13 所示。

仪器采用模块化积木式结构。光 源、干涉仪、探测器及样品室等模块 相互独立，而各模块之间的光路耦合 则通过标准光路接口来实现。这样， 不仅使用灵活、方便，而且还提高了 仪器的能量通量。

（1）光源 WQF­310型FT­IR光谱仪采用高性能空气冷却高效球反射红外光源。 （2）折射扫描干涉仪 仪器采用的是折射扫描干涉仪（见图4­14）。

与传统的迈克尔逊干涉仪相比， 折射扫描干涉仪具有高稳定性、 高光通量等优点， 大大降低了传统干涉仪对使用环境的苛刻要求，显著提高了FT­IR光谱仪的可靠性。 WQF­3lO 型 FT­IR 光谱仪的干涉仪是密封防潮的。光源与干涉仪之间，干涉仪与样品 室外光路之间，均通过加 KBr 窗片及密封圈的方法密封，可有效防止溴化钾分束器和

补偿镜的潮解问题，降低仪器对使用环境的要求。

WQF­310 FT­IR 光谱仪中的干涉仪是 由专用的微处理器来控制的，并独立于数 据系统的主计算机，二者之间通过高速局 域网络进行数据通讯。

（3）检测器 采用 DTGS（氘化硫酸 三甘钛）红外探测器。

2．电路系统

WQF­310型FT­IR光谱仪电路系统的主要功能是：干涉仪伺服控制，数据采集与 处理以及数据通讯等。整个电路系统的原理框图如图4­15所示，主要由OHP、OHC 、 OHS及MIO四块电路板组成。

OHC 的作用是干涉仪的伺服控制；OHP 是微处理器板（采用 Inte180186 微处理 器）；OHS 进行红外信号处理（采用 16 位的 A/D 变换器）；而 MIO 是接口电路，负 责微处理器与主计算机 CPU

之间的通讯。

图 4­15  WQF­310 型 FT­IR 光谱仪电路系统原理框图

3．数据系统

WQF­310 FT­IR光谱仪的数据系统采用的是IBMPC兼容的80586微机。FX­70是 WQF­310 FT­IR光谱仪的标准操作软件，提供常规的光谱仪操作、数据处理和数据分 析功能。

三、数据采集基本过程

WQF­310 型 FT­IR 光谱仪是精密光学仪器与计算机技术的结合，

光谱仪的所有操

作都是由计算机控制的，操作命令（请参阅《FX­70 操作软件使用说明书》）由键盘 输入。主要的操作命令见表 4­10。

数据采集基本过程是：气体吹扫→检查信号和设置增益→采集本底光谱→放置样 品→采集样品光谱。

表4­10 主要操作命令及其用途

1．气体吹扫

­1 ­1 ­1

通过气体吹扫可减少在2350cm 和668cm 处的较大C02吸收带和3750cm 及 ­1 ­1

1600cm 附近的水蒸气吸收峰。采集低分辨率光谱时，不一定需要吹扫；但对于l cm

或更高分辨率的光谱， 使用吹扫来消除C02和H2O区的总吸收， 可以提高仪器的信噪比。

开始吹扫时，可用“TSTB”（测试本底光谱）命令（请参阅 FX­70 软件说明书） 监测吹扫的进程。 “TSTB”命令每次将显示一个单次扫描的本底光谱，并不断地刷新。 由于光谱的吸收总量与物质总量成正比，因而通过吸收峰高低的变化，可大致估计出 系统中剩余 CO2 和水蒸气的总量。 当 CO2 和水蒸气吸收带已收缩到令人满意的程度或 基本消失时，系统就可以工作了。

2．检查信号和设置增益

在进行本底和样品扫描之前，先要检查探测器信号的幅度是否合适。通过改变信 号增益设置可控制信号的大小，使用“AUTOGAIN”命令自动设置增益，或手动设置 增益。

检查信号幅度的方法之一是使用TSTB命令。 本底光谱的峰值最好保持在40～70% τ（透射比）之间，图4­16是一个典型的中红外系统的本底。如果未达到要求，就应

调节增益设置。观察本底时，还应注意探测器是否饱和。若在探测器的截止点（DTGS

­1 探测器约为400cm ）处出现基线上升的现象，就表明探测器已饱和。一旦出现饱和，

只要在光路中的适当位置插入光束衰减网即可。

图 4­16 典型的中红外系统的本底光谱图

① 另一种方法是使用TSTI（测试干涉图）命令。检查干涉图中零光程差点 处的信

号，其幅值最好为±45（这也是“AUTOGAIN”命令用以自动设置增益的极限值）。 如果信号比该极值高得多或低得多，就需调节增益设置。

有些时候， 必须通过光束衰减和增益调节两种方法， 才能获得信噪比最佳的信号。 由于仪器出厂前已经过调试和优化，因此，开始使用时一般无需考虑光束衰减，只需 根据信号的幅度适当调节增益设置。

增益设置好之后，不要轻易地改变。但如果改变了采样结构，例如，使用某个采 样附件或转向通往另一个探测器的外光路，就应重新检查信号，并设置适当增益。

除信号增益外，还有其它一些数据采集参数（参见“AQPARM”命令），例如波

② ③ ④ ⑤ 数范围、分辨率 、扫描次数、截趾函数 、相位校正 、充零 等。开始扫描之前，所

有的数据采集参数都被赋于省缺（预置）值，除非改变其中部分或全部的参数值，从 而允许立即开始数据采集而不必每次扫描前都要先进行选值。

①

② 动镜和固定镜与分束器的等距离点称为零光程差（ZPD）点。 光谱仪的分辨率是指其鉴别两个不同波长的峰值的能力。FT-IR 光谱仪的分辨率取决于最大光程差，光程差越大，仪器原分辨率就越

-1 -1 高。具有 2 ㎝ 分辨率的光谱仪可以将相隔 2 ㎝ 的两个峰值区分开。

③ 所谓截趾是通过加权重函数的方法来消除由于干涉图两端数据的突然截断而形成的主吸收峰两侧的小峰。在进行定量测量时，所有 光谱均应使用同一截趾函数。

④ 由于光学、电学、及采样等因素的影响，使各个波长的余弦分量发生了不同的相移，从而使干涉图变得在零光程差点或中央极大值 附近不对称。因此必须对干涉图进行校正，以恢复其原形。

⑤ 由于干涉图数据的采集只能在有限小的间隔中进行，因此所得光谱数据点之间必须要进行数据的线性内插，这样就产生了明显的台

阶效应。另外，由于实际的透射比或吸光度可能与线性内插值不相等，因此内插还会导致精度的明显降低。为了获得更准确的光谱曲 线，干涉图的末端被“填充”以零数据点，且所填充的这些附加数据点将和其他数据点一起进行傅立叶变换。这种为干涉图增加数据 点的输入过程称为“充零”。

注意，对于那些用于对光谱进行数学处理的参数（如截趾函数和相位校正），必 须在采集本底光谱之前改变，千万不要在本底光谱和样品光谱采集之间改变这些参 数。

3．采集本底光谱

由于必须将空气中的 CO2 和 H2O 的吸收峰“减去”，所以每次样品扫描都要除以 本底扫描。本底扫描的累加次数愈多，信噪比愈高，从而有效地抑制随机噪声。一般 本底扫描至少应累加两次以上。当环境比较稳定时，一个本底光谱可用于多个样品扫 描或在相对较长的一个时间内使用，在这种情况下本底扫描次数至少应比样品扫描次 数多一倍。每当改变样品采样方式，如使用采样附件，或改变数据采集参数时，就应 重新采集一个新的本底光谱。

4．放置样品和采集样品光谱

一般样品可放置在样品室中的常规样品架上测量。而对于特殊样品，就可能要用 到一些采样附件，如水平或可变角ATR（衰减全反射）附件，漫反射或镜面反射附件， 光声光谱附件等。有关各种附件的样品放置方法，请参阅相应附件的使用说明书。

样品放置妥当之后，盖上样品室的盖子。需要的话，系统进行再一次的气体吹扫 （约 2min），而后就可开始样品扫描，采集样品光谱。

四、仪器的操作

1．开机和关机操作

（1）打开吹扫气体 缓慢打开吹扫气，先将气流速度首先应设置为1.18L/min。 开始吹扫后，再把气流逐渐提高到4.7L/min至9.4L/min，以保证气流能够通过所有的分 支线接到样品室和其它附件上。注意！任何情况下，气体压力都不应超过0.2Mpa的极 限。

如果未使用气体吹扫，则可直接进入下一步操作。

（2）接通光谱仪主机的电源 打开光谱仪主机中电气箱后面板上的电源开关， 预热60min（电气箱预热10min就可以正常工作，而干涉仪则需要40min至60min才能完

全稳定）。在这段时间内，仪器基线可能会发生微小的漂移。

（3）接通数据系统的电源

① 打开显示器的电源开关。检查计算机的软盘驱动器，看其中是否装有磁盘， 若有磁盘，应将其取出。

② 打开计算机主机的电源开关，观察屏幕显示。此时，屏幕上的信息不断出现 并迅速向上翻滚，当程序结束时，屏幕底部出现这样一个提示符: c:＼ftir＼userO> 给出当前所在的磁盘驱动器和路径，最右边一个闪烁的光标“>”表示可以继续。

（4）检查仪器运行状况，测试仪器本底光谱（TSTB）

键入：TSTB命令，屏幕转向图形显示模式，并出现一个大的窗口，本 底光谱曲线显示在该窗口中，并不断地刷新，直至敲一下键，中止该程序。

如果未使用气体吹扫，可直接按 “（5）”继续操作。

­1 如果正使用气体吹扫，此时可观察到屏幕上的本底光谱曲线的缓慢变化，750cm

­1 1 ­1 和l600cm 附近的H2O吸收，以及2350cm 和668cm 处的CO2峰逐渐变小， 当H2O和CO2

吸收带减小到一个合适的水平（本底光谱的峰值保持在40%～70%τ之间，光谱图参 见图4­16）时，就可将吹扫气流减至2.35 L/min。至此系统可以正常工作。

（5）接通外部设备的电源 如果还要使用一些外部设备，如打印机或GC/IR接口 等采样装置，应将它们与光谱仪主机连接好，并打开其电源开关。

（6）关机 从软驱中取出所有的磁盘，切断数据系统的电源，切断光谱仪主机 的电源。

注意！仪器连续工作时，其间最好不要切断干涉仪的电源，以节约开机时的预热 时间，并降低由冷热变化引起的机械应力。

2．采集和绘制样品光谱

（1）开机 按顺序打开光谱仪主机、显示器、计算机、打印机电源开关。

（2）采集本底光谱

① 用“TSTB”命令测试本底光谱

键入：TSTB ?〈 ENTER 〉

屏幕上出现TSTB（测试本底光谱）命令的帮助信息。敲任何一个键返回命令提示。 键入：TSTB〈ENTER〉

屏幕转向图形显示页，并迅速在屏幕上显示一个本底光谱图（见图4­16）。本底 光谱图的峰值应在40%～70%τ之间。如果所显示的信号幅度不令人满意，应改变信 号增益设置。

敲一下〈ESC〉键，终止TSTB程序（敲〈Q〉键也可退出该程序）。

用TSTB命令可快速检查信号幅度，以保证本底的正常运行，避免发生意外（如样 品室中残留有污物或旧样品）。

②用“AQBK”命令采集本底光谱

键入：AQBK?〈ENTER〉

屏幕上出现AQBK（采集本底光谱）命令的帮助信息。敲任何一键返回命令提示。 键入：AQBK〈ENTER〉

­1 采用省缺的参数设置采集并存贮本底光谱（32次扫描，4cm 分辨率）。在数据采

集的同时，光谱窗口之上的信息块中显示扫描次数及其它信息，并同光谱曲线一起， 每隔几次扫描，被刷新一次。

本底采集完成后返回命令提示。

③ 插入聚苯乙烯薄膜标准样品 快速地打开样品室盖，检查样品室有无异常情 况。将已准备好的聚苯乙烯薄膜样品迅速插入样品架，并立即关上样品室盖。

④ 用TSTS命令测试聚苯乙烯薄膜标准样品光谱 先用“TSTS”（测试透射比光 谱）命令，检查单次扫描的样品透射比光谱，以便在正式采集样品数据之前确认样品 是否放置合适。

键入：TSTS ?〈ENTER〉

屏幕显示TSTS的帮助信息。敲任意一键返回提示。

键入：TSTS〈ENTER〉

屏幕上出现与图4­17

类似的聚苯乙烯光谱。

图4­17 聚苯乙烯光谱

观察光谱，确认样品是否放置好。若光谱出现了全吸收，可能是样品架将光束挡 住。如果对信号不满意，可以改变某些参数设置，其中主要是增益。如果某些用于数 据数学处理的设置发生了改变，必须用新设置重新采集一个本底（若只改变增益，无 需采集新的本底）。

敲一下〈ESC〉键或〈Q〉键，结束程序。

⑤ 用“AQSP”命令采集样品透射比光谱

键入：AQSP ?〈ENTER〉

显示AQSP（采集透射比光谱）命令的帮助信息。敲任何一键，返回命令提示。 键入：AQSP POLYSTYl〈ENTER〉

仪器采集聚苯乙烯样品的透射比光谱，并存在一个名为“POLYSTY1.ASF”的文 件中（“POLYSTY”为“绘制光谱”）。扫描次数的省缺值为32，分辨率与本底光 谱相同。

数据采集完成后，在光谱的“标题”中，输入有关光谱的所有信息，以备将来光 谱的正确识别，然后敲一下〈ENTER〉键。

⑥ 打印样品光谱

打开打印机的电源并装好纸。直接从命令行打印聚苯乙烯光谱图。

键入：HPPLOT ?〈ENTER〉

显示HPPLOT的帮助信息，敲任何一键返回命令提示。

键入：HPPLOT POLYSTYl,DP〈ENTER〉

DP参数就是指用省缺参数绘制光谱图及有关注释和X及Y坐标。绘图完毕后，返 回命令行。

⑦ 关机 关闭打印机，从软驱中取出所有的磁盘，切断数据系统的电源，切断光 谱仪主机的电源。

3．光谱显示

首先打开显示器和计算机的电源开关。

由于大多数光谱文件都存在“＼FTIR＼USERO”子目录中，所以首先进入该子目

­1 录（仪器出厂前采集的分辨率为4cm 的聚苯乙烯测试光谱文件存在“＼FTIEQC”目

录中：QCnnnnPn.ASF ，其中nnnn指仪器编号的后四位数，Pn指P0­P9）。若已转到 另一个目录或驱动器，应

键入： C:〈ENTER〉或 D:〈ENTER〉（进入正确的驱动器）

CD＼FTIR＼USERO〈ENTER〉（进入正确的子目录）

（1）生成窗口

“CLR”命令是清除图像显示并生成规定数目的窗口的一种标准方法。可以在命 令中设定窗口数。如

键入：CLR 1〈ENTER〉

屏幕上的图像被清除，同时生成一个大的窗口。由于省缺窗口数是1, 所以CLR和 CLR l结果是一样的。

键入：CLR 2〈ENTER〉

清除屏幕上所有的数据并生成两个窗口。

键入：CLR 3〈ENTER〉

除屏幕上所有的数据并生成三个窗口。

键入：CLR 0〈ENTER〉

清除屏幕显示，且没有任何窗口生成。

（2）转换显示页

显示器有两种不同的显示页：PAGE 0是图象显示页；PAGE l是文本显示页。

键入：PAGE l〈ENTER〉

屏幕转向文本页。文本页通常用于显示较大的文件表，显示当前目录下的一列文 件。

键入：DIR〈ENTER〉

屏幕上出现当前目录中的文件表，从中可以找到所存的光谱文件。

键入：PAGE 0〈ENTER〉

从文本页再转向图像页，图像页没有任何变化。页转换之后，原有的信息将保持 不变。

键入：PAGE 1〈ENTER〉。

再一次返回目录表。一般说，图像页和文本页是相互独立的，在其中一页上的工 作不会影响另一页。但由于某些图像页上的操作需要在文本页上输出结果，因此，原 有的文本将翻卷上去，以为新文本提供空间。

键入：CLS〈ENTER〉

清除屏幕的文本区。DOS命令“CLS”（清屏）将清除PAGE l的显示（同时清除 PAGE 0上的四行命令区）。

键入：CLR 0〈ENTER〉

清除PAGE 0的显示而不生成任何窗口。

可见CLR 0 命令作用于图像页；CLS命令作用于文本页。

（3）显示光谱

“DISP”（显示光谱）命令很有用，它有几种使用方法。要了解DISP命令，可使 用帮助功能。

键入：DISP ?〈ENTER〉

DISP的内容较多，可以先将从最简单的开始。敲任意一键返回命令提示。

① 生成两个窗口。

键入：CLR 2〈ENTER〉

在下面的窗口中显示聚苯乙烯测试光谱。由于这个光谱不在当前目录中，所以必 须同时给出文件名和路径。

键入：DISP＼FTIR＼QC＼QCnnnnP 1〈ENTER〉

显示光谱文件时并不需要加文件扩展名，DISP命令将自动设为.ASF。如果文件扩 展名不是.ASF，文件名中还得加上扩展名。

DISP命令的最简单形式是使用省缺的窗口和曲线，即以红色（曲线l）在下面的 窗口（窗口1）中显示聚苯乙烯光谱。

注意！一个窗口中最多可显示三个光谱，而且，无论有几个窗口，屏幕上也最多 只能显示三个光谱（每个光谱一种颜色）。

② 在窗口2（上面的窗口）中显示所采集的POLYSTY1.ASF光谱。为了在屏幕上 同时显示两个光谱，必须为它们分配不同的颜色，即用一种没有用过的颜色，比如以 绿色来显示POLYSTY1。如果没有 POLYSTY1.ASF，就用另外一个文件替代。

键入：DISP POLYSTY1,2,2〈ENTER〉

在此命令中无需指定路径，因为POLYSTY1存在当前目录中。结果是，该光谱被 显示在测试光谱之上的窗口2中。

③ 清屏并重新生成显示，在同一个窗口中显示两个光谱以便于比较。则应

键入：CLR l〈ENTER〉

DISP\FTIR QC＼QCnnnnPl〈ENTER〉

DISP POLYSTY1,,2〈ENTER〉

注意！在第三个命令行中连续用了两个逗号，这是因为设定参数的次序不能变， 当省略了某一个参数时，必须用一对逗号来代替它。如没有规定窗口数，却要选择曲 线2，就要用一对逗号来代替窗口参数。

两个光谱文件很相似，叠加在一起时就如同一条曲线一样。但查看窗口之上曲线

信息区，看到的是两个光谱文件的信息。

④ 从显示中删去QCnnnnP1

键入：REMTRC 1〈ENTER〉

曲线l被删除，只剩下绿色曲线。注意，曲线1的文件信息也从信息块中删去。

（4）以不同的格式显示光谱

前面的操作，之所以能够在同一窗口中显示两个光谱，是因为这两个光谱的格式 相容。如果两个格式不相容的光谱，显示时将是什么情形？

首先，清屏。

键入：CLR 0〈ENTER〉

键入：DISP＼FTIR＼QC＼QCnnnnP1,1,1,3〈ENTER〉

文件名后的三个DISP命令参数分别是窗口数、曲线数和窗口大小。

仍使用窗口1和曲线1显示该文件。但此时的窗口要更小一些,因为窗口大小为3。 在窗口3中显示POLYETEl光谱

键入：DISP POLYETH 1,3,2〈ENTER〉

此时无需设定窗口大小，因为窗口已生成。另外两个参数是将文件分配到窗口3 （最上面的窗口）中，并用曲线2（绿）来显示。

当多条曲线被置于同一窗口中，要求它们的格式相容，而在两个不同窗口中的显 示两个光谱时，就不存在这个问题。如果在一个窗口中既要显示吸收光谱，又要显示 透射光谱，会发生什么情况呢?

键入：DISP POLYETH l,1,3〈ENTER〉

该窗口按照新曲线的格式被重新定义，原来的光谱消失。在中间的窗口中重新显 示聚苯乙烯测试文件。

键入：DISP＼FTIR＼QC＼QCnnnnP1,2,1〈ENTER〉

（5）显示部分光谱

DISP命令行中还可增加两个参数， 即起始波数和终止波数， 以显示光谱的一部分。

加上这两个参数后，只有这两点之间的光谱部分才被显示。

键入：CLR 0〈ENTER〉

开始时先不定义窗口。生成一个三个窗口的显示，并在三个窗口中依次显示光谱 中愈来愈小的部分，也就是将光谱放大。

键入：DISP AMMONGAS,1,1,3〈ENTER〉

在一个大小为3的窗口中显示完整的光谱。下面显示上述光谱的某一较小区域的情 况，以观察细节。

键入：DISP AMMONGAS,2,2,750,l250〈ENTER〉

注意！第二个窗口的水平坐标单位与第一个不同，它是按照一个较小的光谱范围 来定义的。进一步将光谱放大，生成一个具有范围更小的第三个窗口。

键入：DISP AMMONGAS,3,3,1000,1050〈ENTER〉

屏幕上同时出现了同一文件、不同范围的三条曲线。但在一个已定义的窗口中显 示光谱的局部曲线,结果将大不相同。

我们先显示一个完整的光谱，然后用REMTRC（删除曲线）命令删去这条曲线， 并在已定义的窗口中显示某一局部光谱。

键入：DISP AMMONGAS,1,1,1〈ENTER〉

REMTRC l〈ENTER〉

屏幕上有一个由完整光谱所定义的空的窗口。

键入：DISP AMMONGAS,,,,750,1250〈ENTER〉

逗号代表省略的窗口数、曲线数和窗口大小参数。由于这个窗口是按照全光谱范 围定义的，因此，将新的光谱置于其中时，局部光谱就将按照完整光谱的格式来定标。

（6）用“REVIEW”命令显示文件

“REVIEW”（列出和显示光谱）命令是一个列表和显示所存储文件的简便方法。 如果所需的文件不在当前目录，可按下面的方法来显示：第一，在发布命令之前改变 目录；第二，在命令行中指定路径；第三，发布命令后再改变目录。要在进入REVIEW

之前先改变目录，可使用CD命令转到根目录，所有的子目录都是建立在根目录下的。

键入：CD＼〈ENTER〉

屏幕上出现命令提示“d:＼”或“c: ＼”。再转向包含QC测试数据的目录（＼FTIR ＼QC）。

键入：CD＼FTIR＼QC〈ENTER〉

命令提示显示新的目录。

键入：REVIEMW〈ENTER〉

显示REVIEW屏幕。 屏幕主要包括屏幕底部的菜单、菜单之上的文件表、文件之 上的标题区（未显示光谱时是空白的）、显示光谱的窗口和用于描述文件的一个黄色 行等五个部分。

五、仪器的维护和保养

1．工作环境

为了保证 WQF­310 型 FT­IR 光谱仪的安全正常工作，必须满足仪器对使用环境 的要求。

（1）实验室环境和通风条件

① 实验室应保持洁净，无灰尘和烟雾。实验室室温应保持在15～30℃之间，相 对湿度的允许范围是20～80%。室内一般要求安装抽湿机。

② 实验室内和周围环境中应无可燃或易爆气体，无腐蚀性气体或其它有毒物质， 以避免仪器的损坏及由此产生的氢卤酸的腐蚀。

③ 仪器四周至少应保留10cm的空隙，以使空气流通，保持仪器通风口和通风窗 的正常工作，利于电学元器件、电源等散热。

（2）对实验台的要求 光谱仪应单独放置在一个稳定的台面上，应与电扇、马 达等持续振动物体分隔开来，以避免仪器受到振动或撞击。如果环境振动比较严重， 应考虑安装一个声阻尼底座。

（3）对电源和电缆的要求

① 配置一台电源稳压器，确保电源稳定在220V±10%的范围之内。

② 光谱仪系统应有专用的电源插座，不要与其它电器设备共用插座。

③ 仪器电源必须接地，不要取消保护接地或使用没有接地导体的延伸电缆。

④ 如果四周铺有地毯，应在仪器之下放置一块防静电的橡皮垫子。

2．日常维护和保养

（1）干涉仪是 FT­IR 光谱仪的关键部件，且价格昂贵，尤其是干涉仪中的分束 器，对环境湿度有很严格的要求，因此要特别注意保护干涉仪。当仪器第一次使用或 搁置很长一段时间再使用仪器时，首先应让仪器预热几个小时。若干涉仪工作不正常 应送厂方维修，不可自己打开干涉仪盖。

（2）应定时清扫（每 30 天清扫一次）电气箱背面的空气过滤器， 因为 一旦它 被灰尘阻塞，影响热交换，电学元器件就会因过热而损坏。当过滤器脏了以后，把它 取下来用吸尘器清扫或直接水洗，待干燥之后再重新装上。

（3）用清洁、干燥的气体吹扫仪器，可消除空气中物质如水蒸气和 CO2 的影响。 吹扫气体必须采用干燥的压缩空气（很干净且露点为 40℃）或干燥的氮气，其压力不 应超过 0.2MPa。

（4）红外光源应定期更换。一般情况下，光源累积工作时间达 1000h 左右就应 更换一次。否则，红外光源中挥发出的物质会溅射到附近的光学元件表面上，降低系 统的性能。

WQF­310 型 FT­IR 光谱仪的其他日常维护和保养方法与 4010 型红外分光光度计 基本类似（参见本章第二节“4010 型红外分光光度计的使用”中六­2）。

六、常见故障分析和排除方法

第四节 技能训练

训练 4­1

1．训练目的

液体、固体薄膜样品透射谱的测定

（1）掌握常规样品的制样方法

（2）熟练掌握仪器的使用方法

2．实验原理

不同的样品状态（固体、液体、气体及粘稠样品）需要相应的制样方法。制样方 法的选择和制样技术直接影响谱带的频率、数目和强度。在制备试样时，应选择适当 的试样浓度和厚度，使最高峰的透射比在 1%~5%，基线在 90%~95%，大多数吸收峰 透射比在 20%~60%。试样中应不含游离水。若是多组分试样，则应在测绘红外光谱前 预先分离。常用的制样方法有如下几种：

（1）液膜法 样品的沸点高于 100℃可采用液膜法测定。粘稠的样品也可以采用 液膜法。这种方法比较简单，只要在两个盐片之间，滴加 1~2 滴未知样品，使之形成 一层薄的液膜。流动性较大的样品，可选择不同厚度的垫片来调节液膜的厚度。

（2）液池法 样品的沸点低于 100℃可采用液池法。选择不同的垫片尺寸可调节 液池的厚度，对强吸收的样品用溶剂稀释后再测定。

（3）糊状法 需准确知道样品是否含 OH 基团（避免 KBr 中水的影响）时采用 糊状法。这种方法是将干燥的粉末研细，然后加入几滴悬浮剂在玛瑙研钵中研磨成均 匀的糊状，涂在盐片上测定。常用的悬浮剂有石蜡滑油和氟化煤油。

（4）压片法 粉末样品常采用压片法。将研细的粉未分散在固体介质中，并用 压片装置压成透明的薄片后测定。固体分散介质一般是金属氯化物（如 KBr），使用 时要将其充分研细， 颗粒直径最好小于2μm （因为中红外区的波长是从2.5μm开始的）。

（5）薄膜法 对于熔点低，熔融时不发生分解、升华和其他化学变化的物质， 可采用加热熔融的方法压制成薄膜后测定。大多数聚合物可先将其溶于挥发性溶剂 中，然后滴在平滑的玻璃板或金属板上，待溶剂挥发后，制成膜，直接揭下使用。也 可以将溶液直接滴在盐片上成膜。薄膜法在高分子化合物的红外光谱中应用广泛。

2．仪器与试剂

（1）仪器设备 FT­IR 光谱仪；KBr 晶片；压片机、模具、平板玻璃和样品架；

玛瑙研钵、不锈钢药勺、不锈钢镊子及红外灯。

（2）试剂 分析纯的聚甲基丙烯酸甲酯、正丁醇、苯甲酸、聚苯乙烯、四氯化 碳、光谱纯 KBr 粉末、石蜡油。

3．训练内容和操作步骤

（1）开机预热，并将将仪器调试到正常工作状态（根据所使用的仪器类型和型 号，按使用说明书进行）。

（2）测定甲基丙烯酸甲酯的红外光谱图（糊状法）。

① 用分析纯的无水乙醇清洗玛瑙研钵，用擦镜纸擦干后，再用红外灯烘干。

② 取2~3 滴聚甲基丙烯酸甲酯放入玛瑙研钵中， 将其研磨成细粉未 （2μm左右）。 滴加 2~4 滴石蜡油，再研磨成均匀的糊状。

④ 取少许糊状物夹涂在两片洁净的空白 KBr 晶片上，将晶片安放在样品架上， 扫描甲基丙烯酸甲酯的红外光谱图。用石蜡油作为本底。

⑤ 测量完毕，用无水乙醇洗去晶片上的样品，然后再于红外灯下用滑石粉及无 水乙醇进行抛光处理，最后用无水乙醇将表面洗干净，用擦镜纸擦干后，置干燥器内 保存。

（3）测定正丁醇的红外光谱图（液膜法）

① 用注射器装上无水乙醇清洗两块 KBr 晶片，用擦镜纸擦干后，置于红外灯下 干燥。

② 用毛细管分别蘸取少量的正丁醇均匀涂渍于一块洁净 KBr 晶片上，盖上另一 块 KBr 晶片，用夹具轻轻夹住后置于样品室中，迅速扫描正丁醇的红外光谱图。

③ 测量完毕，用无水乙醇洗去晶片上的样品，用擦镜纸擦净抛光后，置干燥器 内保存。

（4）测定苯甲酸的红外光谱图（压片法）

① 用分析纯的无水乙醇清洗玛瑙研钵，用擦镜纸擦干后，再用红外灯烘干。

② 取 2~3mg 与 200~300mg 干燥的 KBr 粉未，置玛瑙研钵中，在红外灯下混匀。

③ 充分研磨后，用不锈钢药勺取 70~90mg 混合物均匀铺洒在干净的压模内，于 压片机上，在 29.4MPa 下，压制 1 min，制成透明薄片。

④ 用不锈钢镊子小心取出压制好的试样薄片，置于样品架中。

⑤扫描苯甲酸的红外光谱图，本底采用纯 KBr 晶片。

⑥ 扫谱结束后，取下样品架，取出薄片，按要求将模具、样品架等擦净收好。

（5）测定聚苯乙烯红外光谱图（薄膜法）

① 配制质量浓度大约为 120g/L的聚苯乙烯四氯化碳溶液。

② 用滴管吸取此溶液于干净的玻璃板上立即用两端绕有细铅丝的玻璃棒将溶液 推平，在室温下让其自然干燥（约 1～2h）。

③ 将玻璃板浸于水中，用镊子小心揭下薄膜。用滤纸吸去薄膜上的水，将薄膜 置于红外灯下烘干。

④ 将薄膜放在薄膜架夹上扫描红外光谱图。

（6）结束工作

① 按操作规范关机，罩上防尘罩；

② 用无水乙醇清洗玛瑙研钵；

③ 整理操作台面和实验室，填写仪器使用记录。

4．注意事项

（1）固体样品经研磨（在红外灯下）后仍应随时注意防止吸水，否则压出的片 子易粘在模具上。

（2）在红外灯下操作时，用溶剂（乙醇，也可以用四氯化碳或氯仿）清洗盐片， 不要离灯太近，否则，移开灯时温差太大，盐片会碎裂。

（3）制薄膜用的平板玻璃要光滑、干净。

（4）用液膜法测定试样时要迅速，以防止试样的挥发。

训练 4­2

1．训练目的

正丁醇­环己烷溶液中正丁醇含量的测定

（1）熟练掌握仪器操作和维护保养；

（2）熟悉不同浓度样品的配制方法；

（3）了解红外光谱法进行纯组分定量分析的全过程；

（4）掌握标准曲线法定量分析的技术。

2．实验原理

红外定量分析的依据是比尔定律。但由于存在杂散光和散射光，因此糊状法制备 的试样不适于做定量分析。即便是液体池和压片法，由于盐片的不平整、颗粒不均匀， 也会造成吸光度同浓度之间的非线性关系而偏离比尔定律。所以在红外定量分析中， 吸光度值要用工作曲线的方法来获得。 另外，还必须采用基线法求得试样的吸光度值， 这样才能保证相对误差小于 3%。

3．仪器与试剂

仪器：FT­IR 红外光谱仪；一对液体池，样品架，2 支 1mL注射器，红外灯，擦 镜纸；1 支 5mL移液管，6 个 10mL容量瓶；

试剂：分析纯的正丁醇与环己烷标样各 1 瓶，分析纯的无水乙醇 1 瓶，未知样品。

4．训练内容与操作步骤

（1）准备工作

① 开机 开机预热，并将仪器调试到正常工作状态（根据所使用的仪器类型和 型号，按使用说明书进行）。

② 清洗液体池 用注射器装上分析纯的无水乙醇清洗液体池 3～4 次；

③ 配制标准溶液 分别移取标准溶液（ j 正丁醇 = 20%）1.00、2.00、3.00、4.00 、 5.00mL放到 10mL容量瓶中，用溶剂稀释到刻度，摇匀。

（2）测定液体池的厚度

①在未放入试样前，扫描背景 1 次；

② 将空的液体池作为样品进行扫描，测出空液体池的干涉条纹图；

n æ 1 ö ÷ 的公式计算两个液体池的厚度。 ③ 按式 b = 2 è n 1 - n 2 ÷ ø

（3）标准溶液的测定

用厚度较小的一个液体池作为参比池。

①扫描背景；

②依次测定 5 个标准溶液的红外光谱图，保存，记录下样品名对应的文件名； ③绘制工作曲线。

（4）未知样品的测定

用厚度较大的一个液体池作为样品池。

①扫描背景；

②测定未知样品的红外光谱图，保存，记录下样品名对应的文件名；

（5）结束工作

①关机 按说明书操作方法正常关机；

②用无水乙醇清洗液体池；

③整理台面，填写仪器使用记录。

5．注意事项

（1）每做一个标样或试样前都需用无水乙醇清洗液体池，然后再用该标样或试样 润洗 3～4 次；

（2）配制的标准溶液要求最高浓度和最低浓度的特征吸收峰值应在 0～1.5A 之间 （可根据实际情况相应调节标准溶液的浓度）；

（3）标准曲线的相关系数要求必须大于 0.9995。

6．数据处理

手动计算或由软件自动读取样品谱图上相应的峰高，并计算未知样品的含量，最 后写出完整的结果报告。

练习四

一、知识题

1两类。

2和放大器及记录机械装置五个部分组成。

3

4

5．下列红外光源中，可用于远红外光区是（ ）

A．碘钨灯 B．高压汞灯 C．能斯特灯 D．硅碳棒

6．FTIR 中的核心部件是（ ）

A．硅碳棒 B．迈克尔逊干涉仪 C．DTGS     D．光楔

7．试简要说明经典色散型红外光谱仪的工作原理。

8．试说明迈克尔逊干涉仪的组成及工作原理。

9．什么是分束器？其作用如何？

10．与色散型红外光谱仪相比，FTIR 有何优点？

11．简要说明色散型红外光谱仪的日常维护。

12．简要说明 FTIR 的日常维护。

13．试说明压片机的构造及使用方法。

14．用压片法制样时，研磨过程不在红外灯下操作，谱图上会出现什么情况？

15．如何测定液体池的厚度？

二、操作技能考核题

1．题目：苯甲酸的红外吸收光谱测定（压片法）

2．考核要点

（1）压片操作；

（2）仪器的开机和调试

（3）样品谱图的扫描操作；

（4）工作软件的操作；

（5）仪器的关机操作；

（6）指出样品谱图主要吸收峰的归属。

3．仪器与试剂

（1）仪器 Perkin Elmer SPRX I FTIR 或其它型号的红外光谱仪；压片机、模具 和样品架；玛瑙研钵、不锈钢药匙、不锈钢镊子、红外灯。

（2）试剂 分析纯的苯甲酸，光谱纯的 KBr 粉末，分析纯的无水乙醇，擦镜纸。

4．操作步骤：自行设计