3.3 傅里叶变换红外光谱仪
20世纪60年代末发展起来的傅里叶变换红外光谱仪不再是采用棱镜和光栅分光，而是采用迈克尔逊（Michelson）干涉仪得到干涉图，即采用傅里叶变换将以时间为变量的干涉图转变为以频率为变量的光谱图。目前，基于计算机的发展以及干涉仪的快速、灵敏和高分辨率等优点，傅里叶变换红外光谱法逐渐成了红外光谱分析研究中的主流方法。
3.3.1 仪器的工作原理
傅里叶变换红外光谱仪称第三代红外光谱仪，其工作原理与棱镜和光栅光谱仪的工作原理截然不同。如图3-7所示是傅里叶变换红外光谱仪的典型光路系统。在傅里叶变换红外光谱仪中没有色散元件，没有狭缝，是将来自红外光源的、具有足够能量的辐射经干涉后照射到样品上然后到达检测器。傅里叶变换红外光谱仪的核心部件是干涉仪。图3-8是单束光照射迈克尔逊干涉仪时的工作原理，干涉仪是由固定不动的反射镜M1（定镜），可移动的反射镜M2（动镜）以及分光器B组成，M1和M2是互相垂直的平面反射镜。分光器B以45°角置于M1和M2之间能将来自光源的光束分成相等的两部分，一半光束经B后被反射，另一半光束透射通过B。两束光产生了光程差，当光程差为半波长的偶数倍时，发生相长干涉，产生明线；当光程差为半波长的奇数倍时，发生相消干涉，产生暗线，若光程差既不是半波长的偶数倍，也不是奇数倍，则相干光强度介于前两种情况之间，在检测器上记录的信号将呈余弦变化，每移动四分之一波长的距离，信号则从明到暗周期性地改变一次。
图3-7 傅里叶变换红外光谱仪的典型光路系统
图3-8 迈克尔逊干涉仪工作原理示意图
如果是两种频率的光一起进入干涉仪，则产生图3-9（b）的曲线。当很多种频率的光进入干涉仪后叠加，就产生了极其复杂的干涉图，它包括了辐射源提供的所有光谱信息，如图3-9（c）所示。
图3-9 波的干涉示意图
因此，在实际的傅里叶变换光谱测量中，主要由两步完成：其一，测量红外干涉图，该干涉图是一种非常复杂的谱，难以解释。其二，通过计算机对该干涉图进行快速傅里叶变化计算，从而得到以波长或波数为横坐标，以透射光强度为纵坐标的红外光谱图，故将这种干涉型红外光谱仪称为傅里叶变换红外光谱仪，其工作原理如图3-10所示。
图3-10 傅里叶变换红外光谱仪的工作原理
3.3.2 仪器的主要部件
3.3.2.1 光源
红外光谱仪中所用的光源有能斯特灯和硅碳棒。随着科技的发展，一种黑体空腔光源被研制出来，它的输出能量远远高于传统的红外光源。
3.3.2.2 迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪的作用是将光源发出的红外辐射转变成干涉光，特点是输出能量大、分辨率高、波数精度高（它采用激光干涉条纹准确测定光差，故使其测定的波数更为精确）、扫描重现性好。
3.3.2.3 检测器
检测器作用是将光信号转变为电信号，特点是扫描速度快（一般在1s内可完成全谱扫描）、灵敏度高。用于红外辐射的检测器可分为两大类：热检测器和量子检测器。前者是将大量入射光子的累积能量，经过热效应，转变成可测的响应值。后者为一种半导体装置，利用光导效应进行检测。
3.3.2.4 压模组件及压片器
压模的构造如图3-11所示，它是由压杆和压舌组成。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。
图3-11 压模的构造
将其中一个压舌放在底座上，光洁面朝上，并装上压片套圈，将研磨后的样品放在这个压舌上，将另一个压舌光洁面向下轻轻转动以保证样品平面平整，顺序放压片套筒、弹簧和压杆，置于压片器（图3-12）下，加压至45MPa，持续30s。拆片时，将底座换成取样器（形状与底座相似），将上、下压舌及其中间的样品片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。
图3-12 压片器
3.3.2.5 样品池
用能透过红外光的透光材料（通常用KBr或NaCl）制作样品池的窗片。傅里叶变换光谱仪的特点：
（1）测量速度快 一次扫描约需1s，而一次扫描中包含了光源发出的所有中红外光的信息（通常测定样品的红外光谱信息多为20次扫描的结果）。它可以跟踪快速的原位化学反应，可以在线检测气相色谱以及液相色谱分离的样品，实现色谱和红外光谱的联用。
（2）分辨率高 相邻峰之间的分辨能力强，分辨率可以达到波数0.5cm-1以下。