红外吸收光谱仪也称红外分光光度计，它与紫外－可见分光光度计相似，也是由光源、单色器、吸收池、检测器和记录系统组成。目前主要有两类红外光谱仪，它们是色散型红外光谱仪和Fourier变换红外光谱仪。

一、红外光谱仪主要部件

1、光源

红外光源是能够发射高强度连续红外辐射的物体。常用的是Nernst灯或硅碳棒。硅铁棒由碳化硅烧结而成，工作温度1200~1400 C。硅碳棒发光面积达，价格便宜，操作方便，使用波长范围较能斯特灯宽。

能斯特灯主要由混合的稀土金属（锆、钍、铈）氧化物制成，工作温度一般约在1750C。能斯特灯使用寿命较长，稳定性较好，在短波范围使用比硅碳棒有利。但其价格较贵，操作不如硅碳棒方便。

2、吸收池

因玻璃、石英等材料不能透过红外光，红外吸收池要用可透过红外光的NaCl、KBr、CsI等材料制成窗片，因为它们在IR区具有高透明度。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，它的分辨本领高，易于维护。狭缝的宽度可控制单色光的纯度和强度。然而光源发出的红外光在整个波数范围内不是恒定的，在扫描过程中狭缝将随光源的发射特性曲线自动调节狭缝宽度，即要使达到检测器上的光的强度近似不变，又要达到尽可能高的分辨能力。

4、检测器

由于红外光子能量低，不足以引起发光电子的发射，紫外－可见检测器中的光电管等不适用于红外光的检测。目前测常用的红外检测器是高真空热电偶、热释电检测器和光电导管三种。

高真空热电偶是利用不同导体构成回路时的温差电现象，将温差转变为电位差，于是在回路中就有随红外光强度而变化的电流产生。

热释电检测器是利用硫酸三苷肽的单晶片作为检测元件。硫酸三苷肽（TGS）是铁电体，在一定的温度以下，能产生很大的极化反应，其极化强度与温度有关，温度升高，极化强度降低。将TGS薄片正面真空渡铬（半透明），背面镀金，形成两电极。当红外辐射光照射到薄片上时，引起温度升高，TGS极化度改变，表面电荷减少，相当于“释放”了部分电荷，经放大，转变成电压或电流方式进行测量。

5、记录系统

目前，红外光谱仪都配有微处理机，以控制仪器操作、谱图的处理和检索等。

二、典型光谱仪

1、色散型红外光谱仪

图5－5是色散型红外光谱仪原理示意图。色散式红外光谱仪的组成部件与紫外可见分光光度计相似，但各部件的结构、所用材料及性能等与紫外可见分光光度计不同。它们的排列顺序也不同，红外光谱仪的样品池一般放在单色器前面，以便使红外发射和从池室来的杂散光的影响减到最小；而紫外可见分光光度计的的样品是放在单色器之后。

图5－5色散型双光束红外光谱仪原理示意图

2、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)

傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)是20世纪70年代问世的第三代红外吸收光谱仪。它与色散型红外光谱仪的主要区别在于用迈克尔逊（Michelson）干涉仪系统取代了单色器，其基本结构如图5－6所示。

图5-6 傅立叶变换红外光谱仪

很明显，这种干涉图不是我们熟悉的红外光谱。因此必须经过傅里叶变换，才能得到吸收强度或透光率随频率或波数变化的普通红外光谱图。这套变换处理非常复杂，必须借助计算机才能进行。

傅里叶变换红外光谱仪具有扫描速度快（1s内可完成全光谱扫描）、分辨率高（0.1～0.005 cm-1）、光谱范围宽和测量精度好等优点。

图5－7 干涉图

样品放在Machelson干涉仪之后。由于干涉仪的调制特性，由样品池发出的红外发射和杂散辐射将以干涉图的一种支流组分出现且被自然地区分开。由于计算机系统是FTIR光谱仪必要的一部分，所以单光束系统在数据采集、计算及储存参比光谱时常以空气作为空白，随后在得到样品光谱并计算出样品的真实吸光度。

在双光束的FTIR光谱仪中，把干涉仪光束导向通过样品和参比池的反射镜与干涉仪反射镜的移动相比振荡得很快，以致于在每个反射镜位置上都能获得样品和参比的信息。因此，双光束设计可补偿光源和检测器的漂移。

FTIR光谱仪的光源：与色散式IR分光光度计相同。检测器：在中红外区常用热电检测器。在远红外区常用Golay气动检测器和硫酸三苷肽检测器。

三、红外吸收法试样的制备

1、气体样品

气体样品池由一个玻璃（或金属）圆筒组成。该池的两端则用合适的装有一个供进样用的阀或柱塞的窗口材料封上。为获得常规光谱，可用光程为10cm的商品样品池。

2、液体样品

纯液体：常采取薄膜形式，这样可以使光程足够短，以达到合适的吸光度。对挥发性液体，最常用的技术是在两块NaCl板之间放一滴纯液体，然后在一个可拆卸的池中被夹紧。

溶液样品：对溶液样品，首先要找到一种合适的溶剂。选溶剂时应当考虑到溶剂对样品的溶解性和对光的吸收。最常用的溶剂有四氯化碳、二硫化碳和三氯甲烷。不常用水，因为水在某些区域有强的红外吸收，还能溶解许多常用的窗口材料。

3、固体样品

研糊：最常用于研糊的矿物油是Nujol油，它是一种精炼过的饱和烃混合物。一般用研杆或研磨机将几毫克样品研碎，然后加几滴矿物油，连续研磨，直到得到光滑的浆糊而看不到油。应该使每个颗粒都涂上一层油。然后将少量制成的研糊在两块NaCl上展开，并获得该薄层的光谱。

盐片：在KBr压片法中，可用近1mg经研细的样品与约100 mg干KBr粉

末在球磨机中研磨并混合，然后在模具上压成一个透明小片。该样品片应尽量不与空气接触。

微量进样装置：对液体来说，可用专门的微型池，该池的死空间很小，几乎所有液体都局限在两个窗口之间，用1  10 L样品即可获得适当的光谱。对于非常少量的固体样品，需要一个聚光系统会聚通过一个小孔的红外光束。这些附件都有商品。

四、红外吸收光谱分析

红外光谱分析大致可分为官能团定性和结构分析两个方面。官能团定性是根据化合物的红外光谱的特征基团频率鉴定物质含有哪些基团，从而确定有关化合物的类别。结构分析则需要由化合物的红外光谱来推断有关化合物的化学结构。对于一个新化合物的结构分析，需要与紫外吸收光谱、核磁共振谱和质谱等方法配合。

1、定性分析

（1）已知物的鉴定

将试样的谱图与标样的谱图进行对照，或与文献、谱图库中的谱图对照。如果两张谱图的吸收峰位置和形状完全相同，峰的相对强度一样，就可以认为样品是该种标准物。如果两张谱图不一样或峰位不对，则说明两者不为同一物或样品中有杂质。

( 2）未知物结构的测定

测定未知物结构是红外光谱法定性分析的一个重要用途。如果未知物不是新化合物，可以通过两种方式利用标准谱图进行查对：一种是查询标准谱带索引，寻找与试样光谱吸收带相同的标准谱图；另一种是进行光谱解析，判断试样的可能结构，然后再由化学分类索引查找标准谱图对照核实。

在对光谱解析之前，应收集样品的有关资料和数据。诸如了解样品的来源，以估计其可能是哪类化合物；样品的物理常数如沸点、熔点折光率、旋光率等，作为定性分析的旁证，根据元素分析及相对摩尔质量的测定，求出化学式并计算不饱和度

式中n1、n3和n4分别为分子中所含一价、三价和四价元素原子的数目。当计算Ω = 0时，表示分子是饱和的，应为链状烃及其不含双键的衍生物；Ω = 1时，可能有一个双键或脂环；Ω = 2时，可能有两个双键或脂环，也可能有一个叁键；Ω = 4，可能有一个苯环等。但是二价原子如S、O等不参加计算。

一般来说，在得到光谱之后，选出最强吸收带，鉴定其波数和最大吸收波长，初步确定对该带会有贡献的一些基团。在确定强吸收带后，再尽量鉴定中等吸收带和弱吸收带。