Máy quang phổ băng tần hồng ngoại chủ yếu được sử dụng để phân tích cấu trúc phân tử của vật liệu, xác định thành phần hóa học và nghiên cứu tương tác giữa vật liệu và ánh sáng hồng ngoại. Nguyên tắc cốt lõi của nó là bằng cách phát hiện các đặc tính hấp thụ của vật chất đối với các bước sóng khác nhau của ánh sáng hồng ngoại, để đạt được phân tích định tính và định lượng của sự chuyển đổi mức năng lượng rung động phân tử.
Liên kết hóa học trong phân tử vật chất có tần số rung động khác nhau do mức độ rung động khác nhau, khi tần số của bức xạ hồng ngoại phù hợp với tần số rung động của phân tử, phân tử sẽ hấp thụ ánh sáng hồng ngoại của tần số này, dẫn đến ánh sáng tần số tương ứng trong chùm tia đi qua bị suy yếu. Bằng cách đo lường sự hấp thụ này, có thể thu được quang phổ hồng ngoại của mẫu, từ đó phân tích cấu trúc phân tử và thành phần hóa học của mẫu.
Nguyên tắc hoạt động của máy quang phổ hồng ngoại dựa trên sự hấp thụ chọn lọc ánh sáng hồng ngoại từ rung động phân tử và chuyển đổi mức năng lượng. Quy trình cụ thể như sau:
Nguồn sáng hồng ngoại: Ánh sáng hồng ngoại phát ra bước sóng liên tục.
Hấp thụ mẫu: Khi ánh sáng hồng ngoại đi qua mẫu, các phân tử mẫu hấp thụ một bước sóng cụ thể của ánh sáng hồng ngoại, dẫn đến rung động phân tử hoặc chuyển động năng.
Phát hiện tín hiệu: Sau khi ánh sáng không hấp thụ được tách qua một monochromator, cường độ của ánh sáng bước sóng khác nhau được phát hiện bởi một máy dò.
Xử lý dữ liệu: Thông qua hệ thống xử lý dữ liệu, tín hiệu cường độ ánh sáng được phát hiện được chuyển thành phổ hấp thụ hồng ngoại của mẫu. Quang phổ này phản ánh thông tin đặc trưng của các nhóm chức trong phân tử, chẳng hạn như loại liên kết hóa học, số lượng và cấu trúc phân tử.
Thành phần cấu trúc
Nguồn sáng: chịu trách nhiệm cung cấp bức xạ hồng ngoại ổn định, thường có đèn vonfram, đèn deuterium và nguồn phát quang nhiệt, v.v., thường sử dụng nguồn quang phổ rộng có thể bao phủ hồng ngoại trung bình đến dải hồng ngoại xa.
Monochromator: Quang phổ rộng phát ra từ nguồn sáng được phân tách có chọn lọc để phân tách ánh sáng có bước sóng cụ thể, thường đạt được bằng lăng kính hoặc lưới.
Phòng mẫu: nằm ở vị trí giữa đường dẫn ánh sáng, được sử dụng để đặt mẫu, các mẫu khí, chất lỏng và rắn sử dụng các bể mẫu khác nhau hoặc giá đỡ mẫu tương ứng, ánh sáng hồng ngoại tương tác với mẫu ở đây.
Máy dò: Chuyển đổi tín hiệu ánh sáng truyền đến sau khi hấp thụ mẫu thành tín hiệu điện tử, phổ biến là máy dò cặp nhiệt điện, máy dò photodiode, máy dò phát hành nhiệt, v.v.
Hệ thống xử lý dữ liệu: thu thập tín hiệu từ máy dò và thực hiện chuyển đổi và phân tích dữ liệu, chuyển đổi tín hiệu miền thời gian thành phổ miền tần số bằng các thuật toán như biến đổi Fourier, tạo ra quang phổ hồng ngoại.