紅外透射的基本原理和應用

透射是紅外光譜最早使用的測試方法，也是目前常用的測試方法。絕大部 分的固體、液體以及氣體都可以采用透射的方式來測量。常用的有固體壓片、 液體涂膜、液體池和氣體池，測試常常需要依賴于相關附件進行測試。 當紅外光束照射到樣品表面時，入射光束會以多種方式與樣品發生相互作 用。如圖 1 所示，一是光在樣品表面發生鏡反射且不穿過樣品，稱之為反射光； 二是光進入樣品顆粒內部，被樣品吸收；三是光在穿過樣品時被樣品改變傳播 方向，發生散射；四是光照射到樣品上激發樣品產生熒光；五是光不與樣品發 生相互作用，直接透過樣品。紅外透射光譜反映的是樣品對于紅外光不同波段 的透過能力，獲取紅外透射光譜需要先獲取紅外光原始光譜信息(背景光譜圖)， 然后獲取透過樣品紅外光的光譜圖，將后者與前者相除，即可得到該樣品的紅 外透射光譜(如圖 2)，透射光譜縱坐標透射率 T 一般是用百分比(%)來表示， 代表出射光強度(I)和入射光強度(I0)之比。

在使用透射附件時，我們除了測試透過光譜外，還常常會測試吸收光譜， 其縱坐標為吸收度 A，吸收度滿足朗博-比爾定律 A=Kbc, K 為摩爾吸光系數, 它與吸收物質的性質及入射光的波長λ有關; b 為吸收層厚度；c 為吸光物質 的濃度。透過率和吸收度的關系為 A=-lgT=-lg(I/I0) 。

常見的透射附件 

1. 常規透射附件(如圖 3)。 

該附件常用于固體粉末測試，一般將樣品和溴化鉀粉末一起研磨，然后用 壓片機將樣品壓成透明的固體片，然后進行測試。采用透射附件測試需要用到 壓片機和模具、研缽、烘干的溴化鉀，還需要采用合適濃度的樣品并且要求壓 片透明，制樣所需的時間長，因此現在常規的測試往往采用 ATR 附件（見《熒 颯光譜學堂》第一期）進行測試。對于需要測試絕對透過的樣品(如硅片)，則 需要平行光進行測試，熒颯光學 FOLI10-R 提供了平行光樣品倉，以及不同大 小的孔徑的透射附件方便用戶進行測試。

2.液體透射附件(如圖 4)。 

液體樣品的透射測試一般采用液體涂膜或者使用液體池進行測試，對于不 同的液體樣品，需要選擇不同類型的液體池。如圖 4 分別為固定 100 微米光程 硒化鋅窗片的密封液體池和 100mm 光程高純度 PVDF 液體池。熒颯光學的旋轉 透射 FOLI10-RT(圖 5)可提供 30、50、100、200 微米固定透射光程，也可根據 用戶需求定制光程。

3.氣體透射附件(如圖 6)。 

對于氣體樣品，需要用到氣體池進行測試。根據氣體的濃度，需要用到不 同光程的氣體池，熒颯光學可根據用戶的實際需求，設計各種光程、各種體積、 各種材質、各種窗片、可精確控溫的氣體池。根據用戶的實際應用，熒颯光學 為用戶設計了長達 24 米光程的特殊氣體池，并開發了便攜式氣體分析 Mobile10-G 和在線氣體分析儀 FOLI10-G(圖 7)。

透射光譜的測量及注意事項 

對于固體粉末樣品，在壓片時需要注意溴化鉀使用前需要干燥，樣品和溴 化鉀研磨要均勻，壓片需要均勻透明，否則難以得到較好的光譜圖。測量絕對 透過光譜時需要使用平行光，且注意保證樣品與光路垂直。 對于液體樣品，需要選擇合適光程的液體池，在使用完液體池后一定要清 洗干凈液體池，再進行下一次測量，特別是做定量分析時需要額外注意，避免 樣品殘留造成的結果錯誤。 

對于氣體樣品，它同樣需要選擇合適光程的氣體池，在使用時需要注意氣 體池的密封性，避免氣體泄漏。對于一些特殊氣體如氟化氫的測量需要選用特 殊材質的氣體池避免氟化氫對氣體池的腐蝕。 

在實際使用過程中我們常常會在光譜中發現水和二氧化碳的波動，這往往 是由環境中的水和二氧化碳的波動引起的，一般采用氮氣吹掃的方式來減少水 和二氧化碳的干擾，但是并不能完全解決這個問題。對于更高要求的光譜測試，熒颯光學研制了真空型傅里葉變換光譜儀 FOLI30V(圖 8)，可以很好的解決這 個問題。如圖 8 我們分別測試了在常壓下(藍色)和真空條件下(紅色)的光譜圖， 可以發現水和二氧化碳的吸收消失了，這樣在測試的時候就能輕易的排除它們 對光譜造成的干擾。尤其在遠紅外波段，水的吸收峰更加明顯，真空紅外光譜 儀可以獲得高質量的譜圖。

透射光譜的應用 

1.透過率測試。 如汽車玻璃、眼鏡、太陽鏡、防曬保護膜、手機電視顯示屏、塑料包裝等相關 材料的透過率測定。 

2.油品分析。 對汽柴油、潤滑油中水、抗磨組分、氧化值、硝化值、磺化值以及煙炱等物種 的監測，判斷油品質量好壞。 

3.氣體分析。 焚燒廠、鋼鐵廠以及大氣環境中的一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫 等相關氣體監測。