光柵型紅外分光光度計主要由
紅外分光光度計由光源發(fā)出的光,被分為能量均等對稱(chēng)的兩束,一束為樣品光通過(guò)樣品,另一束為參考光作為基準。這兩束光通過(guò)樣品室進(jìn)入光度計后,被扇形鏡以一定的頻率所調制,形成交變信號,然后兩束光和為一束,并交替通過(guò)入射狹縫進(jìn)入單色器中,經(jīng)離軸拋物鏡將光束平行地投射在光柵上,色散并通過(guò)出射狹縫之后,被濾光片濾除高級次光譜,再經(jīng)橢球鏡聚焦在探測器的接收面上。
紅外分光光度計由光源、吸收池、單色器、檢測器、記錄系統等組成。
1、光源
紅外光譜儀中所用的光源通常是一種惰性固體,用電加熱使之發(fā)射高強度的連續紅外輻射。常用的是Nernst燈或硅碳棒。Nernst燈是用氧化鋯、氧化釔和氧化釷燒結而成的中空棒或實(shí)心棒。工作溫度約1700℃,在此高溫下導電并發(fā)射紅外線(xiàn);但在室溫下是非導體,因此在工作之前要預熱。它的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)光強度高,尤其在大于1000cm-1的高波數區,使用壽命長(cháng),穩定性好。缺點(diǎn)是價(jià)格比硅碳棒貴,機械強度差,且操作不如硅碳棒方便。硅碳棒是由碳化硅燒結而成,工作溫度在1200-1500℃。由于他在低波數區域發(fā)光較強,因此使用波束范圍寬,可以低至200-1,此外,硅碳棒還具備堅固、發(fā)光面積大、壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)。
2、吸收池
因玻璃、石英等材料不能透過(guò)紅外光,紅外吸收池要用可透過(guò)紅外光的NaCl、KBr、CsI、KRS-5(TⅡ58%,TlBr42%)等材料制成窗片需注意防潮。固體樣品常與純KBr混勻壓片,然后直接進(jìn)行測定。
3、單色器
單色器由色散元件、準直鏡和狹縫構成。復制的閃耀光柵是常用的色散元件,它的分辨本領(lǐng)高,易于維護。紅外光譜儀常用幾塊光柵常數不同的光柵自動(dòng)更換,使測定的波束范圍更為擴展且能得到更高的分辨率。
狹縫的寬度可控制單色光的純度和強度。狹縫越窄,分辨率越高,但是,使光源能量的輸出減少,這在紅外光譜分析中尤為突出。由于光源發(fā)射的紅外光在整個(gè)波數范圍內不是恒定的,在掃描過(guò)程中狹縫將隨光源的發(fā)射特性曲線(xiàn)自動(dòng)調節狹縫寬度,既要使到達檢測器上的光的強度近似不變,又要達到盡可能高的分辨能力。
4、檢測器
紫外-可見(jiàn)分光光度計中所用的光電管或光電倍增管不適用于紅外區,因為紅外光譜區的的光子能量較弱,不足以引發(fā)光電子發(fā)射?,F用于紅外輻射的檢測器可分為兩大類(lèi):熱檢測器和量子檢測器。前者是將大量入射光子的累計能量,經(jīng)過(guò)熱效應,轉變成可測的響應值;后者實(shí)為一種半導體裝置,利用光導效應進(jìn)行檢測。
熱電偶它是由兩根溫差電位不同的金屬絲焊接在一起,并將一節點(diǎn)安裝在涂黑的接受面上。吸收了紅外輻射的接受面及節點(diǎn)溫度上升,就使它與另一節點(diǎn)之間產(chǎn)生了電位差。此電位差與紅外輻射強度成正比。
測熱輻射計將極薄的黑化金屬片做受光面,并作為惠斯頓電橋的一臂。當紅外輻射投射到受光面而使它的溫度改變,進(jìn)而引起的電阻值改變,電橋就有信號輸出。此信號大小與紅外輻射強度成正比。
熱釋電檢測器它是利用硫酸三苷肽(TGS)這類(lèi)熱電材料的單晶體薄片做檢測元件。將10-20μm厚的硫酸三苷肽薄片的正面鍍鉻,反面鍍金,形成兩電極,并連接至放大器,將TGS與放大器一同封入帶有紅外透光窗片的高真空玻璃外殼內。當紅外輻射投射至TGS薄片上,溫度上升,TGS表面電荷減少。這相當于TGS釋放了一部分電荷。釋放的電荷經(jīng)放大后記錄。由于它的響應極快,因此,可進(jìn)行高速掃描,在中紅外區,掃描一次僅需1s,因而適合于在傅里葉變換紅外光譜儀中使用。目前*泛使用的晶體材料是氘化的TGS(DTGS),該材料作為檢測器的特點(diǎn)是熱點(diǎn)系數小于TGS。