红外仪器原理丨红外光谱仪的基本结构

红外光谱仪的设计一般可分为光学系统、控制系统以及信号和数据处理系统。以下为傅里叶红外光谱仪的基本组成示意图。

红外光谱仪的光学系统主要由光源、分光系统、检测器三部分组成，此外还有光阑、反射镜等组件。

1.红外光源

红外光源可以根据需要提供一定波长范围的连续的红外光，一般中红外所需的波长范围为2.5~25 μm，近红外所需的波长范围为0.8~2.5μm。早期的红外光源采用能斯特灯（Nernst Glower），现在基本都采用稳定性高的硅碳棒（Globar）作为中红外光源。近红外光源一般使用钨灯，可覆盖0.8~2.5 μm。

2.分光系统

    分光系统是红外光谱仪的核心，我们知道牛顿采用棱镜将太阳光分成红橙黄绿蓝靛紫的彩虹带，最早期的红外仪器就是利用棱镜分光，现在基本已绝迹，大部分人都没见过。后面采用光栅分光，利用反射光栅将光按波长分开，现在使用相对较少，一般在特定领域可见到光栅型红外仪器。以上两种类型的光谱仪称之为色散型红外光谱仪。

现在我们常见到的红外光谱仪一般叫做傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），其相比色散型红外光谱仪具有扫描速度快、信噪比高、分辨率更高等优势，是现在主流的红外光谱仪。其核心是迈克尔逊干涉仪，由定镜、动镜和分束器组成，产生干涉光信号。分束器是半透半反的红外光学材料，将光分为两部分。动镜运动的距离决定分辨率，运动的速度决定采样速率。

3.检测器

检测器是用来接收红外光信号的，可将其转换为电信号。常见类型有热释电检测器（DTGS），其在室温下工作，可满足常规测试。还有高灵敏度的碲镉汞（MCT）检测器，其需液氮冷却（77 K），用于弱信号的检测。以上为中红外常见的检测器，近红外一般使用电制冷的铟镓砷检测器。

以上的三个部分是光源产生红外光，进入到分光系统被调制，然后进入到检测器。在实际使用时我们需要调节光的强度，一般会在光源和分光系统之间增加光阑来实现。

控制系统主要是通过电子系统来控制光源供电和光阑大小、扫描速度以及检测器信号的接收，如傅里叶型红外光谱仪我们可以在软件上控制干涉仪运行的速度和调节光阑的大小。此外，有些仪器配置更丰富，如装有多个检测器或光源，我们就可以通过控制系统来自动切换。

数据处理系统是将检测器接收到的信号转化为最终的红外光谱图，包括信号处理单元、计算机和软件。检测器接收到的信号通过信号处理单元放大—滤波—数字化。傅里叶变换红外光谱仪数字化初步信号为干涉图，会被进一步的傅里叶变换为单通道光谱图。通过软件处理可得到我们需要的红外吸收、透过、反射等红外光谱。

以上为红外光谱仪的基本结构介绍，相信您对红外光谱仪的结构和如何工作有了更清楚的认识。欢迎关注IR红外云学堂，关于红外光谱仪的系列文章会陆续推出，为您讲解更多红外知识。