傅里叶变换红外光谱仪原理

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傅里叶变换红外光谱仪可以对样品进行定性和定量分析，广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定、刑侦鉴定等领域，用来分析确定物质，或者研究新物质的空间结合等。

复杂问题简单化，一点点看。

先说傅里叶变换，傅里叶是一个人，很牛逼的人。他发明了一个变换公式，叫做傅里叶变换，这话说是数学史上最深刻最伟大的发明之一。简单看了一下，傅里叶变换实际上是提供了一个讲复杂问题简单化的工具。

没有一个正常人研究一个问题，会把它往复杂化去研究，都是想通过复杂地的过程将其简单化，这样便于将更多的因素综合考虑，得到更加复杂的系统。所以复杂的系统都是简单问题组成的。

反过来复杂的问题都是由一个个简单的问题交织在一起的，直接研究会让人无所适从，找不到方向，比如电信号，是个带点的东西都能产生电信号，如果用一个特别灵敏的接收器接收某个实验中的所有电信号，然后分析，基本上就是个死。

首先信号都差不多，还相互影响，直接拆根本拆不开。就像把一车毛线拉开打结堆了一屋子，要让你把它分开，绕成一个个的球。这个时候就会觉得直接死了算了。

但是傅里叶提供了一个工具，就像一个过滤器一样，将这堆毛线(信号)放进去(变换)，就能按照一定规律将其轻松分开。这在很多研究中都有应用，很牛逼。

然后再说红外光谱，不同的物质对于同一种光线有不同的反应，红外光谱分析简单说就是根据物体对红外线的反应来推断这是个什么物质。当然这些物质可能是已经存在的，那么比较一下已有的光谱数据库，看看以前有没有过这种物质就知道了。如果是新物质，那就细部分析里边包含哪些元素，根据一些奇特数据，比如官能团，平动能，转动能来分析组成和结构。

前边说过扫描电镜，电子打在物体表面会产生二次电子，通过接受这些二次电子信号，加上电脑计算，就能得出表面图像。

红外光谱跟这个类似，我们用红外光线去照射物体，红外光本身是一种光波，是带着震动的能量的。用这个红外线去照射物体的时候，有些波长的能量会被物体吸收。我们连续不断地改变波长，去照射物体，看看哪个波长被吸收了，不同的结构对不同长度的波长有不同的反应。只要分析看看哪个波长被吸收得最狠，那么对应地去看是什么物质就行了。

接下来科普一点其他的东西，前面提到了，连续变换的波长的红外线。因为不知道所检测的材料到底对哪种波长比较敏感，也可能同时对好几种波长的红外线敏感。所以仅仅用一种波长的红外线去照射根本检测不出来什么东西，用连续的变换的去照射才能保证每一种可能的波长都受到检测，每一种材料激发出来的波长是不一样的，如果要满足所有波长都有，得成千上万种材料，根本不可能。

但是光波和光波是可以相互干涉的，甚至可以相互抵消。我们用发射出来的红外线再反射回去，跟它自己对抗，产生相互影响，通过控制反射光线的特性，比如通过改变反射镜的前进速度，达到连续变换的目的，以此来改变波长，达到连续变换的要求，这个时候物品不动，光线不断变化，接收器不断接收新的信号，就能完成连续检测了。但是检测完了，变换前的波长根据发射红外线的物质，是确定的，变换后的波长谁也不知道到底是多少，这个时候就需要用傅里叶变换，通过计算，推导一下波长应该是多少。

所以傅里叶变换，只是检测过程中的一个实现可控连续变换的工具。有了这个工具，检测的时候就只需要一束光，然后自己跟自己相互影响，得到另外的一束光，然后用已有的光带入傅里叶变换，得到改变后的光线。

再说一下为什么红外线照射物质会有反应，这其实跟物质的分子构成有关系，分子是由不同的原子组成的，不同的原子组成分子的时候原子之间会形成一种键，可以想象成一种弹簧，两个原子虽然已经在一起了，但是一种在若即若离，拉着这根弹簧不断各个方向抖动。

这个抖动是有固定频率的，当红外线照射的时候，如果光波频率跟原子之间的键的抖动频率差不多的话，就会相互干扰。就会吸收能量，而且吸收完能量以后，还会改变分子整体本身的状态，比如改变分子的平面运动，例如平移，绕质心的转动，这些影响到原子，会导致原子能级的改变。

这些变化也会被检测器检测出来，然后在图像上表现出来，作相应的分析。