傅里葉變換紅外光譜儀的檢測器的應用場景有哪些？

傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）的檢測器類型多樣，其應用場景與檢測器的靈敏度、工作溫度、響應范圍等特性密切相關。以下是不同檢測器的典型應用場景及選擇邏輯：

一、熱釋電檢測器（如 DTGS）：常規分析的主力

核心特性

室溫工作：無需制冷，操作簡便；

靈敏度中等：適用于樣品濃度較高或常規定性分析；

響應范圍：中紅外（4000–400 cm?1）。

應用場景

1. 高校 / 科研實驗室常規檢測

①　有機化合物定性：如鑒別醇、醛、羧酸等官能團，通過標準譜庫匹配快速確認分子結構。

②　聚合物基礎分析：檢測塑料（如 PE、PP 的 C-H 振動）、橡膠（如 NR 的 C=C 雙鍵）的特征峰，用于材料初步篩選。

③　教學演示：因操作簡單、維護成本低，適合學生實驗課程。

2. 工業質量控制（QC）

①　生產線上的原料驗證：如制藥廠檢測原料藥晶型（需符合藥典紅外標準）、涂料廠確認樹脂成分。

②　快速篩查：例如通過 ATR 附件直接檢測橡膠制品表面，判斷是否為目標材質（如區分 EPDM 與 NBR）。

3. 環境監測中的常規項目

①　水體有機物初篩：如檢測廢水中的油類（紅外測油儀原理）、酚類污染物的特征峰。

②　土壤樣品快速分析：通過漫反射附件直接測量土壤中的有機質官能團。

典型儀器示例

布魯克（Bruker）ALPHA 系列、賽默飛（Thermo Fisher）Nicolet iS50，標配 DTGS 檢測器，適合日常檢測。

二、碲鎘汞檢測器（MCT）：痕量與聯用分析的核心

核心特性

需液氮制冷（77K）：降低熱噪聲，提升靈敏度；

超高靈敏度：比熱釋電高 10–100 倍，檢測下限達 ppm 級；

響應范圍可調：P 型用于中紅外，N 型用于遠紅外。

應用場景

1. 痕量成分分析

1) 環境污染物檢測：

①　大氣中 VOCs（如苯系物、甲醛）的在線監測，搭配氣體池附件實現 ppb 級檢測。

②　土壤 / 水中的農藥殘留（如有機磷農藥的 P=O 鍵，1250 cm?1）。

2) 藥品雜質分析：檢測藥物中殘留溶劑（如乙醇、丙酮）或微量降解產物（如酯類藥物的水解產物）。

2. 聯用技術（GC/LC-FTIR、TGA-FTIR）

1) 氣相色譜 - 紅外聯用（GC-FTIR）：

①　分離并鑒定復雜混合物（如石油餾分、香精香料），通過 MCT 的快速響應捕捉色譜流出峰的瞬態信號。

2) 熱重 - 紅外聯用（TGA-FTIR）：

①　分析材料熱分解產物（如聚合物燃燒產生的 CO?、HCl），MCT 的高靈敏度可檢測低濃度氣體。

3. 科研級結構解析

①　聚合物微結構研究：如區分順式 / 反式丁二烯結構（需高分辨率光譜，MCT 支持更高信噪比）。

②　氣體分子光譜研究：如大氣中 N?O、CH?的精細吸收峰分析，用于氣候變化研究。

典型儀器示例

賽默飛 Nicolet iS10（可選配 MCT 檢測器）、布魯克 VERTEX 70v（用于氣體分析）。

三、微測熱輻射計（Microbolometer）：成像與快速檢測的第一選擇

核心特性

面陣檢測器：像素級檢測（如 320×256 像素），實現空間分辨；

室溫工作：無需斬光器，支持實時動態掃描；

響應速度極快：每秒可采集數百張譜圖。

應用場景

1. 紅外顯微成像（Mapping）

1) 材料微區分析：

①　檢測鋰電池電極涂層的均勻性（如碳材料分布）、塑料薄膜中的添加劑團聚點。

②　分析文物顏料層的成分分布（如油畫顏料中的鉛白、朱砂）。

2) 污染物定位：如半導體晶圓表面的有機污染顆粒，通過成像確定污染來源。

2. 過程分析與在線監測

1) 化工反應實時監控：如聚合反應中官能團變化（C=C 雙鍵減少，C-C 單鍵增加），通過光纖探頭連接反應器，實時反饋反應進度。

2) 食品加工質控：在線檢測谷物中的水分（OH 伸縮振動，3400 cm?1）和脂肪含量（CH?彎曲振動，1460 cm?1）。

3. 便攜式 / 手持設備

1) 現場快速篩查：如海關檢測藥品（通過 ATR 探頭直接接觸藥片）、應急監測車內的有毒化學品（如神經性毒劑的 P-O-C 鍵）。

典型儀器示例

布魯克 Hyperion 3000（顯微成像系統）、聚光科技 Mars-400 Plus（便攜式 FTIR）。

四、銻化銦檢測器（InSb）：近紅外與生物醫學的適配

核心特性

近紅外響應：1–5 μm（10000–2000 cm?1），適合含氫基團（如 O-H、N-H）的倍頻和合頻吸收；

需液氮制冷：但制冷要求低于 MCT。

應用場景

1. 生物醫學檢測

1) 血液成分快速分析：通過近紅外漫反射檢測血糖、血脂（O-H 鍵倍頻，約 5200 cm?1），非侵入式篩查。

2) 藥物多晶型研究：近紅外光譜對晶型差異敏感。

2. 農業與食品工業

1) 農產品品質檢測：如水果糖度（CH?伸縮振動，2900 cm?1）、谷物蛋白質含量（N-H 合頻，5600 cm?1）的無損檢測。

2) 飲料在線品控：通過光纖探頭監測飲料中的添加劑（如果糖、防腐劑）濃度。

典型儀器示例

安東帕（Anton Paar）Multiwave 5000（近紅外模塊）、牛津儀器（Oxford Instruments）Asymptote NIR。

五、量子阱檢測器（QWD）：科研與定制化場景

核心特性

定制化波長響應：通過量子阱結構設計，聚焦特定波段（如大氣污染物特征峰）；

低制冷需求：可通過熱電制冷（如 190K），適合野外或移動場景。

應用場景

1. 同步輻射紅外顯微成像

1) 利用同步輻射光源的高亮度特性，結合 QWD 面陣檢測器，實現納米級空間分辨率（如細胞內細胞器的化學組成分析）。

2. 國防與安全檢測

1) 化學戰劑檢測：定制 QWD 檢測沙林毒氣（P-F 鍵，1020 cm?1）、芥子氣（S-C 鍵，600 cm?1）的特征峰，用于軍事防護。

2) 爆炸物篩查：檢測 （NO?伸縮振動，1530 cm?1）、RDX（C-N 鍵，1350 cm?1）等危險品。

六、總結

1. 常規實驗室第一選擇的熱釋電：平衡成本與性能，覆蓋 80% 以上的日常分析。

2. 痕量與聯用必選 MCT：液氮制冷雖增加操作成本，但靈敏度不可替代。

3. 成像與快速檢測選微測熱輻射計：面陣結構和實時響應是工業在線和顯微分析的核心優勢。

4. 近紅外場景考慮 InSb：生物醫學和農業檢測中，近紅外波段更適配氫基團分析。

根據具體應用場景選擇檢測器，可較大化 FTIR 的檢測效能，同時避免資源浪費。