紅外線光譜（二）

紅外線光譜(infrared spectroscopy) （二）
國立臺灣師範大學化學系碩士班 翁于婷

連結：紅外線光譜（一）

拿到一張紅外線光譜要如何分析判斷，確認化合物的結構是正確的呢？
第一步是分析峰位，就是吸收波鋒在光譜的位置，由橫軸振動頻率右到左逐漸變大，可劃分五個區域判讀，第一是4000~2500 cm^-1，第二是2500~1800 cm^-1，第三是1800~1600 cm^-1，第四是1600~1400 cm^-1，最後1400 cm^-1以後我們稱為指紋區（fingerprint region），一般用來鑑定物質用。再者分析吸收波鋒的強度，分為強、中、弱，最後分析峰形是寬（broad, br）還是窄（sharp, s）（圖一）。 ^[1]

圖一 紅外線光譜吸收位置（取自：參考資料1）

傳統紅外線光譜儀的基本構造和紫外線–可見光吸收儀器相同，主要由光源和偵測器所組成。
傳統式的紅外線光譜儀紅外光線的來源是：利用汞燈或白熱燈絲產生混色光，再經由光柵、面鏡或是透鏡以掃描波長的方式來分光，其缺點除了測量時間被拉長外，狹縫的大小直接影響解析度（Resolution），更將大部分的光源阻擋在狹縫外，所以透光率很低。
為了改善傳統紅外線光譜儀訊號微弱的問題，進而發展出傅立葉轉換紅外線光譜儀（Fourier Transform Infra Red Spectrometer, FT-IR）。^[2]

圖二 傅立葉紅外線光譜儀光線路徑圖（取自：參考資料5）

傅立葉轉換紅外線光譜是利用數學的轉換技巧（傅立葉轉換）將微弱的信號從複雜的環境內分出來，提升信號的強度，來達到分析圖譜的目的。
在FT-IR中，因為未使用狹縫及光柵，而是利用干涉儀（Interferometer）。過程是先將光源利用分光器產生兩個分光光束（split beam），固定鏡直接將其中一分光光線反射，而移動鏡將另一分光光束（延遲分光光束，delayed split beam）反射時，可因為移動鏡的位置改變而與分光光束產生光程差，造成干擾後，得到特定的頻率的紅外光線；因為沒有夾縫造成光線損失的問題，因此透光度大幅提升。而光程差較好控制，可以精確地控制頻率，因此可以提高解析度。（圖二）

在無樣品的情況下，我們單偵測背景，利用干擾和光學路徑先偵測到空氣中的氣體含量，之後在將樣品放置在儀器中偵測，將兩種訊號的不同不斷累積加成，得到相當大的信號與雜訊比，再利用傅立葉運算將所得到的干涉數據進行訊號分析得到吸光光譜，進而分析樣品。^[3,4]

FT-IR至今能成功取代傳統紅外線光譜儀的主要原因有幾點:

• 第一、我們可以發現FT-IR並沒有使用分光的狹縫及光柵，透光率高，所以偵測物質靈敏度大為提升；
• 第二、藉由傅立葉的轉換，可以將微弱訊號進行累加，加強訊號的比例；第三、解析度和精準度大為提高，最後綜合以上幾點，FT-IR的優勢主要都是因為光源的改進而發產出來的，相較於傳統型的儀器，能更精確的得到我們需要的數據，提供準確的結果。

參考文獻

1. Wade, L. G., Jr. Organic Chemistry, 6th edition; Pearson Education International: Upper Saddle River, 2006; pp 531.
2. Skoog, West, Holler, Crouch. Fundamentals of Analytical Chemistry, 8th , Thomson, 2004; Chapter 24
3. Skoog, West, Holler, Crouch. Fundamentals of Analytical Chemistry, 8th , Thomson, 2004; Chapter 26
4. N. Bracewell, The Fourier Transform and Its Applications, 3rd ed., Boston, McGraw Hill, 2000.
5. Fourier transform infrared spectroscopy: http://en.wikipedia.org/wiki/Fourier_transform_infrared_spectroscopy