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1.傅里葉紅外光譜儀的原理
特定頻率的紅外光照射被分析試樣，如果分子中有某個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)頻率與照射的紅外線頻率一致是便會(huì)產(chǎn)生共振并吸收一定量的紅外光，儀器記錄儀便會(huì)記錄這個(gè)分子的吸收情況，這樣便能夠得到試樣成分的特征光譜，傅里葉紅外光譜儀便是利用這一原理來推斷化合物的類型與結(jié)構(gòu)。
紅外譜圖的獲取方法是檢測(cè)器探測(cè)透過樣品后帶有信息的干涉光，經(jīng)過信號(hào)處理后獲取譜圖。干涉光的產(chǎn)生是通過紅外光源發(fā)射出的紅外光入射到光束分裂器(類似半反半透鏡)上,紅外光將分成兩束光分別到定鏡與動(dòng)鏡上。由于動(dòng)鏡是在一定距離范圍內(nèi)勻速運(yùn)動(dòng)的，因此兩束光形成光程差，在返回分束器的時(shí)產(chǎn)生干涉。
這種測(cè)試方法能夠?qū)Σ煌瑺顟B(tài)的樣品進(jìn)行測(cè)量(固、液、氣)，并且解決了色散型光譜分析光能量輸出小、測(cè)量耗時(shí)長(zhǎng)、分辨率低等缺點(diǎn)。目前傅里葉紅外光譜儀以廣泛用于科研、學(xué)術(shù)、分析等領(lǐng)域。
傅里葉紅外光譜儀由紅外燈源、光闌、干涉儀、樣品室、檢測(cè)器以及各種紅外反射鏡、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成，樣品室的體積應(yīng)盡量大。應(yīng)能安裝各種小的紅外附件，如各種衰減全反射(ATR)附件、漫反射附件、鏡反射附件等?，F(xiàn)傅里葉紅外光譜儀普遍能夠?qū)⒍喾N附件制作成智能附件，安裝后可通過軟體智能識(shí)別安裝的是哪種附件。
1傅里葉紅外光譜儀的結(jié)構(gòu)組成
1.1透射法
透射法測(cè)定是紅外光直接垂直照射在樣品上，并且要透過樣品(如圖2所示)。其原理是根據(jù)特定頻率紅外光照射樣品，若樣品中某基團(tuán)振動(dòng)頻率一樣就會(huì)產(chǎn)生共振，而基團(tuán)也吸收了一定頻率的紅外光能量產(chǎn)生躍遷。光源會(huì)發(fā)射出連續(xù)且不同頻率的紅外光，樣品對(duì)不同頻率的吸收能量的不同，透過樣品的紅外光也會(huì)因?yàn)闃悠穬?nèi)部的吸收作用而變?nèi)?，不被吸收的部分則通過被記錄儀記錄最后通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理而產(chǎn)生出光譜。透射模式是的樣品采集模式，獲得譜圖。但是對(duì)于樣品的前處理要求高，會(huì)花費(fèi)較多的時(shí)間。
2透射法的示意圖
1.2鏡面反射法
鏡面反射法與透射法不同的地方在于它是將紅外光以某一角度照射在樣品表面而不是垂直照射(如圖3所示)。紅外光的入射角度應(yīng)根據(jù)樣品的厚度來設(shè)定，當(dāng)樣品厚度為微米級(jí)別的入射角通常為30°，當(dāng)樣品厚度為納米級(jí)別則入射角需要更大通常為80°到85°之間。鏡面反射法主要應(yīng)用于采集表面平整的樣品光譜，例如觸控屏表面的膜層、聚合物涂層、樹脂、瓶裝類表面涂層等。
鏡面反射光譜的測(cè)量裝置有很多種，但基本結(jié)構(gòu)一般有三種：固定角反射附件可測(cè)厚度約()10微米)、可變角反射附件可變范圍一般為30度至80度可測(cè)厚度約(<10微米)和掠角反射附件可變范圍為60度~85度可測(cè)厚度最小約為20納米。固定角反射與可變角反射主要用于測(cè)試金屬表面改性樣品、樹脂和聚合物薄膜或涂層；掠角反射通常用于測(cè)試納米級(jí)別的薄膜測(cè)試，樣品光譜的信號(hào)較弱，通常是通過鍍金來提高信噪比與信號(hào)。
3反射法的示意圖
1.3衰減全反射法
衰減全反射(attenuatedtotalreflectance,ATR)是紅外光從反射元件入射到樣品，當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)在二者的交界面發(fā)生全反射。但部分紅外光仍會(huì)入射至試樣內(nèi)一定深度在返回表面(如圖4所示)，紅外光在樣品內(nèi)被吸收發(fā)生衰弱會(huì)有一個(gè)衰減波區(qū)域，檢測(cè)器根據(jù)紅外光的變換獲得樣品的紅外譜圖。因此可用于化學(xué)組成的定性及半定量分析。當(dāng)樣品厚度過厚時(shí)透射模式的紅外光將無法透過樣品采集譜圖，需要進(jìn)行繁雜的前處理。對(duì)ATR來說，樣品只需要置于晶體上進(jìn)行施壓便能夠獲得譜圖。因此影響ATR譜圖的主要影響因素主要有樣品與晶體的接觸程度、紅外光入射的深度、反射次數(shù)等。衰減全反射模式，在某些情況下是*的一種測(cè)量方法，適應(yīng)于測(cè)定需進(jìn)行表面成分或表面污染物分析的樣品。廣泛用于聚合物和鍍膜涂層中的結(jié)構(gòu)分析或污染物分析、刑偵方面的分析、新材料研發(fā)等多個(gè)領(lǐng)域。
4衰減全反射的示意圖
1.4顯微紅外光譜法
顯微紅外光譜法(Micro-FTIR)是在傳統(tǒng)紅外光譜儀的基礎(chǔ)上增加了顯微觀測(cè)系統(tǒng)(如圖5所示)，可直觀定位微區(qū)點(diǎn)位，能夠配合各種紅外附件使用，并利用更精細(xì)的Micro-ATR進(jìn)行實(shí)測(cè)分析，可做到所見即所得。顯微紅外技術(shù)可通過電腦進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)量，是近代較為前沿的微量微曲的分析技術(shù)。
顯微紅外光譜法結(jié)合了顯微技術(shù)，能夠快速、無損無污染的檢測(cè)。利用微區(qū)定位的優(yōu)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)特定區(qū)域的高精度分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定位置物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)信息的分析以及化合物官能團(tuán)的分布。制樣時(shí)無需溴化鉀壓片，也不需要添加任何稀釋劑，能反映樣品的本質(zhì)光譜。目前觸控生產(chǎn)工藝失效分析中，較為常用的是Micro-FTIR反射功能，主要應(yīng)用是：特用化學(xué)品的固化率測(cè)試、測(cè)試數(shù)據(jù)匹配等。
5顯微紅外光譜成像原理
2.傅里葉紅外光譜儀的應(yīng)用
傅里葉變換紅外光譜儀能夠量測(cè)有機(jī)化合物紅外譜圖，不僅應(yīng)用于食品分析、有機(jī)化學(xué)、石油化工、醫(yī)學(xué)分析等傳統(tǒng)領(lǐng)域，并且在光學(xué)、半導(dǎo)體及電子設(shè)備等新興技術(shù)領(lǐng)域也有重要的運(yùn)用。
紅外光譜是一種帶有物質(zhì)信息的譜圖，是由于紅外光照射頻率與分子振動(dòng)頻率相同時(shí)，分子的振動(dòng)產(chǎn)生吸收得到圖譜。不同頻率的紅外線對(duì)應(yīng)吸收程度的不同，因此一定的官能團(tuán)總是對(duì)應(yīng)于一定的特征吸收頻率。即有機(jī)分子的官能團(tuán)具有特征紅外吸收頻率，這對(duì)于利用紅外譜圖進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)鑒定具有重要意義。用途可分為以下幾種，近紅外：特征吸收的倍頻區(qū)用化學(xué)計(jì)量法進(jìn)行定量分析和模式化識(shí)別。中紅外：特征吸收峰與指紋區(qū)有機(jī)化合物的定性鑒別和定量分析。遠(yuǎn)紅外：骨架振動(dòng)吸收與有機(jī)金屬化合物吸收無機(jī)化合物的定性和材料分析。
在觸控屏生產(chǎn)環(huán)節(jié)的失效分析中傅里葉紅外變換光譜儀應(yīng)用的廣泛，分別為聚合物及特用化學(xué)品來料檢驗(yàn)、生產(chǎn)工藝中出現(xiàn)的污漬與異物、以及光固中固化率的分析，因此近年來在觸控生產(chǎn)工藝中彰顯出獨(dú)到的應(yīng)用。
傅里葉紅外光譜儀是一種擁有快速成像技術(shù)并能夠達(dá)到無損無污染化的檢測(cè)技術(shù)，具有譜圖合一、微區(qū)分析、需樣量小、高精度和高靈敏度等優(yōu)點(diǎn)，是了解復(fù)雜物質(zhì)的空間分布和分子組成的強(qiáng)有力方法，并且傅里葉紅外光譜儀測(cè)試樣品類型廣泛其中包括固、液、氣態(tài)樣品。在觸控生產(chǎn)的過程中有機(jī)分析固然重要，傅里葉紅外光譜儀具有定性半定量的分析能力。半定量分析主要用于聚合物中的固化率檢測(cè)監(jiān)控，定性分析主要用于鑒別未知物質(zhì)與檢驗(yàn)已知物質(zhì)。
定性分析是傅里葉紅外光譜儀鑒定物質(zhì)的最重要的方法之一，其定性成分特征性高，能夠提供官能團(tuán)的信息，可以幫助分析分子類型及結(jié)構(gòu)。在觸控制程中隨著新穎設(shè)計(jì)及良率的提升生產(chǎn)過程的管控越來嚴(yán)格，質(zhì)量管控不再局限于產(chǎn)品的性能或成分含量，在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的異常微小的顆粒及污染物逐漸成為了管控的重點(diǎn)，而對(duì)異物進(jìn)行控制的首要步驟則是對(duì)其進(jìn)行分析，確定其來源，做好防范措施，因此企業(yè)在對(duì)異物分析的需求量逐步上升，而傅里葉紅外光譜儀就能夠解決現(xiàn)有觸控生產(chǎn)工藝中出現(xiàn)的異物狀況，根據(jù)異物的實(shí)際情況選擇合適的紅外譜圖采樣方法，從而獲取該異物的紅外譜圖?？梢詮募t外譜圖光能團(tuán)中的吸收峰來確定異物的化學(xué)組成，再異物庫中的標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖進(jìn)行對(duì)比來確定異物的成分。當(dāng)異物包裹在膠內(nèi)無法準(zhǔn)確挑出并分析試，可以利用傅里葉紅外光譜儀中的差譜分析方式。
定量分析主要是根據(jù)有機(jī)物中官能團(tuán)對(duì)于紅外光的反應(yīng)特性來判定有機(jī)物中的元素或官能團(tuán)的量，觸控分析中應(yīng)用定量分析為典型的是異方性導(dǎo)電膠的固化率測(cè)量。光學(xué)膠是一種高度專業(yè)的粘合劑，具有優(yōu)異的光學(xué)性能、良好的粘結(jié)性、導(dǎo)電性以及耐老化性，已廣泛應(yīng)用于觸控顯示產(chǎn)品增強(qiáng)設(shè)備性能，傳感器粘結(jié)等，因此固化率的對(duì)膠產(chǎn)生的效果影響甚大。傅里葉紅外光譜儀能夠測(cè)固化率是指通過量測(cè)到的膠質(zhì)的特殊官能團(tuán)及該官能團(tuán)在反應(yīng)前后紅外譜圖從而計(jì)算出其固化率，為評(píng)斷制程工藝有劣勢(shì)的關(guān)鍵參數(shù)。
觸控生產(chǎn)工藝中，來料檢是質(zhì)量管理的重要工具之一，且對(duì)生產(chǎn)過程的質(zhì)量與監(jiān)控發(fā)揮了重要作用。特用化學(xué)品是觸控生產(chǎn)中*的一部分，在各項(xiàng)制程中都發(fā)揮著實(shí)質(zhì)性的用處，因此原材的來料檢驗(yàn)是觸控生產(chǎn)工藝中首要的檢測(cè)。傅里葉紅外光譜儀具有檢測(cè)試官能團(tuán)的能力，根據(jù)兩種膠的官能團(tuán)的紅外譜圖進(jìn)行對(duì)比，便能得出二者的匹配度，從而監(jiān)控來料的*。
綜上所述，傅里葉變換紅外光譜法在有機(jī)化合物材料的分析、異物的鑒別、固化率的測(cè)試中有重要的應(yīng)用。伴隨著科學(xué)的發(fā)展，傅里葉紅外光譜儀在有機(jī)物分析上的應(yīng)用愈發(fā)的廣泛，結(jié)合其優(yōu)點(diǎn)觸控屏工藝生產(chǎn)過程中遇到到的問題也實(shí)現(xiàn)了快速準(zhǔn)確的分析。
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