色散型红外吸收光谱仪工作原理如图11-16所示，光源辐射被分成等强度的两束：一束通过样品池，另一束通过参比池。通过参比池的光束经衰减器(也称为光梳或光楔)与通过样品池的光束汇合于切光器处。切光器使两光束再经半圆扇形镜调制后进入单色器，交替落到检测器上。若试样在某一波数对红外光有吸收，两光束的强度就不平衡，因此检测器产生一个交变信号。该信号经放大、整流后，会使光梳遮挡参比光束，直至两光束强度相等。光梳的移动联动着记录笔，画出一个吸收峰。因此分光元件转动的全过程就得到一张红外吸收光谱图。

图11-16 色散型红外吸收光谱仪工作原理

11.3.1.1光源

红外辐射光源是能够发射高强度连续红外光的炽热物体，常见的有硅碳棒和能斯特灯。

(1)硅碳棒

硅碳棒是由碳化硅组成，一般制成两端粗中间细的实心棒，中间为发光部分，两端粗是能使两端的电阻降低，使其在工作时成冷态。一般长几十毫米，直径几毫米，工作温度为1200～1500℃，适用的波长范围为1～40um。优点是寿命长、便宜、发光面积大，较适合长波区。但工作时需冷却。

(2)能斯特灯

能斯特灯由ZrO、ThO等稀土氧化物混合烧结制成，一般为长几十毫米、直径几毫米的中空或实心棒，工作温度为1300～1700℃，适用的波长范围为0.4～20um。在室温下它不导电，在工作之前必须有辅助加热器预热，可用Pt丝电加热至800℃ ,就可使之导电，从而发出红外光。该光源的特点是脆弱、易坏，在高波数区光强度较硅碳棒高，使用比硅碳棒有利，使用寿命约一年。

11.3.1.2分光系统

分光系统位于吸收池和检测器之间．可用棱镜或光栅作为分光元件。现在大多数用傅里叶变换来进行波长选择。棱镜主要用于早期生产的仪器中，制作棱镜的材料和吸收池一样，应该能透过红外辐射。棱镜易吸水蒸气而使表面透光性变差，其折射率会随温度变化而变化，近年已被光栅取代。

11.3.1.3检测系统

(1)热电偶

如图11-17所示，热电偶是将两种不同的金属丝M₁、M₂焊接成两个接点，接收红外辐射的一端多焊接在涂黑的金箔上，作为热接点；另一端作为冷接点(通常为室温)。在金属M₁和M₂之间产生电位，即热点和冷点处的电位分别为φ₁和φ₂，此电位是温度的函数，即随温度而变化。没有红外光照射时，冷点与热点温度相同，所以φ₁＝φ₂，回路中没有电流通过，而当用红外光照射后，热点升温，冷点仍保持原来温度，φ₁与φ₂不相等，回路中有电流通过放大后得到信号，信号强度与照射的红外光强度成正比。为不使热量散失，热电偶置于高真空的容器中。

图11-17 热电偶工作原理

M₁-M₂的材料有镍-铬镍铝、铜-康铜(Ni:39%～41%,Mn:19%～2％，其余为Cu)、铁-康铜、铂铑-铂等。热电偶的缺点是反应较迟钝，信号输入与输出的时间达几十毫秒，不适于傅里叶变换，用于普通光栅仪器等。

(2)汞镉磅检测器

汞镉碲检测器(简称MCT)，它是由半导体碲化镉和碲化汞混合制成。此种检测器分为光电导型和光电伏型，前者是利用其吸收辐射后非导电性的价电子跃迁至高能量的导电带，从而降低了半导体的电阻，产生信号；后者是利用不均匀半导体受红外光照射后，产生电位差的光电伏效应而实现检测。MCT检测器固定于不导电的玻璃表面，置于真空舱内，需在液氮温度下工作，其灵敏度比TGS检测器高约10倍。

(3)热释电器件

热释电器件响应速度快(us)，适用于傅里叶变换红外光谱仪，其结构如图11-18所示。它是以热释电材料硫酸三苷肽(TGS)为晶体薄片，在它的正面真空镀铬(半透明，可透红外光)，背面镀金。TGS为非中心对称结构的极性晶体，即使在无外电场和应力的情况下，本身也会电极化，此自发电极化强度是温度的函数，随温度上升，极化强度下降，与Ps方向垂直的薄片两个表面有电荷存在，且表面电荷密度σs=Ps当正面吸收红外辐射时，薄片的温度升高，极化度降低，晶体的表面电荷减少，相当于“释放”了一部分电荷，释放的电荷经过外电路时被检测。电荷密度σs与温度T有关。当红外光强增大，其温度变化率也大，电荷密度变化增加，输出的电流也增加。

图11-18 TGS热释电器件的工作原理

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文章来源：《分析化学分析方法的原理及应用研究》

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