第5章　红外光谱仪的主要性能指标和检定方法

5.1　红外光谱仪的分辨率

5.1.1　红外光谱仪分辨率的定义

红外光谱仪的分辨率（resolution）是其分辨两个相邻峰的能力，单位是cm−1。如果强度和半高宽均相等的两个相邻峰，在其合成的谱线上有一个20%的下凹，见图5.1，就可以说这两个相邻峰分开了。

5.1.2　影响红外光谱仪分辨率的因素

红外光谱仪的分辨率∆ν 由光程差D决定。分辨率∆ν 等于光程差D的倒数，即：∆ν =1/D；最大分辨率∆νmax等于最大光程差Dmax的倒数，即：∆νmax =1/Dmax。

假定分束器是一个不吸收光的薄膜，透射率和反射率各为50%。红外光照射到分束器后，有50%的光反射到动镜，又从动镜反射到分束器。另外50%的光透过分束器到达定镜，又从定镜反射到分束器。

动镜移动的有效距离E=|S−L|（单位：cm）。两束光的光程差D=2E（单位：cm），见图5.2。

5.1.3　红外光谱仪分辨率的测定方法

根据分辨率的定义，应寻找两条相邻的、强度和半高宽均相等的峰测定红外光谱仪的分辨率。但是实际操作起来非常困难。为操作方便，根据分辨率的不同级别，建立了检测分辨率的相应替代方法。表5.1为不同级别红外光谱仪的最高分辨率和可采用的检测方法。

5.1.3.1　CO气体法检测红外光谱仪的最高分辨率

往10 cm长的红外光谱气体池中引入CO气体，要根据红外光谱仪最高分辨率级别按表5.2控制CO气体压力。若CO气体压力偏大，谱带强度增大、谱带变宽、分辨率偏低; 若CO气体压力偏小，谱带强度减小、谱带变窄、分辨率偏高。

把气体池放入仪器样品室，测量CO气体的吸收光谱。选择实验条件时，分辨率设定为仪器的最高分辨率，切趾函数（apodization）选择矩形函数（boxcar），红外光阑尽量小，光谱范围选择2300～2000 cm−1。

5.1.3.2　水蒸气法检测红外光谱仪的最高分辨率

水蒸气法检测红外光谱仪的最高分辨率的操作步骤：①不在光路中放置样品，采集背景光谱；②把一条3 cm×10 cm的洁净布条在温水中浸泡2 min，然后拧干至不滴水；③把布条平铺放入样品室，以增加样品室中水蒸气的浓度；④关闭样品室5 min后，采集样品光谱，得水蒸气的红外吸收光谱。

在水蒸气红外吸收光谱的2000～1300 cm−1区间挑选水蒸气的一个谱带，测量这个谱带的半高宽即得到仪器的实测分辨率。图5.3为2 cm−1分辨率时水蒸气在2000～1300 cm−1区间的红外吸收光谱。图5.4为水蒸气红外谱带半高宽的检测，半高宽即仪器的实测分辨率为1.24 cm−1。

5.1.3.3　标准聚苯乙烯薄膜法检测红外光谱仪的分辨率

如果要检测红外光谱仪4 cm−1的分辨率，则在设定4 cm−1分辨率条件下，扫描5次，测量0.03 mm厚的标准聚苯乙烯薄膜。在3120～2800 cm−1区内应有7个峰。这7个峰的频率分别如表5.3所示。图5.5为标准聚苯乙烯薄膜实测局部红外光谱。