傅里葉變換紅外光譜儀

1、傅里葉紅外光譜儀（FTIR）（僅供參考）一實驗?zāi)康模?了解FTIR的工作原理以及儀器的操作。2通過對多孔硅的測試，初步學(xué)會分析方法。二實驗原理：1傅里葉紅外光譜儀的工作原理：FTIR光譜儀由3部分組成：紅外光學(xué)臺（光學(xué)系統(tǒng)）、計算機和打印機。而紅外光學(xué)臺是紅外光譜儀的最主要部分。紅外光學(xué)臺由紅外光源、光闌、干涉儀、樣品室、檢測器以及各種紅外反射鏡、氦氖激光器、控制電路和電源組成。下圖所示為紅外光學(xué)臺基本光路圖。AA光源譜圖干涉儀干涉圖檢測器樣品室計算機傅里葉變換紅外光譜是將邁克爾遜干涉儀動鏡掃描時采集的數(shù)據(jù)點進(jìn)行傅立葉變換得到的。動鏡在移動過程中，在一定的長度范圍內(nèi)，在大小有限，距離相等的位置

2、采集數(shù)據(jù)，由這些數(shù)據(jù)點組成干涉圖，然后對它進(jìn)行傅立葉變換，得到一定范圍內(nèi)的紅外光譜圖。每一個數(shù)據(jù)點由兩個數(shù)組成，對應(yīng)于X軸和Y軸。對應(yīng)同一個數(shù)據(jù)點，X值和Y值決定于光譜圖的表示方式。因此，在采集數(shù)據(jù)之前，需要設(shè)定光譜的橫縱坐標(biāo)單位。紅外光譜圖的橫坐標(biāo)單位有兩種表示法：波數(shù)和波長。通常以波數(shù)為單位。而對于縱坐標(biāo)，對于采用透射法測定樣品的透射光譜，光譜圖的縱坐標(biāo)只有兩種表示方法，即透射率T和吸光度A。透射率T是由紅外光透過樣品的光強I和紅外光透過背景（通常是空光路）的光強I0的比值，通常采用百分?jǐn)?shù)（）表示。吸光度A是透射率T倒數(shù)的對數(shù)。透射率光譜圖雖然能直觀地看出樣品對紅外光的吸收情況，但是透射率

3、光譜的透射率與樣品的質(zhì)量不成正比關(guān)系，即透射率光譜不能用于紅外光譜的定量分析。而吸光度光譜的吸光度值A(chǔ)在一定范圍內(nèi)與樣品的厚度和樣品的濃度成正比關(guān)系，所以大都以吸光度表示紅外光譜圖。本實驗運用的儀器是Nicolet380智能傅立葉紅外光譜儀。2傅里葉紅外光譜儀的主要特點：具有很高的分辨能力，在整個光譜范圍內(nèi)分辨能力達(dá)到0.1cm-io具有極高的波數(shù)準(zhǔn)確度，波數(shù)準(zhǔn)確度可以達(dá)到0.01cm-io雜散光的影響度低，通常在全光譜范圍雜散光影響低于0.3%。掃描時間短，可以用于觀測瞬時反應(yīng)?？梢匝芯亢軐挼墓庾V范圍。本實驗儀器波數(shù)范圍為400cm-i4000cm-i。具有極高的靈敏度。適合于微小試樣的研究

4、。光束截面約1mm,適合微量、單晶、單纖維等小樣的測量。3傅里葉紅外光譜儀的應(yīng)用范圍：根據(jù)紅外光譜的吸收峰位置、形狀和強度可以進(jìn)行定性分析,推斷未知物的結(jié)構(gòu),適合于鑒定有機物、高聚物以及其他復(fù)雜結(jié)構(gòu)的天然及人工合成產(chǎn)物。在生物化學(xué)中還可以用于快速鑒定細(xì)菌、甚至細(xì)胞和其他活組織的結(jié)構(gòu)等的研究。根據(jù)吸收峰的強度可以進(jìn)行定量分析。在半導(dǎo)體工業(yè)中,由紅外光譜可以對半導(dǎo)體中的化學(xué)鍵和雜質(zhì)等進(jìn)行非破壞性的驗證。本實驗通過在空氣和在臭氧中制得的多孔硅樣品FTIR譜的比較，通過比較、計算，最后得出SiOx氧化率等參數(shù)。三實驗數(shù)據(jù)處理。1硅基底與多孔硅樣品的比較：ecnatimsnarT%R上圖為原始硅襯底和1

5、0min在空氣中制得的多孔硅樣品透射譜的比較。比較并標(biāo)峰發(fā)現(xiàn)多孔硅樣品在波數(shù)為1054.923cm-i、2247.88cm-i、3419.34cm-i三處的透射率有顯著的不同，通過查表可知，相應(yīng)的特征吸收基團為Si0、SiH和SiOH系列基團。這就意味著在多孔硅制造工藝中發(fā)生的變化主要是表面的硅與氧或氫鍵合，而根據(jù)多孔硅的發(fā)光機制知光致發(fā)光主要由硅氧化合物引起，因此工藝中添加酒精溶劑為了減少硅與氫的鍵合由此而來。2不同條件下制得的多孔硅樣品的比較：上圖是在空氣和03環(huán)境下制得的多孔硅樣品的FTIR吸收特征譜，比較兩圖像可以發(fā)現(xiàn)譜線的特征峰位置基本一致，只是譜峰面積大小不同。理論上對應(yīng)2042c

6、m-i2314cm-i的特征峰是一系列硅-氫鍵伸縮模：SiH伸縮模(2090cm-i),SiH2伸縮模(2116cm-i)，SiH3伸縮模(2140cm-i),HSiO2Si伸縮模(2193cm-i)以及HSi03伸縮模(2258cm-i)對應(yīng)1105cm-i的吸收峰則是Si0Si伸縮模?？紤]到儀器系統(tǒng)誤差和樣品放置過久被氧化的因素，樣品表面的SiH鍵被空氣中的氧打斷，形成HSiO2Si和HSiO3，因而基本看不到SiHx特征峰。而2247.88cm-i應(yīng)為HSiO2Si和HSiO3的擬和，1054.923cm-i的吸收峰是SiOSi伸縮模，3419.34cm-i的吸收峰是SiOH伸縮膜。-5

7、-PS-Si10MininairPS-Si10MininO3.u.a/ecnabrosbARI208642011000001054.923050010001500200025003000350040004500Wavenumber/cm-13多孔硅樣品氧化度的計算：樣品表面的氧化物是不完全氧化硅SiOx，將SiOx鍵的IR吸收峰進(jìn)行2個高斯分峰擬合，如圖所示，其中主峰歸因于SiOSi的同相伸縮膜的吸收譜，而高能肩峰則對應(yīng)于SiOSi的反相伸縮膜的吸收譜，高能肩峰隨著氧濃度下降逐漸向主峰融合。肩峰邊緣的吸收值（12,如圖所示）與主峰吸收峰值（11）的比值R來表征高能肩峰。R與x的線性關(guān)系為：x=

8、3.68R+3.58。由此我們可以計算10min在空氣中和O3環(huán)境下制得的兩個樣品的SiOx中的x值。具體計算如下：PS-Silicon10MininairData:SUB11_CModel:GaussEquation:y=y0+(A/(w*sqrt(PI/2)*exp(-2*(x-xc)/wF2)Weighting:yNoweighting.u.a/ecnatrosbARI0864210000ChiA2/DoF=0.00067RA2=0.9924y00?xc11060.22616?.64698w164.17522?.00414A167.56883?.35127xc21152.42107?.9

9、4256w2104.62734?.04743A274.16332?.506349501000105011001150120012501300Wavenumber/cm-1PS-Silicon10Minin03Data:SUB11_HModel:GaussEquation:y=y0+(A/(w*sqrt(PI/2)*exp(-2*(x-xc)/w)A2)Weighting:yNoweighting.u.a/ecnatrosbAR0.70.60.50.40.30.20.10.0ChiA2/DoF=0.0001RA2=0.99721y00?xc11069.77186?.30928w159.67894?.77686A139.85828?.35145xc21154.81768?.72674w2115.44036?.72671A253.1915?.50739-0.1950100010501100115012001250Wavenumber/cm-1樣品-數(shù)據(jù)吸光度I1吸光度I2R=I2/I1X=-3.68R+3.58Inair0.970