傅立葉變換紅外光譜

1.基本原理

紅外光譜又稱為分子振動轉動光譜，是一種分子吸收光譜。當一束具有連續波長的紅外光通過物質時，物質分子中某個基團的振動頻率或轉動頻率和紅外光的頻率一樣時，分子就吸收能量由原來的基態振（轉）動能級躍遷到能量較高的振（轉）動能級。因此，物質分子吸收紅外輻射發生振動和轉動能級躍遷的波長處就出現紅外吸收峰。采用專用儀器記錄下透過物質的系列紅外光，就是該物質的紅外光譜。紅外光譜法實質是一種根據物質分子內部原子間的相對振動和分子轉動等信息來確定物質分子結構和鑒別化合物的分析方法。

傅立葉變換紅外光譜法（Fourier transform infrared spectroscopy，簡寫FTIS）是利用干涉圖與紅外光譜圖之間的對應關系，通過測量干涉圖和對干涉圖進行傅立葉積分變換的方法來測定和研究紅外光譜圖的一種方法。

2.樣品要求

（1）樣品可以是加工成200目的粉末，也可用不加蓋片的薄片或光片。

（2）用于以礦物結構、結晶度研究為目的樣品最好采用挑選過的單礦物，以盡量減少其他礦物的影響。

3.地質應用

（1）礦物鑒定：利用紅外光譜鑒定礦物是紅外光譜在地學領域的基本應用。國際礦物及新礦物命名委員會規定紅外光譜數據是礦物鑒定的基本數據。礦物紅外光譜反映了礦物化學成分、結構特征等信息。從礦物光譜的譜帶位置、形狀、強度等特征，能判斷礦物的類型或是哪一種礦物。如有相應的礦物譜庫，則可通過光譜檢索來確定礦物。也可參考公開出版的礦物紅外光譜圖集進行礦物鑒定。

（2）礦物類質同象及同質異象研究：類質同象是指礦物晶體結構中某種質點被其他類似的質點所代替，使晶格常數、物理化學性質發生變化，而結構型式并不改變。礦物類質同象出現一系列結構相同但成分規律變化的系列礦物，反映在紅外光譜圖中與之相關的吸收譜帶發生規律性的位移。

同質異象是指礦物的多形現象，可作為地質作用的溫度計和壓力計，反映礦物形成環境的差異。成分相同但結構不同，反映在紅外光譜上則有很大的差別。

（3）礦物中的水組分研究：紅外光譜是研究礦物中水組分的有效手段。礦物中的水主要以分子水H2O、羥基，以及少見的H3O+形式存在，通過3000cm-1以上譜帶的信息可以判斷礦物結構中水的存在形式。

（4）礦物結構研究：紅外光譜主要可用于礦物晶體結構中的有（無）序現象研究，對于探討礦物形成條件具有重要意義。

（5）礦物結晶程度研究：隨著礦物結晶度的降低，晶體內部結構排列變得不規則，對稱性降低，反映在紅外光譜上的特點是基團振動頻率不再是幾個固定的值，譜圖上的吸收帶加寬，譜帶數量減少，由此可以判斷礦物的結晶度。目前紅外光譜法已經被用于石英、磷灰石、高嶺石、三水鋁石、鋯石等礦物的結晶度研究；在研究隕石沖擊事件的關鍵地質科技問題中，有研究者也采用了紅外光譜法，利用黑云母和石英的結晶度變化過程表征沖擊壓力作用的變化。

（6）礦物中包裹體研究：研究礦物中的包裹體有助于了解礦物的形成環境和演化過程。利用紅外顯微鏡附件對單個包裹體進行紅外光譜法測試是研究單個包裹體的有效手段之一。另外在石油地質中紅外光譜法也被用于有機包裹體研究。通過測得的有機包裹體紅外光譜圖計算有機質的烷基鏈碳原子數和正烷烴直鏈碳原子數，從而能劃分油氣成藏期和確定油氣包裹體的成熟度。