FTIR 全家桶：从透射到漫反射的四大绝技

TL;DR

• 核心原理：利用迈克尔逊干涉仪产生干涉图，再经傅里叶变换（Fourier Transform）得到光谱。
• ATR (衰减全反射)：最常用的模式。样品往晶体上一压就能测，利用倏逝波探测表面几微米的深度。
• DRIFTS (漫反射)：粉末样品的神器。光在颗粒间反复折射和反射，适合研究电极材料表面的吸附物种。
• 显微红外：给红外光谱装上显微镜，实现微米级的空间分辨。

1. 为什么是“傅里叶”？

传统的色散型光谱仪（用棱镜分光）一次只能测一个波长，速度慢，能量低。 FTIR 使用迈克尔逊干涉仪，让所有波长的光同时通过样品（多路复用优势），然后通过数学变换（FFT）解算出光谱。

• 结果：扫描速度极快，信噪比极高。

2. 四大测试模式：总有一款适合你

A. 透射 (Transmission)：经典但麻烦

• 原理：光直接穿过样品。
• 适用：气体、液体池、压得极薄的KBr药片。
• 痛点：样品必须足够薄（< 10 μm），否则光透不过去。制样极其繁琐。

B. ATR (衰减全反射)：懒人福音

• 原理：光在晶体（如金刚石、Ge）内部全反射，利用界面处的**倏逝波（Evanescent Wave）**探测样品。
• 适用：几乎所有固体和液体。
• 关键参数：穿透深度 ($d_p$)。通常仅为 0.5~2 μm。这意味着 ATR 是一种表面敏感技术，特别适合测电池极片表面的 SEI 膜。
• 注意：长波长（低波数）的光穿得更深，这会导致光谱强度的畸变，定量分析时需校正。

C. 镜面反射 (Specular Reflection)：照镜子

• 原理：光在光滑表面发生反射。
• 适用：金属表面的涂层、薄膜。
• 痛点：光谱形状怪异（受折射率虚部影响），必须经过 Kramers-Kronig (K-K) 变换才能还原成正常的吸收谱。

D. 漫反射 (DRIFTS)：粉末专用

• 原理：光在粗糙表面或粉末颗粒间发生漫反射。
• 适用：正负极粉末材料。
• 定量：利用 Kubelka-Munk (K-M) 函数将反射率转化为吸光度。特别适合原位监测气体在催化剂表面的吸附（如 Li-Air 电池中的 $O_2$ 吸附）。

图1. FTIR 四大测试模式示意图 (a) 透射；(b) ATR（最常用）；© 镜面反射；(d) 漫反射（粉末专用）。

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