在對樣品進(jìn)行定性與定量分析時，例如醫(yī)藥化工、寶石鑒定、地礦、石油、煤炭、環(huán)保、海關(guān)、刑偵鑒定等領(lǐng)域，經(jīng)常會用傅里葉紅外光譜儀來進(jìn)行檢測分析，而其所利用的技術(shù)是傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜，不少人了解儀器的原理，那么其使用的技術(shù)，又了解多少呢？
 

　　關(guān)于傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜
 

　　傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜 (FTIR)是一種用來獲得固體, 液體或氣體的紅外線吸收光譜和放射光譜的技術(shù)。傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀同時收集一個大范圍范圍內(nèi)的光譜數(shù)據(jù)。這給予了在小范圍波長內(nèi)測量強(qiáng)度的色散光譜儀一個顯著的優(yōu)勢。FTIR已經(jīng)能夠做出色散型紅外光譜，但使用的并不普遍(除了有時候在近紅外)，開啟了紅外光譜新的應(yīng)用。傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀是源自于傅立葉轉(zhuǎn)換(一種數(shù)學(xué)過程)，需要將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成實際的光譜。
 

　　傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜種類
 

　　根據(jù)紅外光的分類，傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜也可以分為以下幾種：

　　近紅外光FTIR：近紅外光區(qū)域介于波長從巖鹽區(qū)域到可見光的起始(約在750nm)。從基本振動的泛頻上可以觀察到此區(qū)域。它主要應(yīng)用在工業(yè)上，如化學(xué)影像和流程控制。

　　中紅外光FTIR：隨著廉價微電腦的出現(xiàn)，使得能有專門用于控制光譜儀、收集數(shù)據(jù)、進(jìn)行傅里葉轉(zhuǎn)換和光譜呈現(xiàn)的電腦得以出現(xiàn)。這促進(jìn)了在巖鹽區(qū)域的FTIR分光光度計的發(fā)展。然而，制造超高極ng確度的光學(xué)零件和機(jī)械零件卻是必須克服的問題。廣泛被使用的器具現(xiàn)在可以在市面上買到。雖然在儀器的設(shè)計上越來越復(fù)雜，但是基本原理仍然保持相同。如今，干涉儀上的移動鏡以相同的速度移動且干涉圖的取樣會位于被氦-氖激光所點燃的二次干涉的邊緣發(fā)現(xiàn)通過零交叉點所觸發(fā)。這賦予了高波數(shù)下從紅外光譜上所得到結(jié)果的極ng確度并避免波數(shù)校準(zhǔn)錯誤。

　　遠(yuǎn)紅外光FTIR：一開始，F(xiàn)TIR分光光度計是使用在遠(yuǎn)紅外光的范圍上。這么做是因為考慮到了良好光學(xué)性能所需求的機(jī)械耐用度，這也關(guān)系到了光波長的選用。
 

　　傅里葉近紅外檢測器原理
 

　　光源發(fā)出的光被分束器(類似半透半反鏡)分為兩束，一束經(jīng)透射到達(dá)動鏡，另一束經(jīng)反射到達(dá)定鏡。兩束光分別經(jīng)定鏡和動鏡反射再回到分束器，動鏡以一恒定速度作直線運動，因而經(jīng)分束器分束后的兩束光形成光程差，產(chǎn)生干涉。干涉光在分束器會合后通過樣品池，通過樣品后含有樣品信息的干涉光到達(dá)檢測器，然后通過傅里葉變換對信號進(jìn)行處理，Z終得到透過率或吸光度隨波數(shù)或波長的紅外吸收光譜圖。
 

　　傅里葉近紅外檢測器的優(yōu)點
 

　　作為一款分析儀器， 傅里葉近紅外檢測器有三個突出的特點：
 

　　1、 掃描速度快：傅里葉變換紅外光譜儀是按照全波段進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的，得到的光譜是對多次數(shù)據(jù)采集求平均后的結(jié)果，而且完成一次完整的數(shù)據(jù)采集只需要一至數(shù)秒，而色散型儀器則需要在任一瞬間只測試很窄的頻率范圍，一次完整的數(shù)據(jù)采集需要十分鐘至二十分鐘。

　　2、 信噪比高：傅里葉變換紅外光譜儀所用的光學(xué)元件少，沒有光柵或棱鏡分光器，降低了光的損耗，而且通過干涉進(jìn)一步增加了光的信號，因此到達(dá)檢測器的輻射強(qiáng)度大，信噪比高。

　　3、 重現(xiàn)性好：傅里葉變換紅外光譜儀采用的傅里葉變換對光的信號進(jìn)行處理，避免了電機(jī)驅(qū)動光柵分光時帶來的誤差，所以重現(xiàn)性比較好。

Protea公司是專門從事傅里葉紅外多組份氣體分析儀的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售一體的科技公司，總部位于英國，產(chǎn)品采用GX的傅里葉紅外FTIR技術(shù)監(jiān)測高溫氣體、燃燒氣體、煙氣等，分辨率高，可用于揮發(fā)性有機(jī)物的測量VOCs,該設(shè)備獲得英國MCerts認(rèn)證和煙氣分析的M22認(rèn)證，并獲得大量科研和環(huán)保單位等用戶的認(rèn)可。

AtmosFIR為Protea公司FTIR氣體分析技術(shù)的新產(chǎn)品，具有方便攜帶、可移動性等特點。

傅里葉紅外光譜儀標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用模型典型監(jiān)測氣體：CO、NO、HCL、HF、HCN、CH4、C2H6、C3H8、C2H4、HCHO、C6H6、C7H8、C8H10（鄰二甲苯）（可選）、C8H10（對二甲苯）（可選）、C8H10（間二甲苯）（可選）、C8H8（可選）、C3H4O（可選）、C6H6O（可選）、C6H5NH2（可選）、C2H3CL（可選）、C6H5NO2（可選）、TOC（僅指示）、H2O、CO2、O2（ZrO2傳感器）（可選）

AtmosFIR在之前的FTIR技術(shù)基礎(chǔ)上顯著提高，成為目前市場上性價比較高的分析產(chǎn)品之一，具有高分辨率、堅固耐用、高信號、低噪音、元器件壽命長等特點。

AtmosFIR采用了該領(lǐng)域的技術(shù)，主要包括以下方面：

★低成本；

★低維護(hù)費用；

★堅固耐用，重量輕，碳纖維材料，絕緣設(shè)計；

★內(nèi)置加熱采樣系統(tǒng)，設(shè)計適用于排放監(jiān)測，可作為便攜或CEM系統(tǒng)的一部分；

★堅固的運輸箱，用于移動式現(xiàn)場監(jiān)測。

產(chǎn)品特征：

★ 無需分析儀前樣品調(diào)節(jié)單元；

★ 靈活的采樣系統(tǒng)配置；

★ 加熱管線支托架；

★ 內(nèi)置加熱管線和加熱探頭控制器，與FTIR信號連接；

★ 內(nèi)置氧氣傳感器進(jìn)行平行的氧氣測量；

★ 可選質(zhì)量流量控制器，用于高濃度分析物進(jìn)樣和線性校準(zhǔn)；

★ 軟件可自動進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)排放測試計算：漂移修正、Zdi檢測限（LDL）計算、殘留檢查，全部按照已公布標(biāo)準(zhǔn)；

★ 多組份多量程范圍FTIR氣體分析儀；

★ 使用一臺儀器測量多達(dá)1000種氣體；

★ 數(shù)據(jù)可下載，新氣體可離線再次分析；

★ PAS軟件提供不限氣體數(shù)量的同時測量，使用強(qiáng)大的PLS算法；

★ 內(nèi)置氧氣傳感器、可加熱內(nèi)置過濾器和采樣控制；

★ AtmosFIR配有一個靈敏的DTGS傳感器，可在環(huán)境溫度下運行，無需液氮或其他冷卻裝置。Protea提供強(qiáng)大的PAS軟件套裝、培訓(xùn)和支持，從而使客戶獲得儀器Zda的性能；

★ AtmosFIR多組份氣體分析儀也可放置于19英寸機(jī)架，作為實驗室臺式或現(xiàn)場在線監(jiān)測使用，以現(xiàn)場高穩(wěn)定性和便攜式的形式提供。外殼箱為一個高IP等級的防護(hù)殼，使得現(xiàn)場安裝和移動使用過程中的堅固防護(hù)，而不影響儀器性能。

產(chǎn)品應(yīng)用

★ 環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測;

★ 勞動衛(wèi)生現(xiàn)場監(jiān)測;

★ CEMS;

★ 工業(yè)過程分析控制;

★ 催化轉(zhuǎn)化科學(xué)研究;

★ 煙道排放測試;

★ 垃圾焚燒、燃燒排放氣體監(jiān)測;

★ 實時TOC測量;

★ 廢氣處理設(shè)施效率測試——進(jìn)口和出口;

★ 硅氧烷測量;

特別適用于：

★ 同時分析多種組份;

★ 被測氣體高溫、高濕;

★ 被測氣體成分復(fù)雜;

★ 測試現(xiàn)場條件差。

經(jīng)過多年的FTIR應(yīng)用經(jīng)驗，Protea已經(jīng)開發(fā)出的 軟件平臺可讓新手和FTIR專家都能夠更方便使用 AtmosFIR分析儀。PAS-Pro軟件可提供全自動化的操作。

★ 觸屏界面;

★ 詳細(xì)的健康和警報狀態(tài);

★ 氣體同時測量數(shù)量無限制;

★ 分析電腦上無需保存大量光譜庫;

★ 通過/失敗指示，符合FTIR標(biāo)準(zhǔn)，如ASTM、US EPA、ISO和UK EA TGN;

★ 多量程測量，自動量程轉(zhuǎn)換;

★ 單獨的測試記錄方便數(shù)據(jù)保存;

★ 單獨的量程記錄方便數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)保存;

★ 針對多點測量，采樣時間可編程，自動量距氣檢 查、吹洗等;

★ 軟件內(nèi)滿量距氣審查——氣體名字、濃度、認(rèn)證號;

★ 加熱采樣系統(tǒng)報警響應(yīng);

★ 全光譜保存，加采樣信息——溫度、壓力、氧氣含 量、分辨率(可追溯性);

★ PAS針對想進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的專家用戶設(shè)計了更多細(xì) 節(jié);

★ 多變量化學(xué)計量學(xué)模型構(gòu)建工具—PLS、CLS和更 多算法;

★ 準(zhǔn)確的測量結(jié)果不需要進(jìn)行全氣體矩陣分析;

★ 對干擾氣體或新氣體可進(jìn)行再次分析;

★ 內(nèi)置Zdi檢測限(LDL)計算器;

★ 內(nèi)置漂移修正計算器。

傅里葉紅外光譜儀是基于對干涉后的紅外光進(jìn)行傅里葉變換的原理而開發(fā)的紅外光譜儀，主要由紅外光源、光闌、干涉儀（分束器、動鏡、定鏡）、樣品室、檢測器以及各種紅外反射鏡、激光器、控制電路板和電源組成。可以對樣品進(jìn)行定性和定量分析，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥化工、地礦、石油、煤炭、環(huán)保、海關(guān)、寶石鑒定、刑偵鑒定等領(lǐng)域。

下面上海爾迪儀器科技有限公司給大家詳細(xì)介紹傅里葉紅外光譜儀應(yīng)用行業(yè)

1、在石油化學(xué)研究中的應(yīng)用

傅里葉紅外光譜儀在石油化學(xué)中的應(yīng)用是一個十分廣泛的領(lǐng)域，如在重油的組成、性質(zhì)與加工方面，應(yīng)用IR表面自硅膠色譜得到的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。紅外光譜儀在潤滑油及其應(yīng)用方面的進(jìn)展體現(xiàn)在:用于鑒別未知油品和標(biāo)定潤滑油的經(jīng)典物理性質(zhì)(如粘度、總酸值、總堿值);被納入以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測為目的的油液分析計劃，用于表征在用油液的降解和污染程度;油潤滑表面摩擦化學(xué)過程及產(chǎn)物的原位監(jiān)測與表征。

傅里葉紅外光譜儀應(yīng)用于輕質(zhì)油品生產(chǎn)控制和性質(zhì)分析方面的主要進(jìn)展包括:應(yīng)用紅外光譜預(yù)測汽油的辛烷值，應(yīng)用IR測定汽油中含氧化合物的含量。此外，還應(yīng)用ATR FT-IR與GC聯(lián)用測定汽油中的芳烴的含量。

2、醫(yī)藥領(lǐng)域  

現(xiàn)代藥物學(xué)在對新藥物進(jìn)行研制時不外乎兩種方法，一種是根據(jù)基礎(chǔ)化合物進(jìn)行合成，另一種是從動植物中提取改良。藥物的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，對于得到的新藥物最基本的步驟是分析其結(jié)構(gòu)和組成，傅里葉紅外光譜儀能夠出色的輔助人們完成這方面的工作。  

3、在臨床醫(yī)學(xué)的應(yīng)用

傅里葉紅外光譜儀在臨床疾病檢測方面也有廣泛的應(yīng)用，如利用紅外光譜法對冠心病、動脈硬化、糖尿病、癌癥的檢測。

4、刑偵鑒定

在案發(fā)現(xiàn)場中，通過犯罪現(xiàn)場勘查可以發(fā)現(xiàn)許多未知種類的纖維，而這些纖維中卻可能保存著大量的犯罪信息。通過對未知纖維的檢驗和鑒定，能夠掌握犯罪嫌疑人與犯罪現(xiàn)場關(guān)系、犯罪嫌疑人與受害人的關(guān)系以及對犯罪嫌疑人的同一認(rèn)定。纖維一般是由單體化合物聚合而成的，且各類纖維的分子結(jié)構(gòu)不同。傅里葉變換紅外光譜儀能夠根據(jù)纖維所含基團(tuán)的紅外吸收峰來確定未知纖維的種類。方法簡單迅速且不破壞檢材。

上海爾迪儀器科技有限公司有售bruker傅里葉紅外光譜儀VERTEX 80/80v、VERTEX 70v ，可以助力進(jìn)行諸多高難度試驗，如高分辨率、超快速掃描、步進(jìn)掃描或紫外光譜范圍測量。如果有需要可以聯(lián)系我公司！

    許多包膜病毒諸如人類免疫缺陷病毒（即艾滋病毒，HIV），埃博拉病毒、流行性感冒病毒（IFV）和冠狀肺炎病毒等致命性病毒對人類健康和公共衛(wèi)生構(gòu)成了持續(xù)的威脅。因此，關(guān)于病毒開展的各方面研究備受關(guān)注。其中，包膜病毒的細(xì)胞膜滲透行為是病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞，感染宿主細(xì)胞等一系列事件中的關(guān)鍵步驟。在病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞的過程中，包膜病毒如何與宿主細(xì)胞受體相互作用以及病毒膜包膜自身如何經(jīng)歷結(jié)構(gòu)變化，Z終進(jìn)入宿主細(xì)胞的病毒-細(xì)胞膜滲透行為的研究，能為開發(fā)新型抗病毒療法和疫苗提供有利信息。

    近年來，流感病毒（IFV， 結(jié)構(gòu)示意圖1）已被用作包膜病毒的原型來研究病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞的過程。IFV中血凝素（HA）是嵌入IFV包膜的主要表面糖蛋白。 HA負(fù)責(zé)IFV與宿主細(xì)胞受體的連接，并在病毒進(jìn)入過程中參與介導(dǎo)膜融合。眾多研究已經(jīng)為靶標(biāo)和病毒膜之間的融合機(jī)制建立了一個公認(rèn)的模型。該模型認(rèn)為只有在靶標(biāo)和病毒膜發(fā)生膜融合時才可形成孔從而介導(dǎo)病毒-細(xì)胞膜滲透行為。然而，其他報道也觀察到在融合發(fā)生之前靶標(biāo)和病毒膜的破裂。此外，關(guān)于腺病毒蛋白與宿主細(xì)胞的研究顯示，宿主細(xì)胞膜可能在沒有膜融合的情況下被破壞而進(jìn)入病毒。另一方面，病毒包膜和靶宿主細(xì)胞膜具有不同的化學(xué)組成或結(jié)構(gòu)，各個膜中形成孔的要求不同，因此靶宿主或病毒膜破裂也可能獨立地被誘導(dǎo)。

圖1 流感病毒示意圖 （百度百科）

    綜上所述，關(guān)于病毒-細(xì)胞膜滲透行為的機(jī)理還存在一定的爭議，明確單個病毒與宿主細(xì)胞的復(fù)雜融合機(jī)制，可為設(shè)計抗病毒化合物提供有利信息。然而，常規(guī)的病毒整體融合測定法是對膜融合事件的集體響應(yīng)，不能對細(xì)微、尤其是在納米尺度復(fù)雜的融合細(xì)節(jié)進(jìn)行直接和定量的研究，因此無法直接量化一些可以通過研究單個病毒、納米尺度表面糖蛋白和脂包膜來獲得的融合細(xì)節(jié)。例如，病毒感染過程在分子水平上引起的病毒膜和宿主細(xì)胞膜的化學(xué)和結(jié)構(gòu)組成改變，可以通過分子特異性紅外光譜技術(shù)來探測。然而，單個病毒、表面糖蛋白和脂包膜尺寸小于紅外光的衍射極限，限制了單個病毒的紅外光譜研究。因此，找到一個既可以提供納米高空間分辨率，還能探測機(jī)械、化學(xué)特性（分子特異紅外光譜）和環(huán)境影響的工具，使其可在單病毒水平上研究病毒膜融合過程是十分重要的。

    德國neaspec公司經(jīng)多年研發(fā)的納米分辨傅里葉紅外光譜和成像系統(tǒng)（nano-FTIR & neaSNOM）采用ZL化的散射式核心設(shè)計和準(zhǔn)外差技術(shù)以及獨特的寬光譜高能激光器（光譜范圍：650—4000 cm-1），基于傳統(tǒng)傅里葉紅外光譜的核心原理，使得光譜和成像信息直接源于光學(xué)信號，無需光-熱、光-力等復(fù)雜信號的轉(zhuǎn)換，能對空間分辨率低至10 nm的樣品進(jìn)行直接的紅外光譜及成像測量，提供與傳統(tǒng)傅里葉光譜完全一致的紅外光譜測量結(jié)果。因此，德國neaspec公司的納米分辨傅里葉紅外光譜與成像系統(tǒng)可實現(xiàn)高分辨率單個病毒、表面糖蛋白和脂包膜的原位光譜、化學(xué)圖譜和結(jié)構(gòu)鑒定，以及病毒與環(huán)境觸發(fā)因素和細(xì)胞的相互作用研究，是單病毒水平上研究病毒膜融合過程的wan美工具。

圖2 德國neaspec公司納米分辨傅里葉紅外光譜與成像系統(tǒng)（ nano-FTIR & neaSNOM）實物圖

    來自美國喬治亞大學(xué)和喬治亞州立大學(xué)的Sampath Gamage和Yohannes Abate等研究者采用 nano-FTIR & neaSNOM研究了單個原型包膜流感病毒X31在不同pH值環(huán)境中發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化。同時，還定量評估了在環(huán)境pH值變化期間,抗病毒化合物（化合物136）阻止病毒膜破壞的有效性，提供了一種YZ病毒進(jìn)入細(xì)胞的新機(jī)制。

    nano-FTIR和neaSNOM對流感病毒 X31的近場紅外光譜及成像研究提供了高空間分辨的優(yōu)異光譜和成像結(jié)果，具體結(jié)果如下：

1. 能清楚觀察到單個流感病毒的形貌（高度20-30 nm, 大小約70-100 nm）；

2. 不同紅外波長下病毒紅外吸收對比明顯；

3. HA富集在病毒包膜外（對比圖3 中f和g:包膜外1088 cm-1無紅外吸收信號，1659 cm-1 有紅外吸收信號，蛋白質(zhì)在1659 cm-1 有吸收而在1088 cm-1沒有）；

4. nano-FTIR 能獲取到病毒蛋白紅外光譜（1500-1750 cm-1范圍 Amide I 和Amide II 峰）；

5. nano-FTIR 能獲取到病毒的脂類、磷酸鹽和RNA的紅外光譜（1290-1050 cm-1范圍）。

圖3 流感病毒的neaSNOM近場光學(xué)紅外成像 (pH 7.4) a)：實驗示意圖；b)：病毒形貌成像（標(biāo)尺 100 nm）；c-e)：不同紅外波長下近場光學(xué)相位成像（紅外吸收）；f） 和 g)：b,c）和 b, e)紅色虛線相應(yīng)的截面分析

圖4 流感病毒的nano-FTIR光譜及高光譜成像(pH 7.4)A)：nano-FTIR紅外吸收光譜（pH 7和pH 5）； B)：病毒形貌及高光譜成像（標(biāo)尺 100 nm）

    綜上所述，在該研究工作中，作者對單個流感病毒顆粒進(jìn)行了光譜和成像實驗，研究了各種pH值變化環(huán)境中以及與抗病毒化合物相互作用時病毒蛋白和脂質(zhì)雙層的化學(xué)和結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果表明在不存在靶細(xì)胞膜的情況下，降低pH環(huán)境依然會造成病毒包膜破裂，這與當(dāng)前的病毒融合模型相反。此外，融合YZ劑化合物136可以有效阻止低pH環(huán)境引起的病毒包膜破壞。除流感病毒外，德國neaspec公司提供的nano-FTIR和neaSNOM技術(shù)同樣可能適用于其他包膜病毒（例如，HIV、冠狀肺炎病毒等）的研究，并能為基礎(chǔ)病毒學(xué)研究提供新思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]Sampath Gamage, Yohannes Abate et al.， Probing structural changes in single enveloped virus particles using nano-infrared spectroscopic imaging， PLOS ONE https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0199112