为了实现傅立叶变换光谱仪的微型化与轻量化，设计了轻型栅条分束器结构，代替传统的平行平板分束器，分析了轻型栅条分束器的栅棱对光谱复原的影响，提出了制作误差容限。对微型傅立叶变换光谱仪进行了建模仿真，得到了轻型栅条分束器的最佳结构。通过系统仿真进行光谱反演，得到了复原光谱，并计算了轻型栅条分束器引入的光谱误差。完成了原理样机的搭建与调试，得到了实际系统的复原光谱，证明了微型化系统的可行性。该微型化系统相对于传统傅立叶变换光谱仪，具有体积小，稳定性好的优点，可用于在线监测。

本文提出了一种基于多级微反射镜和栅格分束器的静态轻型傅立叶红外变换光谱仪, 通过两个多级微反射镜实现光程差的空间离散和干涉图的静态二维采样, 通过引入栅格分束器有效降低了系统的体积和重量。作为该光谱仪的核心光学器件, 多级微反射镜的阶梯高度一致性、面型平整度和结构精度是决定采样间隔、分辨率和噪声等仪器指标的主要因素。本文提出了基于MOEMS技术的厚度依次减半多层膜法, 制作了台阶高度为0625 μm, 阶梯数为32的低阶梯多级微反射镜。测得实际阶梯高度平均值为6269 nm, 表面粗糙度均方根值为172 nm。分析了阶梯高度误差对光谱复原的影响, 提出了两种阶梯高度误差校正方法, 分别为通过修正因子来减小膜厚监控误差, 和利用最小二乘余弦多项式算法对复原光谱进行校正。校正后的复原光谱误差(SCE)降低为234%, 满足系统对光谱复原的要求。最后, 将该低阶梯多级微反射镜置入光谱仪中, 得到乙腈样品的干涉图和复原光谱图。

傅立叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)技术在大气环境在线监测 领域有着广泛的应用,利用项目研制的基于傅立叶红外技术与White型多次反射池技术的国产FTIR系统, 在龙凤山本底站进行了实际大气CH4、CO、CO2和N2O的多组分在线测量,并与本底站多年业务运行 的CRDS和GC系统的观测结果进行了同步对比分析。结果表明,(1)当前研制的FTIR原理样机的检出限 较高,可满足高浓度温室气体排放的在线监测要求。但在大气本底监测方面,其与WMO-GAW的要求尚有一 定差距,在检测能力(光能衰减、有效光程、波长校准、测量腔室等)、分析精度、不确定度以及 系统稳定性等方面仍有较大的提升空间。(2)FTIR系统与CRDS和GC系统对大气CH4、CO观测的 一致性变化趋势和相关性较好, CO2和N2O的一致性趋势不很理想,这与观测系统的原理、 分析技术、样品处理以及数据处理方法等有关。

中国的大气环境污染形势严峻,地域性大气问题严重,以燃煤为主的火力发电厂、燃煤锅炉等是最主要的SO2、NOx排放源。 现行的燃煤烟气排放标准做了严格规定,从而对烟气连续排放在线监测技术提出更苛刻的要求。基于傅立叶变换红外光谱技术与 伴热式多次反射池技术,研究燃煤电厂SO2、NO污染气体超低浓度检测系统。针对SO2、NO的分子吸收光谱特征, 采用SiC作为光源,选择测量波段1900～2600 nm;采用傅立叶变换红外光谱技术对测量光谱进行处理,与现场两台设备的 测量数据进行分析, SO2、NO气体的相关性良好,满足超低排放烟气监测需求。

桑叶为药食两用的原料, 具有降血糖、降血压、降血脂、延缓衰老等多种保健功效。本文首先采用了傅立叶变换红外光谱法直接、快速、准确地测定了桑叶的红外光谱图, 根据桑叶的峰位, 我们可以推断出桑叶可能含有醇、酚、烷烃、烯、蛋白质和多糖等化学成分; 然后进行了紫外光谱分析及红外光谱和紫外光谱的对比分析, 其结论为桑叶的识别、鉴定和药理分析提供了一定的科学依据。

本文采用傅立叶变换红外光谱(卷积谱及二阶导数谱)法对经不同剂量核辐照的虫草粉进行了对比研究。虫草粉中碳水化合物(糖和纤维素)、蛋白质及脂肪含量较高; 虫草的多糖及酯对核辐照较为敏感, 辐照还使分子中吡喃环的C-O-H基团向多糖的O-H和酯的C-O-C基团转化; 构成虫草蛋白质的多肽是α构象的; 低于18 kGy剂量辐照虫草粉样品对虫草蛋白质影响很小, 但对虫草主要有效成分(含有C-N基团和N-H基团成分)影响较大; 高于18 kGy剂量辐照虫草粉样品对虫草蛋白质、多糖及酯的分子结构可能产生了破坏。建议不宜采用核辐照对虫草粉杀菌消毒处理。

通过插层技术合成了叶绿素铜/蒙脱土（chl-Cu/MMT）纳米中间体，采用傅立叶变换红外光谱（FTIR）结合光谱反射曲线对叶绿素铜/蒙脱土纳米中间体的近红外隐身性能进行研究。测试了叶绿素铜/蒙脱土纳米中间体的X射线单晶衍射图谱（XRD）和红外光谱，结果显示有机物叶绿素铜已成功进入蒙脱土层间。热重分析图谱（TGA）结果显示当有机物进入蒙脱土层间，热稳定性得到改善。结合光谱反射曲线对中间体的近红外隐身性能进行研究，发现叶绿素铜/蒙脱土纳米中间体与天然绿色植物的光谱反射率相一致，研究揭示叶绿素铜/蒙脱土纳米中间体达到近红外隐身功能，在**作战中可以模拟背景植物的光反射特性。

本文首次利用傅立叶变换红外光谱仪测定了野生铁核桃叶和花的红外光谱图,分析比较了它们在光谱图上的异同。虽然二者的红外光谱图十分相似, 但在1700~500 cm-1区间的红外光谱图形状不同, 且有各自独有的特征峰存在。根据各种化学键和官能团振动所引起的吸收峰形状和范围, 推断出它们可能含有烷烃类、蒽醌类、酚或醇类、黄酮类、多糖、强心苷、三萜类化合物及其挥发油、鞣质等化学成分。其结论可为研究核桃叶和花的化学成分及作用机理提供科学依据。

本文采用傅立叶变换红外光谱(吸收光谱、二阶导数谱及差谱)法对经不同剂量核辐照的人参粉进行了对比研究。辐照剂量不高于9 kGy时, 人参粉样品的化学成分几乎没有发生变化; 人参粉样品经15 kGy及以上的辐照剂量辐照后, 可能产生新的化学成分, 表明采用辐照剂量不高于9 kGy的核辐照杀灭人参粉污染的微生物和各种寄生虫卵是可行的; 较低辐照剂量(低于3 kGy)辐照的人参粉, 可能影响到人参粉中生命体分子(含羟基-OH)的结构; 以21 kGy剂量核辐照后的人参粉样品可能糖减少了或是糖的类型增多了。

针对大气监测需要,研制了傅立叶变换红外光谱仪,介绍了数据采集系统的设计实现,在HeNe激光反馈控制系统和高精 度数据采集卡的基础上实现了干涉信号等光程差间距采样,编制了数据采集与处理软件。实验结果表明,系统光 谱分辨率可达到1 cm,满足大气多组分监测的需要。