97、傅里叶变换红外（FT - IR）成像技术：原理、仪器与应用

傅里叶变换红外（FT - IR）成像技术：原理、仪器与应用

1. 引言

红外（IR）光谱成像将红外光谱与样品可视化完美结合，极大地拓展了传统红外光谱的能力。它能以图像形式呈现光谱数据，从数千个像素中同时获取化学信息。相对像素亮度（图像对比度）可由多种光谱参数得出，从简单的振动峰强度到多元参数。该技术能够以空间分辨的方式探索光谱信息，有助于深入了解组织结构模式，并预测分子功能行为。此外，由于其具有大规模并行的特性，不仅可以用于探索单个样品的空间异质性，还能同时研究多个样品。

不过，与拉曼成像技术相比，红外光谱成像技术的应用发展相对较慢。这主要是因为在可见光光谱区域，多通道探测器（如电荷耦合器件 CCD）的数据采集更为便捷。而红外光谱区域的焦平面阵列（FPA）探测器，直到最近才在商业领域得到应用。随着红外阵列技术的发展，傅里叶变换红外（FT - IR）成像有望成为实验室和工业中常用的分析技术。

2. 红外阵列的发展

2.1 发展历程

早期多通道红外探测器的开发受到美国军方的重视，其应用最初仅限于机密项目，发展主要由战略需求而非商业需求驱动。这导致美国军方具备在完全黑暗中执行战略任务的能力，但这些探测器的商业应用远远落后于 CCD。此外，开发可靠且通用的红外阵列探测器面临诸多工程挑战，例如红外敏感探测器存在较大的暗电流，需要在低温下工作，而红外敏感材料又不适合用于制造电子电路。因此，最初试图将 CCD 的响应扩展到更长波长的努力并未成功。

成功开发红外阵列的关键一步是摒弃传统的“单片式”CCD 设计，采用“混合探测器”结构，即将光子检测和信号读出分离到两个半导体层。这种结构的优点是每个层可以使用最适合其任务的材料。两层