傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）的檢測器用于將紅外光信號轉(zhuǎn)換為電信號，其性能直接影響儀器的靈敏度、響應(yīng)速度和適用場景。根據(jù)檢測原理和工作條件，主要分為以下幾類：

一、熱檢測器（Thermal Detectors）

原理：基于材料吸收紅外光后溫度變化引起的物理性質(zhì)改變（如電阻、極化率變化）。

特點：室溫工作，無需制冷，但靈敏度較低，適用于常規(guī)檢測。

1. 熱釋電檢測器（Pyroelectric Detector）

1) 核心材料：硫酸三甘肽（TGS）及其改良型（如 DTGS，氘代 TGS）、鉭酸鋰（LiTaO?）。

2) 工作機制：

①　熱釋電材料的極化強度隨溫度變化，紅外光照射導致材料溫度升高，極化強度改變，產(chǎn)生可測量的電荷信號。

②　需搭配斬光器（調(diào)制紅外光），以區(qū)分直流背景和交流信號。

3) 性能參數(shù)：

①　響應(yīng)范圍：中紅外（4000–400 cm?1）。

②　靈敏度：約 10?? W/Hz1/2，滿足大多數(shù)常規(guī)分析（如有機化合物定性）。

4) 應(yīng)用場景：

①　實驗室常規(guī) FTIR 儀器（如 nicolet iS 系列、Bruker ALPHA），適配 ATR、壓片法等常規(guī)采樣附件。

2. 微測熱輻射計（Microbolometer）

1) 原理：基于微機電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)，由微米級像素單元組成，每個像素包含吸收紅外光的熱敏材料（如氧化釩 VOx、非晶硅 a-Si）和測溫電阻。

2) 特點：

①　面陣檢測器（如 320×256 像素），可與紅外顯微鏡聯(lián)用實現(xiàn)成像功能（Mapping）。

②　室溫工作，無需斬光器，適合快速掃描。

3) 應(yīng)用場景：

①　顯微紅外成像（如材料微區(qū)分析、污染物定位），典型儀器如 Bruker Hyperion 系列。

二、光子檢測器（Photon Detectors）

原理：基于材料吸收光子后產(chǎn)生自由電荷（光電效應(yīng)），靈敏度高，但需低溫制冷以降低熱噪聲。

特點：響應(yīng)速度快，適合痕量分析或高速檢測。

1. 碲鎘汞檢測器（MCT Detector，Mercury-Cadmium-Telluride）

1) 核心材料：Hg???Cd?Te（x=0.2–0.3，禁帶寬度可調(diào)）。

2) 工作機制：

①　光子激發(fā)材料中的電子從價帶躍遷至導帶，產(chǎn)生光電流，信號強度與光子通量成正比。

②　需液氮制冷（77K）：降低電子熱激發(fā)噪聲，提升靈敏度。

3) 類型與性能：

①　P 型 MCT：檢測中紅外（3–15 μm，對應(yīng) 3300–660 cm?1），靈敏度最高（約 10?1? W/Hz1/2），用于痕量分析。

②　N 型 MCT：檢測遠紅外（15–30 μm，對應(yīng) 660–330 cm?1），適用于聚合物低頻振動分析。

4) 應(yīng)用場景：

①　高靈敏度檢測（如微量添加劑分析、氣體痕量污染物）、聯(lián)用技術(shù)（如 GC-FTIR、TGA-FTIR）。

2. 銻化銦檢測器（InSb Detector）

1) 材料：銻化銦半導體（禁帶寬度 0.17 eV）。

2) 特點：

①　主要用于近紅外區(qū)域（1–5 μm，對應(yīng) 10000–2000 cm?1），需液氮制冷。

②　靈敏度高于熱檢測器，但低于 MCT，常用于近紅外光譜儀（如過程分析中的在線檢測）。

3. 量子阱檢測器（Quantum Well Detector, QWD）

1) 原理：基于半導體量子阱結(jié)構(gòu)中的子帶間躍遷，可定制檢測特定波長范圍。

2) 優(yōu)勢：

①　制冷要求低于 MCT（如熱電制冷至 190K），功耗更低。

②　面陣結(jié)構(gòu)，適用于紅外成像，如焦平面陣列（FPA）檢測器。

3) 應(yīng)用：

①　科研儀器（如同步輻射紅外成像）、工業(yè)在線檢測系統(tǒng)。

三、其他特殊檢測器

1. ** Golay 池（Golay Cell）**

1) 原理：氣體熱膨脹效應(yīng) —— 紅外光加熱氣室中的氣體（如氙氣），導致氣室薄膜膨脹，通過電容變化檢測膨脹量。

2) 特點：

①　曾用于早期 FTIR，現(xiàn)逐漸被熱釋電 / MCT 取代。

②　響應(yīng)范圍寬（中紅外至遠紅外），但體積大、易受振動干擾。

2. 壓電檢測器（Piezoelectric Detector）

①　原理：利用壓電材料（如石英）的形變產(chǎn)生電信號，響應(yīng)紅外光引起的溫度變化。

②　應(yīng)用：僅用于特定場景（如便攜式紅外儀器），目前已較少使用。

四、檢測器選型依據(jù)

1. 檢測需求

①　常規(guī)定性分析：選擇室溫熱釋電檢測器（如 DTGS），性價比高。

②　痕量分析 / 氣體檢測：必須使用液氮制冷的 MCT 檢測器，提升靈敏度。

③　成像或快速掃描：優(yōu)先選微測熱輻射計或 QWD 面陣檢測器。

2. 光譜范圍

①　中紅外（4000–400 cm?1）：熱釋電、MCT 為主。

②　近紅外（10000–4000 cm?1）：InSb、硅基檢測器更合適。

3. 實驗室條件

①　液氮供應(yīng)能力：若配備 MCT，需確保液氮持續(xù)供應(yīng)（每周補充 1–2 次）。

②　振動控制：面陣檢測器（如微測熱輻射計）對環(huán)境振動敏感，需穩(wěn)定平臺。

選擇檢測器時，需綜合樣品特性（濃度、狀態(tài)）、檢測目標（定性 / 定量）和實驗室資源，在靈敏度、成本和操作便利性之間權(quán)衡。