3.6　紅外發射光譜與吸收光譜的測量

本書最為關注的是發射光譜與吸收光譜。如發射光譜用于輻射源特性的研究，它以加熱爐（一般用黑體爐）或放電的方法來激發原子或離子發光，以雙光路測量系統測得。其法向光譜發射率雙光路測量系統見圖3-5，它以黑體爐與待測樣品（在樣品爐中）作兩光束對比，以兩光束的輸出信號比的形式記錄，在紙上直接畫出發射率隨波數的變化曲線，以此為基準而得出比發射率。這兩光束交替投射到單色儀的入射狹縫，分光后被探測器轉變為電信號，由電子放大系統放大。采用雙光路還易消除大氣中CO₂與水蒸氣對吸收的影響。

圖3-5　法向光譜發射率雙光路測量系統

但對生物與生命材料、人體皮膚、草藥、植物材料、發酵材料、熱敏性材料等，在圖3-5的樣品爐中加熱到高溫會使材料分解，測出的光譜曲線不準確。因而必須用愛因斯坦的光子理論，即用一束光照射樣品，得到常溫下的傅里葉變換紅外吸收光譜。

圖3-6為Nicolet-8700 FT-IR傅里葉變換紅外光譜儀外觀（美），圖3-6（a）為立體外觀圖，圖3-6（b）為拿去上蓋的立體圖。如可測人體皮膚的光譜特性等。這是按照愛因斯坦的光量子論進行測試的儀器。其中，右前部是光子發射區，左前部為測試信號接收區，兩部分中間為放置樣品池區，儀器的后半部分為信號放大、處理的傅里葉變換區。該儀器可測試氣體、液體、塊體與粉末樣品。因沒有高溫黑體爐，不發射高溫電磁波而是發射0.2～40μm的光子束，即按照愛因斯坦的光子理論進行樣品的測量，沒有高溫，因此，對生物與生命材料、人體皮膚、草藥、植物材料、發酵材料等均能測試。

圖3-6　Nicolet-8700　FT-IR傅里葉變換紅外光譜儀外觀（美）

傅里葉變換紅外光譜儀是20世紀70年代發展起來的新一代紅外光譜儀，它具有以下特點：一是掃描速度快，可以在1s內測得多張紅外譜圖；二是光通量大，可以檢測透射率較低的樣品，可以檢測氣體、固體、液體、薄膜和金屬鍍層等不同樣品；三是分辨率高，便于觀察氣態分子的精細結構；四是測定光譜范圍寬，廣泛應用于有機化學、高分子化學、無機化學、化工、催化、石油、材料、生物、醫藥、環境等領域。我國的遙感衛星能預報地球環境狀態以及觀測月球或其他星球表面的組成與結構，也是基于上述原理。

人體皮膚的光譜特性按光量子論測試，即按圖3-6測試，測得人體皮膚的反射率和光譜波長的關系，圖3-7是筆者用自己左手食指的皮膚，在UV-210A雙光束掃描分光光度計（日本島津）上利用積分球進行的皮膚反射率的測定。圖3-7的數據譜特性測試，即按維恩位移定律，設人體溫度為36℃，則人體熱力學溫度T為36+273=309（K），則波長為2897.6÷309=9.38（μm），是圖3-7中的直線段。由于吸收率=1-反射率，因此，根據圖3-7得到以下結論。

圖3-7　人體皮膚的反射率和光譜波長的關系

人體在長波段的吸收率為：白色皮膚人體此時的吸收率為（100-5）×100%=95%；黑色皮膚人體此時的吸收率為（100-5）×100%=95%。

由此可見，黑色皮膚的人與白色皮膚的人，在長波段的吸收率是一致的，均為95%。人體在短波段的吸收率為：白色皮膚在波長0.7μm時，吸收率為（100-65）×100%=35%；黑色皮膚在波長0.9μm時，吸收率為（100-40）×100%=60%。　

因此，人體白色皮膚與黑色皮膚在短波段的吸收率分別為35%與60%。