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傅里葉變換紅外光譜儀具有什么樣的優勢

日期: 21-10-30 11:22 瀏覽次數 :2

掃描速度快

  傅里葉變換紅外光譜儀的掃描速度比色散型儀器快數百倍,而且在任何測量時間內都能獲得輻射源的所有頻率的全部信息,即所謂的“多路傳輸”。掃描速度的快慢主要由動鏡的移動速度決定的,動鏡移動一次即可采集所有信息。這一優點使它特別適合與氣相色譜、高壓液相色譜儀器聯機使用,也可用于快速化學反應過程的跟蹤及化學反應動力學的研究等等。對于穩定的樣品,在一次測量中一般采用多次掃描、累加求平均法得到干涉圖,這就改善了信噪比。在相同的總測量時間和相同的分辨率條件下,FTIR的信噪比比色散型的要提高數十倍以上。這也是快速掃描帶來的優點。

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  具有很高的分辨率

  分辨率是紅外光譜儀的主要性能指標之一,是指光譜儀對兩個靠得很近的譜線的辨別能力。一般棱鏡式紅外分光光度計的分辨率在1000cm-1處為3cm-1。光柵式儀器在1000cm-1處可達0.2cm-1,而傅里葉變換紅外光譜儀在整個光譜范圍內可達0.1cm-1~0.005cm-1。它的分辨率與儀器的光程差有關,光程差越大,儀器的分辨率越高,即動鏡掃描的距離越長,分辨率越高,但掃描時間也隨之增加。利用其高分辨率的特性,可以研究因振動和轉動吸收帶重疊而導致的氣體混合物的復雜光譜。在一般材料分析中,不需要高分辨率。相應地,FTIR光譜儀均有多檔分辨率供用戶據實際需要隨用隨選。

  波數精度高

  波數是紅外定性分析的關鍵參數,因此儀器的波數精度非常重要。因為干涉儀的動鏡可以被很精確地驅動,所以干涉圖的變化很準確,同時動鏡的移動距離是由He-Ne激光器的干涉條紋來測量的,從而保證了所測的光程差很準確。而現代He-Ne激光器的頻率穩定度和強度穩定度都是非常高的,頻率穩定度優于5*10-10,因此在計算的光譜中有很高的波數精度和準確度,通??蛇_到0.01cm-1。

  極高的靈敏度

  色散型紅外分光光度計大部分的光源能量都損失在入口狹縫的刀口上,而傅里葉變換紅外儀沒有狹縫的限制,輻射通量只與干涉儀的平面鏡大小有關,在同樣的分辨率下,其輻射通量比色散型儀器大得多,從而使檢測器接受的信噪比增大,因此具有很高的靈敏度,可達10-9~10-12g。由于此優點,使傅里葉變換紅外光譜儀特別適合測量弱信號光譜。

  光譜范圍寬

  傅里葉變換紅外儀只要能實現測量儀器的元器件(不同的分束器和光源等)的自動轉換,就可以研究整個近紅外、中紅外和遠紅外10000cm。

下圖是傅立葉變換紅外光譜儀的典型光路系統,來自紅外光源的輻射,經過凹面反射鏡使成平行光后進入邁克爾遜干涉儀,離開干涉儀的脈動光束投射到一擺動的反射鏡B,使光束交替通過樣品池或參比池,再經擺動反射鏡C(與B同步),使光束聚焦到檢測器上。

傅立葉變換紅外光譜儀無色散元件,沒有夾縫,故來自光源的光有足夠的能量經過干涉后照射到樣品上然后到達檢測器,傅立葉變換紅外光譜儀測量部分的主要核心部件是干涉儀,圖3是單束光照射邁克爾遜干涉儀時的工作原理圖,干涉儀是由固定不動的反射鏡M1(定鏡),可移動的反射鏡M2(動鏡)及分光束器B組成,M1和M2是互相垂直的平面反射鏡。B以45°角置于M1和M2之間,B能將來自光源的光束分成相等的兩部分,一半光束經B后被反射,另一半光束則透射通過B。在邁克爾遜干涉儀中,當來自光源的入射光經光分束器分成兩束光,經過兩反射鏡反射后又匯聚在一起,再投射到檢測器上,由于動鏡的移動,使兩束光產生了光程差,當光程差為半波長的偶數倍時,發生相長干涉,產生明線;為半波長的奇數倍時,發生相消干涉,產生暗線,若光程差既不是半波長的偶數倍,也不是奇數倍時,則相干光強度介于前兩種情況之間,當動鏡聯系移動,在檢測器上記錄的信號余弦變化,每移動四分之一波長的距離,信號則從明到暗周期性的改變一次,(如下圖)。 


單束光照射邁克爾遜干涉儀時的工作原理圖 


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