傅里叶红外光谱仪111

傅里叶红外光谱仪编辑本段1.原理部分1.1 傅里叶变换红外光谱仪的测试原理傅里叶变换红外光谱仪由迈克耳逊干涉仪和数据处理系统组合而成,它的工作原理就是迈克耳逊干涉仪的原理。迈克耳逊干涉仪的光路如图所示，图中已调到M2 与M1 垂直。是面光源（由被单色光或白光照亮的一块毛玻璃充当），面上每一点都向各个方向射出光线，又称扩展光源，图中只画出由S 点射出光线中的一条来说明光路。这条光线进入分束板G1 后，在半透膜上被分成两条光线，反射光线和透射光线，分别射向M1 和M2 又被反射回来。反射后，光线再次进入G1 并穿出，光线再次穿过补偿板G2 并被G1 上的半透膜反射，最后两条光线平行射向探测器的透镜E，会聚于焦平面上的一点，探测器也可以是观测者的眼睛。由于光线和光线是用分振幅法获得的相干光，故可产生干涉。光路中加补偿板G2 的作用是使分束后的光线和光线都以相等的光程分别通过G1、G2 两次，补偿了只有G1 而产生的附加光程差。M2是M2 被G1 上半透膜反射所成的虚象，在观测者看来好象M2 位于M2的位置并与M1 平行，在它们之间形成了一个空气薄膜。移动M1 即可改变空气膜的厚度，当M1 接近M2时厚度减小，直至二者重合时厚度为零，继续同向移动，M1 还可穿越M2的另一测形成空气膜。最后通过观测干涉条纹的分布情况就可以获得我们所要的信息。如果是傅里叶变换红外光谱仪，那还要加上对干涉信息的数据处理系统而最终获得我们的数据图表。 1.2 紫外可见分光光度计定量分析法的依据比耳(Beer)确定了吸光度与溶液浓度及液层厚度之间的关系，建立了光吸收的基本定律。 1.2.1. 朗伯定律 当溶液浓度一定时，入射光强度与透射光强度之比的对数，即透光率倒数的对数与液层厚度成正比。人们定义：溶液对单色光的吸收程度为吸光度。公式表示为A=Lg（I0/It） 1.2.2 比耳定律 当一束单色光通过液层厚度一定的均匀溶液时，溶液中的吸光物质的浓度增大dC，则透射光强度将减弱 dI，-dI 与入射光光强度I 与dc 的积成正比。 dI Idc-dI/I=k3dc A=Lg（I0/It）=K4 C这是吸光度与浓度的定量关系，是紫外可见分光光度分析的定量依据，称Beer定律,k4与入射光波长、溶液性质、液层厚度及温度有关，故当上述条件一定时，吸光度与溶液浓度成正比。 1.2.3.朗伯-比耳定律 若同时考虑液层厚度和溶液浓度对吸光度的影响，即把朗伯定律和比耳定律合并起来得：A = k b CK与入射光波长、溶液性质及温度有关的常数当一束波长为 的单色光通过均匀溶液时，其吸光度与溶液浓度和光线通过的液层厚度的乘积成正比。即为朗伯比耳定律。其中 K 的取值与C、b 的单位不同而不同。若C 以g/L 表示，b 以cm 表示。则K以a 表示，称吸光系数，单位：升/(克 厘米） A = a b C 1.3红外光谱分析中固体式样的常用制样方法1.3.1 压片法。 在研钵中研磨成细粉末与干燥的溴化钾粉末混合均匀，装入模具，在压片机上压制成片测试。 1.3.2. 糊状法 在研钵中，将干燥的样品研磨成细粉末。然后滴入12 滴液体石蜡混研成糊状，涂于KBr 或NaCl 晶片上测试。 2.产品介绍实例：专利干涉仪：VECTRATM干涉仪采用电磁悬浮驱动，其性能特点类似传统的气浮式空气轴承干涉仪，但屏弃了空气轴承干涉仪外部气体供给的缺点。成为最新一代高级研究应用所青睐的干涉仪，m303686分辨率最高可达0.09cm-1。 数字化连续动态调整（D.S.P），速度达每秒130,000次, 保证瞬时与长时间检测的超高稳定性，更好的光谱峰形。一个全新概念的动态调整系统，无需任何调节螺丝，完全抛弃了陈旧复杂的光学补偿系统，不存在立体角镜等光学补偿型干涉仪光学补偿无法避免的“光谱失真”现象。m303686是唯一能够主动补偿所有已知的干涉仪失调的方式，可同时对振动与温度作出补偿及调整。 多种检测器:品种齐全的各类检测器，适用于紫外至远红外的任何光谱范围或实验配置要求，并具有最佳的性能。中西所有的检测器均“即插即用” （Plug and Play），易于更换与使用。另有专利的无缝不锈钢设计的液氮冷却检测器，液氮保持时间长达18小时，堪称业内第一。 独创的智能系统 独有的E.S.P. (Enhanced Synchronization Protocol) 技术，充分体现出Easy(简洁)、Smart(智能)、Precise(精确)的设计理念，即将人工智能和高度集成的概念渗入到光谱设计、制造的每个部件。 智能光学台：光学台的所有元件均采用智能化预准直对针定位，“即插即用”设计，分束器、检测器及智能附件一旦插入系统，智能系统立刻自动识别，自动更新参数，自动优化无需调整。完全抛弃了老式螺钉螺母，出厂前激光定位的方法，克服了由螺丝弹簧控制镜面角度的不稳定性。 光学台采用整体铸模形式，加上高精度的“对针定位1”固定光学元件，达到了超高精度的重复性，大大增加了仪器的稳定性。彻底解决了传统光学结构不易维护的问题，未入门用户即可自行安装、更换光学元件。 智能附件：光学台配有标准大样品仓，完全兼容所有商业附件。但使用智能应用附件，更能体现“智能系统”的强大优势。自动识别、自动性能测试、自动参数设定、永久精确定位校准等特色提高了应用实验的重复性，完全消除人为误差。 智能湿度探测及吹扫控制：在样品仓盖开启时，独特的智能吹扫系统将自动进行检测，增加光学台中吹扫气体的流量，在连续测样的过程中以最短的吹扫时间恢复到开仓前的状态，以确保尽可能迅速而高效地收集数据。 光学台采用美国宇航专利密封胶条的整体密封干燥设计，减少了光路中的密封窗片，中西提高了光的传输效率，且防潮效果极佳。智能湿度探测减轻了操作人员对仪器维护的工作量，m303686将自动提醒更换干燥剂，解决红外使用过程中最大的隐患。 在线智能诊断：连续检测每一个光学元件和电子元件的参数，随时可以检测并预知光谱仪的故障，并提出解决方案，增强用户的自我维护能力。 Ever-GloTM(US Patent #US5291022)长寿命空冷红外光源。 最高能量分布在1,600cm-1附近，是化合物出峰最多的区域。最新的ETC(Electronically Temperature Controlled)设计提供了三种工作状态：Rest Mode(900)、Stabilized Mode(1140)、Turbo Mode (1250)；通过ETC监控，使红外光源能量稳定输出，确保光源整个寿命中均可保证性能一致，从而得到稳定的高质量红外图谱；更可通过“Turbo”模式获得超出常规能量25%高能量输出，用以满足特殊测试要求傅立叶红外光谱仪工作原理傅立叶红外光谱仪和普通的色散红外光谱仪不同，前者需要经过傅立叶变换等，仪器构造也是不同的，傅立叶红外光谱仪，有两面镜子，一面定镜还有一面动镜，定镜和动镜的之间有分束器，分束器设定在与光路程45度放置，光速在分束器上被部分透射，部分反射。透射光和反射光分别垂直入射定镜和动镜。接着被分别反射，返回到分束器处产生相干效应，经过检测器检测并转换及的谱图。一、基本原理傅立叶变换红外光谱仪被称为第三代红外光谱仪，利用麦克尔逊干涉仪将两束光程差按一定速度变化的复色红外光相互干涉，形成干涉光，再与样品作用。探测器将得到的干涉信号送入到计算机进行傅立叶变化的数学处理，把干涉图还原成光谱图。二.使用方法目前比较精确且能方便实现的等光程差点的选取方法是激光计量光程差法,利用动镜移动使计量激光光束产生干涉,固定的干涉点就是等光程差点。该方法选取等光程差对利用机械控制动镜做匀速运动要求不高,其精度只与激光本身的单色性有关。Chateauneuf Francois等人对红外光谱仪测量误差进行过分析4,提出的计量激光单色性是其中的因素之一。但对由激光单色性造成的具体光谱测量误差进行定量分析目前尚无研究报道。影响激光单色波长的两个重要指标是单频指标和稳频指标。单频性能表征激光器输出线宽的大小,稳频性能表征激光器输出所发生的频率漂移。激光输出的线宽和频率的漂移都会引起激光波长的漂移,造成光程差误差和光谱测量误差。所以光谱仪的光谱测量误差与计量激光器的单稳频指标特性密切相关。本文详细讨论了激光单稳频指标对光谱仪光谱测量误差的影响,通过理论分析建立了激光器单稳频指标与光谱仪光谱测量误差之间的关系,并进行了仿真计算和结果分析。1.激光器计量原理在傅里叶变换红外光谱仪中,迈克尔逊干涉仪示意图如图1所示。干涉仪主要由动镜M1、定镜M2和与动定镜成45的分束器G组成。计量激光和被测光源的光在迈克尔逊干涉仪中运行同样的光程。图中实线表示被测光源光路,虚线表示计量激光光路。等分分束器G将计量激光分成能量相等的两部分,即光束3和光束4。光束3通过动镜M1反射,分束器G透射后到达探测器点E;光束4通过定镜M2反射和分束器G反射后到达探测器点E。开始时动镜M1不动,定镜M2和动镜M1与分束器G的距离相等,即光束3和光束4的光程差为0,即零光程差点(ZPD点)。此时光束3和光束4到达探测器时相位相同,发生相长干涉,亮度最大。当动镜移动距离为激光波长的1/4即/4时,光束3的光程变化为/2,光束3和光束4的光程差为/2,在探测器上两束光的相位相差/2,则发生相消干涉,亮度最小。当两光束的光程差为半波长/2的偶数倍时都会发生相长干涉;当两束光的光程差为半波长/2的奇数倍时都会产生相消干涉;当动镜M1连续移动时,在探测器E上将得到一个强度为余弦变化的信号,如图2所示的激光干涉图。三、仪器特点1、 只需三个分束器即可覆盖从紫外到远红外的区段；2、 专利干涉仪，连续动态调整，稳定性极高；3、 可实现LC/FTIR、TGA/FTIR、GC/FTIR等技术联用；4、 智能附件即插即用，自动识别，仪器参数自动调整；5、 光学台一体化设计，主部件对针定位，无需调整。四.应用根据红外光谱仪的实际测量波长范围(一般在214m之内)5,取探测波长为227133m,对应的红外波数为7504400cm-1,仿真时取近、中、远红外5个不同的波数4400cm-1,3000 cm-1,1750 cm-1,1000 cm-1和750 cm-1。实际测量过程中,由于红外探测器响应频谱范围的限制,对红外信号分两段进行测量,远红外区为7501750 cm-1、近中红外区为17504400 cm-1。计量激光波长的选择是根据目前激光器的制造工艺水平和对采样间隔5的要求进行的,选用波长为1552nm的激光对远红外区进行计量,用由倍频产生的776nm的激光对近中红外进行计量,分别讨论该激光器的单稳频特性对光谱仪误差的影响。1.单频指标仿真目前半导体激光器的线宽一般在10MHz数量级7,仿真单频线宽取0100MHz,根据已确定的波数和激光波长,代入式(18)进行仿真,如图3所示。从图中可以看出,光谱测量的相对误差随着激光单频线宽的增大而增大,近似成线性关系,激光器的单频线宽增大,引起激光波长漂移增大,干涉采样点偏差增大,造成光谱测量误差增大。当激光器的单频指标在10MHz范围内时,造成光谱测量最大相对误差小于0510-6,最大相对误