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【简述傅里叶红外光谱仪的工作过程】傅里叶红外光谱仪的工作原理及数据处理详解

承天示优官方账号 2023-05-17 资讯 328 views 0


一、傅里叶红外光谱仪的概述

傅里叶红外光谱仪是利用物质对不同波长(频率)的电磁辐射所发生吸收或反射而进行分析和检测的一种重要工具。其基本原理是将待测样品与特定波长(频率)范围内经过滤色器分离出来的单色光进行相互作用,通过记录样品在这些波长上吸收或散射电磁辐射后形成图像以了解物质本身结构信息及化学性质。

二、傅里叶红外光谱仪的工作过程

1. 入口系统:主要包括源和入口全息镜。

在FTIR系统中,通常采用黑体辐射源产生连续可调节强度且均匀分布于整个宽带区间内(4000~400 cm-1) 的辐射,因为只有确定接近等量地能够覆盖被测试样品可能抵达探测器处所有自由空间位置并易于传输的波长范围,才能更精确地描述样品的吸收谱。在光源和全息镜之间还有一个狭缝(slit),限制光束进入全息镜中心位置。

2. 干涉仪:主要由Michelson干涉器、反射镜、移动支架等组成。

谱仪采用Michelson干涉式结构原理,将所得到的信号转换成FFT频域分析后即可获得样品在整个宽带内不同波数下对红外辐射吸收信息,并通过谱图进行显示检测结果。

三、傅里叶红外光谱仪数据处理

1. 谱图预处理

a) 去噪

微弱或背景水平上出现的电子杂散会影响信号质量和准确性,而正常情况下很难去除这些电子杂散以达到最佳表现效果,因此可以使用滤波算法来消除一部分噪声干扰并阻碍基本化学结构判断。

b) 波数校准

每台FTIR设备都需要进行周期性定期维护和标定以保证高度稳定且精确的波数且不同设备之间记录到相同实验结果,一般采用多晶硅样品校准法。利用现成已知谱峰的光程差先后通过被测物与空气进行干涉得到新的光程差,并利用新老标定曲线建立直接关联度来修正色谱纵坐标上所显示监测数据。

c) 漂移影响消除

FTIR测试时长时间运行容易出现可感知并明显影响信号质量及检测精度的仪器漂移问题,其原因可能是由于温度变化、电源频率变动、镜片定位存在偏移或振动等各种FPA(Fourier Transform Argyle)被广泛发掘和应用于FTIR领域中。

2. 谱图解析

a) 傅里叶反转算法

将处理过约束条件数据按照FFT方案还原为以时间轴作自变量的频域函数,从而可以使用模拟能力更强大且理论支持严密无误证明方法对其进行进一步分析形成拉曼效应、荧光寿命等特性参数信息。

b) 光学规律逻辑分析

在对信号内在机制展开推理分析时,有必要借助于已经掌握和整合进现有数据处理软件的基本光学规律来评估与结果重复度高且破解更具挑战性的非线性问题。

3. 数据展示

a) 谱图绘制

将处理后形成能够清晰表达样品吸收、透过或反射电磁波信息项数值关系并提取出所需化学结构特点的谱峰作为主体显示,并通过色彩交替或者叠加方式将不同实验条件下得到多张谱图进行比对展示。

b) 理论模拟验证

利用量子力学原理构建完整物质结构及各种元素之间相互作用模型,并通过如Gaussian等计算方法进行相关场景下测试结果预测。然后再将仿真工具中生成的确定性精确化数据集与实际监测数据进行标准化比较以检查其重叠度程度,判断给定FTIR系统设备是否符合正常要求且产生足够实证效应。

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