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紅外光譜儀的工作原理是什麽?

作者:盘s他直播(天津)科技發展股份有限公司 瀏覽: 發表時間:2019-12-24 00:00:00

紅外光譜儀是根據光的相幹性原理設計的,因此是一種幹涉型光譜儀,它主要由光源(矽碳棒,高壓汞燈),幹涉儀,檢測器,計算機和記錄係統組成,大多數紅外光譜儀使用了邁克爾遜幹涉儀,因此實驗測量的原始光譜圖是光源的幹涉圖,然後通過計算機對幹涉圖進行快速傅立葉變換計算,從而得到以波長或波數為函數的光譜圖,因此,譜圖稱為傅立葉變換紅外光譜,儀器稱為傅立葉變換紅外光譜儀。
一、紅外光學台
紅外光學台由紅外光源、光闌、幹涉儀、樣品室、檢測器以及各種紅外反射鏡、氦氖激光器、控製電路和電源組成。
傅裏葉變換紅外光譜是將邁克爾遜幹涉儀動鏡掃描時采集的數據點進行傅立葉變換得到的。動鏡在移動過程中,在一定的長度範圍內,在大小有限,距離相等的位置采集數據,由這些數據點組成幹涉圖,然後對它進行傅立葉變換,得到一定範圍內的紅外光譜圖。每一個數據點由兩個數組成,對應於X軸和Y軸。對應同一個數據點,X值和Y值決定於光譜圖的表示方式。因此,在采集數據之前,需要設定光譜的橫縱坐標單位。

紅外光譜圖的橫坐標單位有兩種表示法:波數和波長。通常以波數為單位。而對於縱坐標,對於采用透射法測定樣品的透射光譜,光譜圖的縱坐標隻有兩種表示方法,即透射率T和吸光度A。透射率T是由紅外光透過樣品的光強I和紅外光透過背景(通常是空光路)的光強I0的比值,通常采用百分數(%)表示。吸光度A是透射率T倒數的對數。

透射率光譜圖雖然能直觀地看出樣品對紅外光的吸收情況,但是透射率光譜的透射率與樣品的質量不成正比關係,即透射率光譜不能用於紅外光譜的定量分析。而吸光度光譜的吸光度值A在一定範圍內與樣品的厚度和樣品的濃度成正比關係,所以大都以吸光度表示紅外光譜圖。

二、光學係統及工作原理
傅立葉變換紅外光譜儀的典型光路係統,來自紅外光源的輻射,經過凹麵反射鏡使成平行光後進入邁克爾遜幹涉儀,離開幹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幹涉後照射到樣品上然後到達檢測器,傅立葉變換紅外光譜儀測量部分的主要核心部件是幹涉儀,圖3是單束光照射邁克爾遜幹涉儀時的工作原理圖,幹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是互相垂直的平麵反射鏡。B以45°角置於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後被反射,另一半光束則透射通過B。在邁克爾遜幹涉儀中,當來自光源的入射光經光分束器分成兩束光,經過兩反射鏡反射後又匯聚在一起,再投射到檢測器上,由於動鏡的移動,使兩束光產生了光程差,當光程差為半波長的偶數倍時,發生相長幹涉,產生明線;為半波長的奇數倍時,發生相消幹涉,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,則相幹光強度介於前兩種情況之間,當動鏡聯係移動,在檢測器上記錄的信號餘弦變化,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。

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