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傅里叶式近红外光谱(傅里叶近红外光谱仪原理)

承天示优官方账号 2023-03-13 资讯 718 views 0

又到了我们给大家分享有关傅里叶式近红外光谱的时候了,同时我们也会对与之对应的傅里叶近红外光谱仪原理进行一样的解释哦,希望小伙伴们可以仔细的阅读,如果能对你们正好有所帮助,记得支持一下本站哦。

本文目录一览:

傅里叶红外光谱仪可以对可见光光源进行光谱分析吗

可以的。

如果用可见光作为光源,那么检测的应该是近红外光谱区域(near-IR)。相应的要将红外仪常规的溴化钾(KBr)分束器更换成氟化钙(CaF2) 分束器,用以提高对可见光的透过率,从而增加光谱的信噪比。

为什么说傅里叶光谱在红外区有统治地位?

红外光谱技术的最新进展是傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术。

FTIR在信噪比、分辨率、速度和探测极限上具有很多优势。在红外研究领域,FTIR方法几乎完全取代了光栅分光法。

傅里叶变换光谱仪可以理解为以某种数学方式对光谱信息进行编码的摄谱仪,它能同时测量、记录所有谱元的信号,并以更高的效率采集来自光源的辐射能量,从而使它具有比传统光谱仪高得多的分辨率和信噪比;同时它的数字化的光谱数据,也便于计算机处理。正是这些基本优点,使傅里叶变换红外光谱方法发展成为目前中、远红外波段中最有力的光谱工具。

FTIR的优点

1. 多通道(Fellgett优点)

在色散型仪器中,由于检测器只能响应入射光强度的变化,不能响应入射光频率。因此,在测量时,需把入射的复色光用单色器色散为不同频率的分辨单元。为了检测这些相对纯化的光,就需要用光阑窄缝滤掉绝大部分色散后的单色光,仅让某一频率单色光通过。为了能测定全光谱,只好顺序多次测定色散后不同频率的单色光。

对于FTIR光谱仪,入射光被干涉仪调制成声频波,不同频率的光被调制成不同的值,所用探测器既获得强度信息,又获得频率信息。各种频率光同时落到探测器上,无需分光测量。这样色散仪器每次仅测量全光谱很小的一部分,而FTIR却测了全部光谱。如在 波段范围内,用 分辨率进行测量,则测量所需分辨单元数 。用色散光谱仪在T时间内对 波段测量时,每个分辨单元所需的测定时间为 。与此相应,FTIR则为T。由于随机噪声引起的信噪比 与测量时间成正比,所以FTIR比色散型光谱仪信噪比高的多,并且分辨率越高, 提高越大。在0.1cm-1分辨率时, 提高近190倍。显然多通道的优点使FTIR的信噪比增加,伴随而来的是检测灵敏度大幅提高。

2. 高光通量(Jacquinot优点)

在色散型仪器中,光路里设有狭缝式光阑,绝大部分光被它挡住,仅使极少部分光通过,并且分辨率越高,狭缝调得越窄,实际通过得光越少。加之光路中得许多光学元件也会损失光能,因而使色散型仪器光通量很小。FTIR光谱仪中除了有光能损失很少外,经常不设限光狭缝或其他限光元件。光可全部通过光孔,光通量很大。

光学系统的光通量Ω指通过它传送的光的总能量。光通量定义为光束的面积和立体角的乘积,即光阑面积和向准直镜孔径所张立体角的乘积,或者等效为准直光的面积和它的发散的立体角的乘积

在一些低分辨率的光谱仪中没有准直光阑,光源或探测器起着有效光阑的作用,限制了光通量的大小。

为了获得理想准直的光束(光束完美的平行),光阑必须无穷小,于是光通过量为零。光阑越大,光通量越大,而被准直的光束也越发散。然而,干涉仪中光束的发散度,或者它的光通量,是受到所要求的光谱分辨率限制的。因为对于一个给定的动镜位移,以不同的角度通过干涉仪的光线到达真正光轴有不同的光程差,它们对总干涉图信号的各自贡献将会模糊掉每个动镜位移的光程差。因此,分辨率要求越高,光发散要求越小。最佳的通过量与所研究的最高频率处的光谱分辨率是完全一致的。最大光通量定量地与光谱分辨率成比例

3. 高测量精度(Connes优点)

色散型仪器的精度受很多条件的限制。如校正谱图精度的校样纯度、机械部件移动以及人为的读书误差等,都使这类仪器测量精度难于提高。一般很难达到0.1cm-1精度。

FTIR光谱仪的光学结构简单,干涉仪只有一个动镜是运动部件,通常动镜是在无摩擦的空气轴承上移动,其运动又受高度稳定的He-Ne激光干涉系统监控,因此测量的重复性和准确度都很十分高。加之在FTIR系统中,使用了单色性极好的He-Ne激光干涉系统作为采样标尺,确保采样精度达到 0 .001cm-1。

4. 测量波段宽,全波段内分辨率一致

色散型光谱仪测量时,用色散法配以光阑狭缝取得单色光。但这些不同频率的单色光能量又不尽相同。为了保持所获得的能量近似不变,常常需要不断改变狭缝宽度,或用其他技术来调节光通量。这在技术上是很困难的。一种简化的办法是在中红外测量全波段光谱时,使用两种分辨率。色散型光谱仪无法在全波段范围内分辨率一致。

FTIR光谱仪以干涉法采集数据,以数字形式存储数据和运算,很容易做到分辨率一致。极宽的测量波段也是FTIR光谱仪特有的优点。它可用改换光源、分束器、探测器的办法,在同一台FTIR光谱仪上实现多波段测量。

5. 傅里叶变换红外光谱仪的基本结构,有哪些特点?简述工作原理?

红外线和可见光一样都是电磁波,而红外线是波长介于可见光和微波之间的一段电磁波。红外光又可依据波长范围分成近红外、中红外和远红外三个波区,其中中红外区(2.5~25μm;4000~400cm-1)能很好地反映分子内部所进行的各种物理过程以及分子结构方面的特征,对解决分子结构和化学组成中的各种问题最为有效,因而中红外区是红外光谱中应用最广的区域,一般所说的红外光谱大都是指这一范围。

红外光谱属于吸收光谱,是由于化合物分子振动时吸收特定波长的红外光而产生的,化学键振动所吸收的红外光的波长取决于化学键动力常数和连接在两端的原子折合质量,也就是取决于分子的结构特征。这就是红外光谱测定化合物结构的理论依据。

红外光谱作为“分子的指纹”广泛用于分子结构和物质化学组成的研究。根据分子对红外光吸收后得到谱带频率的位置、强度、形状以及吸收谱带和温度、聚集状态等的关系便可以确定分子的空间构型,求出化学建的力常数、键长和键角。从光谱分析的角度看主要是利用特征吸收谱带的频率推断分子中存在某一基团或键,由特征吸收谱带频率的变化推测临近的基团或键,进而确定分子的化学结构,当然也可由特征吸收谱带强度的改变对混合物及化合物进行定量分析。

傅里叶红外光谱仪由光源、迈克尔逊干涉仪、样品池、检测器和计算机组成,由光源发出的光经过干涉仪转变成干涉光,干涉光中包含了光源发出的所有波长光的信息。当上述干涉光通过样品时某一些波长的光被样品吸收,成为含有样品信息的干涉光,由计算机采集得到样品干涉图,经过计算机快速傅里叶变换后得到吸光度或透光率随频率或波长变化的红外光谱图。

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近红外光谱仪器

转载:《分析测试百科网》关于近红外光谱仪器的主要性能指标

一、波长范围:

仪器的波长范围是指近红外光谱仪所能记录的光谱范围。对任何一台特定的近红外光谱仪器,都会有其特定的光谱范围,光谱范围主要取决于仪器的光路设计、分光种类、检测器的类型以及光源。通用型近红外光谱仪器往往覆盖了整个近红外的光谱范围12000-4000cm-1(800-2500nm)。

二、分辨率(Resolution):

近红外光谱仪的分辨率是指仪器对于紧密相邻的峰可以分辨的最小波长间隔,表示仪器实际分开相邻峰的能力,即ν/△ν或(λ/△λ),ν为两峰中任一峰的波数,△ν为两峰波数之差。它是最主要的仪器指标之一,也是仪器质量的综合反映。

仪器的分辨率主要取决于仪器分光系统的性能。对于色散型仪器而言,其分辨率取决于分光后狭缝截取的波段精度,狭缝越小截取的波段越窄,分辨率越高。但随之而来的是能量急剧下降,灵敏度不断降低,为了兼顾检出灵敏度,就不能让狭缝无限制地缩小来提高分辨率,因此,要想让色散型的仪器分辨率达到0.1cm- 1,又能得到一张质量良好的谱图是很困难的事。而对于傅里叶型的近红外光谱仪,由于有多路通过的特点,无狭缝的限制,因此仪器的分辨率仅取决于干涉采样数据点的多少,即取决于动镜移动的距离,由于动镜的移动由激光控制,因此可以很轻松地得到一张高质量、高分辨率的谱图。

三、准确性(Accuracy):

近红外光谱仪的准确性包括波长准确性和光度准确性两部分。

波长准确度指测定时仪器显示的波长值和分光系统实际输出的单色光的波长值之间的符合程度。波长准确度一般用波长误差,即上述两值之差来表示。由于近红外分析是用已知样品所建立的模型来分析未知样品的,如果仪器的波长准确度不能保证,则不同测定光谱就会因仪器波长的移动(即X轴发生了平移),而使整组光谱数据产生偏移,进而造成分析结果的误差。因此保证波长准确度不仅是近红外光谱仪能够准确测试样品的前提,也是保证分析结果准确的前提,更是保证模型能够准确传递的前提。仪器的波长准确度主要取决于其光学系统的结构,此外还会受到环境温度的影响。滤光片型近红外光谱仪和色散型近红外光谱仪受其关心光学系统结构的限制,其波长准确度较低,使用中需要经常用已知波长且性质稳定的标准物质对仪器进行校正。相比之下,傅里叶近红外光谱仪的光学系统结构简单,干涉仪单色性能极好的氦-氖干涉系统作为采样标尺,且内部一般还装有波长校准系统,因此仪器的波长准确度一般都非常高。

光度准确性指仪器对某物质进行测量时,测得的光度值与该物质真实值之差。仪器ideas光度准确性主要由检测器、放大器、信号处理电路的非线性引起,在光谱图中表现为Y轴的误差,通常直接影响近红外定量分析结果的准确性。

四、精密度(Precision):

精密度反映不同次实验的重现程度,但不一定是正确值。近红外光谱仪的波长精密性是体现仪器稳定性的最重要指标。波长精密度又被称为波长重复性,是表征对同一样品进行多次扫描测定时,样品光谱峰位置的差异或重复性。通常用规定的测试条件下,对某一样品多次测量所得到的谱峰波长的标准差来表示。波长精密度主要取决于仪器光学系统的可动部件越少,仪器的波长精密度越高。

五、信噪比(Signal to noise ratio):

信噪比是指样品吸光度与仪器吸光度噪声的比值。仪器吸光度噪声可通过在一定的测试条件下,在确定的波长范围内对空白相应变化的分析获得,用其最大噪声峰值或该波长范围内所有噪声峰值的均方根值(RMS)表征,通常采用峰值表征更为直观。当在确定的波长范围内对同一样品进行多次测量时,仪器吸光度噪声表现为测得的样品吸光度的标准差。仪器的噪声主要取决于仪器光源的稳定性、电子系统的噪声、检测器产生的噪声以及环境影响所产生的噪声,如电子系统设计不良、仪器接地不良、外界电磁干扰等因素都会使仪器的噪声增大。近红外光谱分析是一门弱信号分析技术,即从一个很强的背景信号中提取出相对较弱的有用信息,得到分析结果,因此信噪比是近红外光谱仪器非常重要的指标之一,直接影响分析结果的准确度和精确度。

六、杂散光(Stray radiation)

杂散光是指达到检测器的除去所需波长的分析光以外的其他波长的光。通常以没有吸收样品时达到检测器的总能量或总功率的百分率来表示。杂散光主要是由于光学器件表面的缺陷、光学系统设计不良以及机械零件表面处理不佳等因素引起,尤其在色散型近红外光谱仪器的设计中,对杂散光的控制非常关键,其往往是导致仪器测量出现非线性的主要原因。杂散光的存在,使测出的吸光值比真实值低。在强吸收谱带处,杂散光造成的影响是严重的,甚至导致错误的结论,但其对高透过率的弱谱带的影响较小。由于光源长波部分的辐射能量小,因而光源辐射能量大的短波部分的散射光会在长波区造成较大的影响。抗杂散光能力越强,仪器的灵敏度越高。傅里叶型近红外光谱检测器上检测到的信号,不是光的实际信号,而是按照f=2vν(其中f—调制频率;v—动镜移动速度;ν—波数)调制的声频信号,故外界的高杂散光不会干扰检测,可当作直流分量处理。一般情况下,傅里叶型仪器的杂散光信号可以忽略不计,只有在考察光栅型仪器时才需要考虑这个指标。

七、软件功能以及数据处理能力:

软件是现代近红外光谱仪器的重要组成部分,软件一般由光谱采集软件和化学计量学处理软件两部分组成。光谱采集软件通常由仪器的设计所决定,而化学计量学软件和使用者的日常工作关系密切。光谱化学计量学软件一般由谱图的预处理、建立定性或定量校正模型和未知样品的预测三大部分组成。不同公司 的仪器装载的化学计量学软件差异较大。有些软件的智能化程度较高,可以推荐最佳主成分维数等指标,适合初学者和从事科研的科学工作者使用;有些软件的智能化程度则差些,仅仅适合经验丰富的使用者。

在近红外光谱仪的使用过程中,如何对其各项性能进行客观的评价是分析工作者要考虑的问题,在对一台近红外光谱仪进行客观评价时,要注意下列的性能指标。

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傅里叶红外光谱仪有辐射吗

没有。傅立叶红外光谱仪是基于对干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而开发的红外光谱仪。截止2022年10月26日,根据查询傅立叶红外光谱仪简介可知,该仪器没有辐射带来的伤害,因此没有辐射。

傅里叶红外光谱仪结构示意图及介绍

如图:

傅里叶红外光谱仪主要由光源(硅碳棒、高压汞灯)、迈克耳孙(M6E1驯)干涉仪、检测器、计算机和记录仅组成。核心部分为迈克耳孙干涉仪,它将光源来的信号以干涉图的形式送往计要机进行傅里叶变换的数学处理,最后将干涉图还原成光谱图。

今天的傅里叶式近红外光谱有关的说明就先聊到这里啦,想指导更多有关于傅里叶近红外光谱仪原理的东西,可以移步到官网去查看哦,会有更多的惊喜等着你哦。

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