迈克耳孙干涉仪在红外光谱中的贡献

迈克耳孙干涉仪在红外光谱中的贡献

迈克尔逊干涉仪是FT-IR光谱仪的核心,它在一定程度上彻底革新了红外光谱技术,使色散红外光谱技术完全过时。原因是FT-IR光谱技术提供的几个优点.它使不同范围的样品,如高不透明固体,聚合物薄膜和低浓度气体的研究成为可能,因为光束尺寸和信号平均不减少。

理解迈克尔逊干涉仪的工作原理是很重要的,以充分理解傅里叶变换红外技术的多功能性

红外光谱原理图
基于迈克尔逊干涉仪的傅里叶变换红外原理图

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干涉图

傅里叶变换函数

聚苯乙烯的红外光谱
吸光度与波谱数之比

它包括固定镜和移动镜的排列,固定镜和移动镜彼此成直角对齐,分束器位于中心,与两者之间的距离相等。分束器的目的是将入射光束分成两部分,引入由运动镜反射产生的路径差后重新组合。在复合时,由于两束光程差的连续变化,产生了干涉图样。对于单频而言,当两束相位差为180°时为正弦波,当两束无程差时为正弦波。由于入射光束由几个频率组成,干扰导致了众多正弦波相互叠加的复杂干涉图案。所得到的干涉图在两光束之间的零路径差点对应的点上包含一个强信号,并且在两边迅速衰减。

产生的干涉图对光谱学家来说意义不大,所以当应用数学傅里叶变换函数时,信号强度与频率或波长的结果之间的关系是熟悉的。水分含量或二氧化碳浓度的变化会在比值谱中产生无关的谱带。用惰性无水分气体吹扫样品室是有帮助的,但交替地取背景图和简单的干涉图,并在测量期间将两者平均,可使这种干扰最小化。

由于同时扫描所有频率,迈克耳孙干涉仪将观察整个频谱的时间缩短到几秒,而早期的色散仪器则需要几分钟。由于观测周期短,便于信号平均,灵敏度也得到了改善。

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