傅里叶变化光谱仪激光三角法

傅里叶变换红外光谱仪15测控（3+2）蒋炜2015430340007傅里叶变换红外光谱仪（FourierTransformInfraredSpectrometer，简写为FTIRSpectrometer）,简称为傅里叶红外光谱仪。它不同于色散型红外分光的原理，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，主要由红外光源、光阑、干涉仪（分束器、动镜、定镜）、样品室、检测器以及各种红外反射镜、激光器、控制电路板和电源组成。可以对样品进行定性和定量分析，广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定、刑侦鉴定等领域。基本原理光源发出的光被分束器（类似半透半反镜）分为两束，一束经透射到达动镜，另一束经反射到达定镜。两束光分别经定镜和动镜反射再回到分束器，动镜以一恒定速度作直线运动，因而经分束器分束后的两束光形成光程差，产生干涉。干涉光在分束器会合后通过样品池，通过样品后含有样品信息的干涉光到达检测器，然后通过傅里叶变换对信号进行处理，最终得到透过率或吸光度随波数或波长的红外吸收光谱图。主要特点编辑傅里叶红外光谱仪信噪比高傅里叶变换红外光谱仪所用的光学元件少，没有光栅或棱镜分光器，降低了光的损耗，而且通过干涉进一步增加了光的信号，因此到达检测器的辐射强度大，信噪比高。傅里叶红外光谱仪重现性好傅里叶变换红外光谱仪采用的傅里叶变换对光的信号进行处理，避免了电机驱动光栅分光时带来的误差，所以重现性比较好。傅里叶红外光谱仪扫描速度快傅里叶变换红外光谱仪是按照全波段进行数据采集的，得到的光谱是对多次数据采集求平均后的结果，而且完成一次完整的数据采集只需要一至数秒，而色散型仪器则需要在任一瞬间只测试很窄的频率范围，一次完整的数据采集需要十分钟至二十分钟。傅里叶红外光谱仪技术参数编辑光谱范围：4000--400cm-1或7800--350cm-1(中红外)/125000--350cm-1(近、中红外)最高分辨率：2.0cm-1/1.0cm-1/0.5cm-1信噪比：15000:1(P-P)/30000:1(P-P)/40000:1(P-P)分束器：溴化钾镀锗/宽带溴化钾镀锗检测器：DTGS检测器/DLATGS检测器光源：空冷陶瓷光源傅里叶红外光谱仪主流产品编辑国产主流厂家：天津港东生产的FTIR-650傅里叶变换红外光谱仪、FTIR-850傅里叶变换红外光谱仪；北京瑞利生产的WQF-510傅里叶变换红外光谱仪、WQF-520傅里叶变换红外光谱仪；进口品牌厂家：日本SHIMADZU生产的IRAffinity-1,IRAffinity-21傅里叶变换红外光谱仪；美国ThermoFisher生产的Nicolet6700、IS10、IS5傅里叶变换红外光谱仪；德国BrukerOptics生产的Tensor27、Tensor37傅立叶变换红外光谱仪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常数和连接在两端的原子折合质量，也就是取决于的结构特征。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”广泛的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，求出化学键的力常数、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。而鉴于红外光谱的应用广泛性,绘出红外光谱的红外光谱仪也成了科学家们的重点研究对象.傅立叶变换红外（FT-IR）光谱仪是根据光的相干性原理设计的，因此是一种干涉型光谱仪，它主要由光源（硅碳棒，高压汞灯），干涉仪，检测器，计算机和记录系统组成，大多数傅立叶变换红外光谱仪使用了迈克尔逊（Michelson）干涉仪，因此实验测量的原始光谱图是光源的干涉图，然后通过计算机对干涉图进行快速傅立叶变换计算，从而得到以波长或波数为函数的光谱图，因此，谱图称为傅立叶变换红外光谱，仪器称为傅立叶变换红外光谱仪。光学原理：图2图2是傅立叶变换红外光谱仪的典型光路系统，来自红外光源的辐射，经过凹面反射镜使成平行光后进入迈克尔逊干涉仪，离开干涉仪的脉动光束投射到一摆动的反射镜B，使光束交替通过样品池或参比池，再经摆动反射镜C（与B同步），使光束聚焦到检测器上。傅立叶变换红外光谱仪无色散元件，没有夹缝，故来自光源的光有足够的能量经过干涉后照射到样品上然后到达检测器，傅立叶变换红外光谱仪测量部分的主要核心部件是干涉仪，图3是单束光照射迈克尔逊干涉仪时的工作原理图，干涉仪是由固定不动的反射镜M1（定镜），可移动的反射镜M2（动镜）及分光束器B组成，M1和M2是互相垂直的平面反射镜。B以45°角置于M1和M2之间，B能将来自光源的光束分成相等的两部分，一半光束经B后被反射，另一半光束则透射通过B。在迈克尔逊干涉仪中，当来自光源的入射光经光分束器分成两束光，经过两反射镜反射后又汇聚在一起，再投射到检测器上，由于动镜的移动，使两束光产生了光程差，当光程差为半波长的偶数倍时，发生相长干涉，产生明线；为半波长的奇数倍时，发生相消干涉，产生暗线，若光程差既不是半波长的偶数倍，也不是奇数倍时，则相干光强度介于前两种情况之间，当动镜联系移动，在检测器上记录的信号余弦变化，每移动四分之一波长的距离，信号则从明到暗周期性的改变一次，（图3）。激光三角测量法原理：光学三角法是用一束激光经光学系统调节后照射到被测物体表面,形成一小光斑,经被测物体表面反射后的光线，通过成像物镜汇聚成像在光电探测器的光接收面上“被测点的位移信息由该光点在探测器的光接收面上所形成的像点位置决定。“当被测物体移动时,光斑相对于物镜的位置发生改变,相应的其像点在光探测器接收面上的位置也将发生改变,根据其像点位置的变化和测量系统的结构参数可求出被测点的位移信息”，由于入射光线和反射光线构成一个三角形,所以该方法被称为光学三角法“光学三角法按入射光线与被测物体表面法线的关系,可以分为斜光学三角法和直光学三角法两种”。同时，光束在接收元件的位置通过模拟和数字电路处理，并通过微处理器分析，计算出相应的输出值，并在用户设定的模拟量窗口内，按比例输出标准数据信号。如果使用开关量输出，则在设定的窗口内导通，窗口之外截止。另外，模拟量与开关量输出可设置独立检测窗口。传统的激光干涉仪，激光自准直仪因为体积大，系统复杂，造价昂贵，对测量环境要求高。而光学三角法在测量物体位移、厚度和三维面等方面均达到了相当高的精度，有很号的研究价值和实用性。