diamond
第2楼2006/09/03
第一章 现代富丽叶变换红外光谱概述
1.1 富丽叶变换红外的原理:麦克尔逊干涉仪
自从一百多年前发明双光束麦克尔逊干涉仪至今,他仍然是现代富丽叶变换红外光谱仪的心脏。如图1.1所示它是由一块定镜、一块动镜和一个分束器构成。分束器是由具有一半透射一半反射能力的材料叠加而成。从光源发出的经过校准的光束通过分束器后,一半透射后到达动镜,一半反射后到达定镜。然后光束都经过两块镜面的反射后回到分束器。此时检测器将同时检测由定镜到达的透射光束和动镜到达的反射光束。由于动镜移动时造成的光源的波长(或波数的频率)和光程变化将会使两束组合的光的强度产生干涉加强或是干涉减弱。
这就是后面所提到的延迟,δ(cm)。为了获得干涉图,I(δ),检测器的信号将被数字化并被记录为延迟的函数。多波长光源的干涉图强度可用下面的数学公式来表达:
此处B(σ)是在波数σ(cm-1)处的光谱强度。
diamond
第10楼2006/09/05
1.2 连续扫描型干涉仪
对于连续扫描型富丽叶变换红外光谱仪而言,动镜是以恒定的速度v(cm/s)连续移动,对应于时间t(s)光程差可以表示为δ=2vt(cm)。如图1.3所示干涉图上的数据点是在氦-氖激光器处于闲置状态时零位交叉点的信号经数字化后得到。激光器信号的作用除了是确定在每次等距离移动动镜后测定I(δ),还起到每次扫描时波长校正的作用。由于动镜是连续移动的,所以干涉图I(δ)是时间的显函数。在波数σ处的红外光的富丽叶频率可由下式表示:
连续扫描方式是常规静态或相对慢速动态(时间分辨率不小于20ms)测定的首选方式。在此模式下,研究级干涉仪的石墨轴承依靠空气气垫。这种设计能允许控制动镜移动速度在0.0079~4.11cm/s的范围内变化。较慢的移动速度适用于热释型检测器,比如硫酸三苷肽(TGS)或光声(PA)检测器。较快的移动速度适用于快速量子型检测器,比如汞镉碲(MCT)或锑化铟(InSb)检测器,应用于常规静态或时间分辨率不小于20ms的动态测量。
对于动态和时间分辨率小于20ms的时间相关性的测定,连续扫描就不适用了,因为瞬时的富丽叶频率与时间密切相关。连续扫描方式的局限可以由步进扫描干涉仪来解决。步进扫描的优点正好适用于信号为相位-、时间-或空间相关的动态实验的测定。