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波数精度到底是什么

红外光谱(IR)

  • 波数精度到底是什么参数?

    由于经常有人问这个问题,这几天有时间就写个短文,彻底澄清下。希望能有所帮助。由于水平有限,如有错漏,欢迎指出 。(neity原创,转载请注明出处。)
    首先要说明,国标GB/T21186-2007和计量技术规范JJF1319-2001里面都没有提到波数精度这个指标,和波数相关指标的只有波数准确度和波数重复性。
    下面先简单介绍下波数准确度和波数重复性,然后我们再讨论波数精度的本质。
    波数准确度
    波数准确度就是实际测量峰位值与真实特征峰位值之间的差,国标规定测量3张谱图,计算每次与特征峰位之差,取最大偏差。
    表达如下:
    波数准确度=±|σn0|max
    其中σ0是特征峰位值,σn是特征峰实测值。
    简单地说波数准确度反映的是仪器测试准不准的问题。
    波数重复性
    国标规定测量6张谱图,计算这些谱图特征峰位实测值之间的差值,取最大值为波数重复性。
    表达如下:
    波数重复性=σmaxmin
    简单地说波数重复性判断测量数据的一致性,这是衡量仪器稳定性的一个指标参数。
    (顺便说一下,从仪器原理上看,波数重复性与干涉仪扫描的匀速性相关,而透过率重复性与红外光源及干涉仪的稳定性相关)
    波数精度
    波数精度是个很神奇的指标,国标和计量技术规范里面都没有,好多厂家都写波数精度0.01cm-1,比波数准确度和波数重复性指标都要高出1~2个数量级,看起来很厉害,但是这个指标到底有什么含义呢?
    这要从傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)的原理说起,FTIR的核心是干涉仪,而干涉仪的核心是动镜的运动姿态控制。大家知道FTIR仪器内部有两种光源:激光光源和红外光源。仪器以红外光的干涉零点(相当于白光干涉)来确定动镜扫描的起始位置,然后通过激光干涉环的变化来确定干涉仪动镜扫描的速度和距离;
    简单点说,激光在这里相当于是干涉仪的采样标尺。既然是标尺,那么这个标尺的精度如何呢?
    一般短腔长He-Ne激光器的激光波长精度(也称带宽)在1.1GHz左右,按FTIR常用的波数范围(7800-375cm-1)波段的中间值,为计算方便取5000cm-1
    计算如下:
    He-Ne激光波长是632.8nm,换成频率是4.74×105GHz
    激光频率波动幅度:1.1GHz/4.75×105GHz=0.232×10-5,相当于±0.116×10-5
    在5000波数处的激光波数的精度为:±0.116×10-5×5000cm-1=±0.0058cm-1
    这就是波数精度优于0.01 cm-1的由来。
    所以,波数精度应该称为激光波数精度,它实际是描述激光频率稳定性的一个参数,与FTIR的指标参数无关。
    厂家把激光器的频率精度换算成波数精度,和FTIR的性能参数放在一起写,容易误导用户把它当作是FTIR的性能指标,这就有误导用户的嫌疑,严格说来可算是虚假宣传了,因为仪器验收时都无法验证这个指标。
    大家观察下可以发现:小型化的FTIR,由于采用的是半导体激光器,其频率没有He-Ne激光器稳定,故厂家都不写波数精度这个指标。而采用He-Ne激光器的FTIR,不管其性能参数如何,基本都写波数精度为0.01cm-1
  • 该帖子已被版主-tangtang加10积分,加2经验;加分理由:原创。
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  • tangtang

    第1楼2015/07/31

    激光器的稳定性可以一直保持在0.01cm-1吗?

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  • ppddppdd

    第2楼2015/08/01

    基本都写波数精度为0.01cm-1。这个一般没啥问题,因为“精度”是个定性的概念。
    如果换成不确定度,估计没有一家敢写0.1cm-1
    还有透射比,估计也没有一家敢写到1%的

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  • neity

    第3楼2015/08/01

    应助达人

    一般来说He-Ne激光器是很稳定的,这是指其频率。不知道带宽怎样,只要He-Ne激光器的带宽不扩大,就是说它在632.8nm还是很尖的峰,那么,它的激光波数精度还是可以保持在0.01cm-1的。

    tangtang(tangtang) 发表:激光器的稳定性可以一直保持在0.01cm-1吗?

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  • neity

    第4楼2015/08/01

    应助达人

    主要是觉得厂家有误导的嫌疑。
    厂家FTIR的指标一般这样写:分辨率1cm-1,波数精度0.01cm-1,……,这会让人觉得0.01是FTIR整机的一个关键指标,实际上,这个0.01仪器验收时是无法检验的。而且这个0.01和仪器的整体性能指标关系不大,况且用户在使用仪器时,也根本感觉不出来。
    所以,如果非要写这个指标的话,正规的写法应该是:分辨率1cm-1,……,最后写激光波数精度0.01cm-1,把它和仪器整体指标分开写。就像写到电气参数一样:24位采样什么的。

    ppddppdd(ppddppdd) 发表:基本都写波数精度为0.01cm-1。这个一般没啥问题,因为“精度”是个定性的概念。
    如果换成不确定度,估计没有一家敢写0.1cm-1
    还有透射比,估计也没有一家敢写到1%的

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  • neity

    第5楼2015/08/01

    应助达人

    打个不恰当的比方,就像一个手艺一般的木匠,他干的活不好,哪怕是做的桌子四个腿都不齐,站不稳,由于他生产过程中,用了一个高精度的游标卡尺作为测量工具。他就这样宣传:桌子长xx宽xx高xx,精度0.02mm。
    拜托,四个腿还不齐,站不稳,写这个精度有意义吗?
    就像FTIR波数准确度和重复性都在1.0cm-1左右,这里再写上波数精度0.01cm-1(实际应该是:采样所用激光器的波数精度0.01cm-1),这样有意义吗?

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  • zwyu

    第6楼2015/08/06

    波数精度是这么算的吗?那和每秒钟10万次以上动态调整一样,都是耍流氓。

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  • neity

    第7楼2015/08/11

    应助达人

    波数精度确实是这样计算的,岛津有个文章中提到过。
    厂家故意避重就轻,打擦边球了。
    这个指标本质上是相当于是傅立叶变换所用采样标尺的精度,和仪器性能指标是没有一点关系的。

    zwyu(zwyu) 发表:波数精度是这么算的吗?那和每秒钟10万次以上动态调整一样,都是耍流氓。

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  • zwyu

    第8楼2015/08/12

    有原文吗?

    neity(neity) 发表: 波数精度确实是这样计算的,岛津有个文章中提到过。
    厂家故意避重就轻,打擦边球了。
    这个指标本质上是相当于是傅立叶变换所用采样标尺的精度,和仪器性能指标是没有一点关系的。

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  • neity

    第9楼2015/08/13

    应助达人

    装的是win10,新浏览器edge不支持flash,好像无法上传附件。
    岛津的《FTIR TALK》系列文章有一篇就是说波数精度的。论坛应该有,可以搜到。

    zwyu(zwyu) 发表:有原文吗?

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  • tangtang

    第10楼2015/08/15

    http://www.instrument.com.cn/download/shtml/050614.shtml
    FTIR talk‘问答集’- He-Ne激光为什么在FTIR上使用?

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