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关于这份文件
时下大多数人认为,FTIR光谱仪的质量只取决于少数几个参数,例如光谱分辨率,信噪比或波数精度和准确性。只要光谱仪的参数“越好”,光谱仪的性能就越好。
果真如此吗?
在本产品说明中,我们希望消除长久以来的信息误差,并回答您对FTIR光谱仪的规格,特别是对光谱分辨率的疑问。
* 在本产品说明中所提到的术语“分辨率”始终指光谱分辨率。
概要
1. 什么是光谱分辨率?
光谱仪的分辨率* 可以认为是分离两条波长或频率非常接近的光谱线的能力。通常情况下光谱分辨率可以用波数,也就是单位距离中波的数目( cm-1) 来描述。
两条光谱线越近,辨识它们所需的分辨能力就越高。如果想要区分两条波数差为2 cm-1的光谱线,您就需要选择更高的光谱分辨率(例如1 cm-1)来测量。
不同光谱线的接近程度主要取决于待测样品的化学和物理性质。因此,想要取得最佳的测量结果,谨慎选择合适的测量参数是相当重要的。
2. 分辨率是怎么决定的?
以上的图展示了Michelson干涉仪。移动和固定镜子之间的光程差(OPD)决定了光谱仪的分辨率。
3. 怎么提高分辨率?
较大的光程差会增加分束器的干涉量,使干涉仪有更大的分辨能力。简单来说,光程差越大,分辨率就会越高。
4. 增加分辨率是否影响到其他参数?
是的。随着光程差的增加,干涉仪的移动镜必须进行更长的距离才能进行单次扫描。由于分辨率直接影响光谱的噪声程度,这会导致较差的信噪比。
5. 是否必须根据样品物态设置分辨率?
是的。以0.5 cm-1的分辨率测量固体和液体是不会比在2 cm-1测量得到更好的结果的。这反而减少灵敏度和增加测量时间。由于固体和液体光谱区的自然宽度约为几个波数,较高的分辨率是不会得到更好的结果。
以下例子进一步解释这一点。
示例 1: 固体和液体的光谱
图1展示了固态聚乙烯(PE)和液态异丙醇的光谱。收集光谱的分辨率为8 cm-1至0.5 cm-1。我们可以看到各个分辨率之间的光谱相似度非常接近,几乎看不到任何差异。
因此,如果唯一的要求是可靠地识别原材料,我们可以断定高于4 cm-1的分辨率是不需要的。
但是在某些特殊情况,这将会不一样。虽然在4 cm-1可以容易识别聚乙烯,当需要进行结晶度研究时(731 cm-1) ,较高的分辨率是必须的。结晶度的波数只有在2 cm-1 可以看出。
高于2 cm-1的分辨率不会带来更好的结果。为了保持良好的信噪比和测量时间, 这是应该避免的。
6. 气体分析是否可以从更高的分辨率中受益?
气相分子不会像固体或液体经历“拥挤”的环境。这允许分子更自由地拉伸和旋转,而不受分子间键,相互作用或晶体效应的影响。
由于分子旋转也被红外光激发,它可以将通过FTIR光谱法进行检测。根据选择规则,拉伸和旋转分为P,Q和R分支。这仅适用于气体,因为固体和液的旋转状态无法被激发。
由于旋转带的波数通常十分接近,因此只有在更高的分辨率进行测量时才能区分出旋转带。
示例2:气体分析
图2显示在8 cm-1到0.5 cm-1分辨率甲烷的光谱。在约3016 cm-1的吸收波数对应于甲烷拉伸振动模式的Q分支。
虽然解析旋转带不是必须,这也许对研究或复杂气体混合物的分析非常重要。
对于气体鉴定和定量分析,我们建议使用较高(1 cm-1)的分辨率,因为它结合了明确物质的特异性和高灵敏度。
结论1:选择适当分辨率
有了这些信息,您可以选择最佳的光谱分辨率。我们对方案提出以下建议:
图2:甲烷气的光谱(30秒、吸收)。旋转带在1 cm-1已完全分解。
结论2:选择适当仪器
布鲁克提供从基本常规到高分辨率研究级的FTIR光谱仪。根据客户的要求,每个光谱仪都有一个理想的用例:
参考
[1] Chalmers, J. M., Griffiths, P. R., eds. (2002). Handbookof Vibrational Spectroscopy. John Wiley & Sons Ltd.
本内容转自布鲁克产品说明:M187 - 12/19 关于傅立叶变换红外(FTIR)中光谱分辨率的6个问题
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