傅里叶变换光谱仪及应用.pptx

一、基本原理傅立叶变换红外光谱仪被称为第三代红外光谱仪，利用麦克尔逊干涉仪将两束光程差按一定速度变化的复色红外光相互干涉，形成干涉光，再与样品作用。

探测器将得到的干涉信号送入到计算机进行傅立叶变化的数学处理，把干涉图还原成光谱图。

二.使用方法目前比较精确且能方便实现的等光程差点的选取方法是激光计量光程差法,利用动镜移动使计量激光光束产生干涉,固定的干涉点就是等光程差点。

该方法选取等光程差对利用机械控制动镜做匀速运动要求不高,其精度只与激光本身的单色性有关。

Chateauneuf Franco is等人对红外光谱仪测量误差进行过分析[4],提出的计量激光单色性是其中的因素之一。

但对由激光单色性造成的具体光谱测量误差进行定量分析目前尚无研究报道。

影响激光单色波长的两个重要指标是单频指标和稳频指标。

单频性能表征激光器输出线宽的大小,稳频性能表征激光器输出所发生的频率漂移。

激光输出的线宽和频率的漂移都会引起激光波长的漂移,造成光程差误差和光谱测量误差。

所以光谱仪的光谱测量误差与计量激光器的单稳频指标特性密切相关。

本文详细讨论了激光单稳频指标对光谱仪光谱测量误差的影响,通过理论分析建立了激光器单稳频指标与光谱仪光谱测量误差之间的关系,并进行了仿真计算和结果分析。

1.激光器计量原理在傅里叶变换红外光谱仪中,迈克尔逊干涉仪示意图如图1所示。

干涉仪主要由动镜M1、定镜M2和与动定镜成45°的分束器G组成。

计量激光和被测光源的光在迈克尔逊干涉仪中运行同样的光程。

图中实线表示被测光源光路,虚线表示计量激光光路。

等分分束器G将计量激光分成能量相等的两部分,即光束3和光束4。

光束3通过动镜M1反射,分束器G透射后到达探测器点E;光束4通过定镜M2反射和分束器G反射后到达探测器点E。

开始时动镜M1不动,定镜M2和动镜M1与分束器G的距离相等,即光束3和光束4的光程差为0,即零光程差点(ZPD点)。

此时光束3和光束4到达探测器时相位相同,发生相长干涉,亮度最大。

傅立叶变换红外光谱仪分析测试及应用红外光谱仪是鉴别物质和分析物质结构的有效手段，其中傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）是七十年代发展起来的第三代红外光谱仪的典型代表。

它是根据光的相干性原理设计的，是一种干涉型光谱仪，具有优良的特性，完善的功能，并且应用范围极其广泛，同样也有着广泛的发展前景。

基本原理红外线和可见光一样都是电磁波，而红外线是波长介于可见光和微波之间的一段电磁波。

红外光又可依据波长范围分成近红外、中红外和远红外三个波区，其中中红外区（2.5～25μm；4000～400cm-1）能很好地反映分子内部所进行的各种物理过程以及分子结构方面的特征，对解决分子结构和化学组成中的各种问题最为有效，因而中红外区是红外光谱中应用最广的区域，一般所说的红外光谱大都是指这一范围。

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力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，求出化学建的力常数、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。

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近代傅里叶变换红外光谱技术及应
用
近代傅里叶变换红外光谱技术（FTIR）是一种测量分析仪器，它可以用来测量样品的组成成分、性质和结构。

这项技术主要应用于化学、物理、生物、农业和食品领域，并在新材料的开发和研究方面发挥重要作用。

傅里叶变换红外光谱技术（FTIR）使用红外线（IR）对样品进行测量，可以准确地检测出样品中的各种成分。

IR的原理是，不同的分子结构会吸收不同波长的IR，产生不同的吸收率，这就是所谓的“振动模式”。

因此，通过相应的振动模式，可以检测出样品中不同的分子组成，从而实现样品的分析。

FTIR的工作原理是，先将样品放入一个封闭的容器中，然后通过一个红外激发源（如激光），将红外线射到样品上，使样品中的分子振动，从而产生不同的振动模式，产生不同的红外吸收波长。

接着，样品中吸收的红外光被一个棱镜转换器转换为可以被数据采集卡识别的数字信号，并被计算机处理和显示，形成一个红外光谱图。

FTIR技术主要用于物质组成的分析，可以快速、准确地检测出样品的组成成分，可以在细胞、分子、组织水平
上进行精确的分析。

同时，FTIR技术还可以用于测定样品的体积变化，可以用来测量样品的热量变化，可以用来测量样品的机械性能，也可以用来测定样品的溶解度和溶剂稳定性。

此外，FTIR技术还可以用于检测食品中的有害物质，例如油脂、脂肪酸、糖类、蛋白质等，也可以用于检测气体中的有机物，例如甲烷、乙烷等。

总之，FTIR技术是一种非常有效的分析仪器，可以快速准确地检测出样品的组成成分，在实验室和工业应用中都有很大的用途。

傅里叶变换光谱实验一、实验目的1、了解傅里叶变换光谱的基本原理。

2、学会测量待测光的光谱图。

重点：傅里叶变换光谱实验装置的正确使用，实验过程中参数的选定难点：傅里叶变换光谱原理的理解二、实验原理现代光学的一个重大进展是引入“傅里叶变换”概念，由此发展成为光学领域内的一个崭新分支——傅里叶变换光学。

本实验中用到的“傅里叶变换光谱实验装置”利用了傅里叶光谱中存在的干涉图和光谱图的变换关系，仪器用途是演示通过傅里叶变换的方法测定光源的辐射光谱。

本实验仪器的意义在于进行傅里叶变换原理的演示。

本实验测量光谱范围设计在可见区（400-800nm ）并且光路部分设计为开放式，以便能更深刻、直观地了解傅里叶变换光学的实现与应用。

傅里叶变换过程实际上就是调制与解调的过程，通过调制我们将待测光的高频率调制成我们可以掌控、接收的频率。

然后将接收到的信号送到解调器中进行分解，得出待测光中的频率成分及各频率对应的强度值。

这样我们就得到了待测光的光谱图。

下面介绍两个方程：调制方程：()()cos 2I x I xd σπσσ+∞-∞=⎰解调方程：()()cos 2I I x xdx σπσ+∞-∞=⎰调制过程：这一步由迈克耳孙干涉仪实现，设一单色光进入干涉仪后，它将被分成两束后进行干涉，干涉后的光强值为 0()c o s 2I x I x πσ=，(其中x 为光程差，它随动镜的移动而变化，σ为单色光的波数值)。

如果待测光为连续光谱，那么干涉后的光强为()()cos 2I x I xd σπσσ+∞-∞=⎰。

图1 实验装置中的迈克尔孙干涉仪解调过程：我们把从接收器上采集到的数据送入计算机中进行数据处理，这一步就是解调过程。

使用的方程就是解调方程，这个方程也是傅里叶变换光谱学中干涉图—光谱图关系的基本方程。

对于给定的波数σ，如果已知干涉图与光程差的关系式，就可以用解调方程计算的这波数处的光谱强度()I σ。

为了获得整个工作波数范围的光谱图，只需对所希望的波段内的每一个波数反复按解调方程进行傅里叶变换运算就行了。

傅里叶变换光谱仪简介傅里叶变换光谱仪（Fourier Transform Spectrometer，简称FTS）是一种基于傅里叶变换原理的光谱测量设备。

它通过将光信号转换为频域信号，并进行频谱分析来获得样品的光谱信息。

傅里叶变换光谱仪广泛应用于化学、物理、天文学等领域，是一种重要的光谱分析工具。

工作原理傅里叶变换光谱仪的工作原理基于傅里叶变换和干涉测量技术。

它主要由光源、样品、干涉仪和探测器等组成。

1.光源：通常采用白光源或某种波长的激光作为光源。

光源发出的光通过干涉仪进行干涉。

2.样品：样品可以是固体、液体或气体。

样品接收到光之后会产生吸收、发射或散射等现象，这些现象会在光谱中表现为特定的峰。

3.干涉仪：干涉仪是傅里叶变换光谱仪的核心部件。

它由一个光束分配器和一个光程差调节器组成。

光束分配器将入射光束分成两个等强度的光束，然后由光程差调节器引入光程差。

光程差调节器可以通过控制光程差的大小来改变干涉仪的工作方式。

4.探测器：探测器用来接收干涉光信号，并将其转换为电信号。

根据干涉光信号的强弱变化，探测器会输出对应的电压信号。

测量步骤使用傅里叶变换光谱仪进行光谱测量通常需要以下步骤：1.准备样品，将样品放置在样品台上。

2.打开傅里叶变换光谱仪并进行预热。

3.调整干涉仪的光程差，使其达到最佳工作状态。

4.将样品台移动到光束的路径上，使光通过样品。

5.接收来自探测器的电信号，并通过AD转换器将其转换为数字信号。

6.根据得到的数字信号，进行傅里叶变换，将信号从时间域转换为频域。

7.分析得到的频谱信息，得到样品的光谱特性。

优点和应用傅里叶变换光谱仪具有以下优点：1.高分辨率：傅里叶变换技术可以获得高分辨率的频谱信息，能够准确测量样品的光谱特性。

2.宽波长范围：傅里叶变换光谱仪在光谱范围上具有较好的灵活性，可以适用于从紫外线到红外线的各个波段。

3.高灵敏度：傅里叶变换光谱仪能够检测微弱的光信号，并具有较高的信噪比。