神马作文网为什么说傅里叶光谱在红外区有统治地位?
来源：学生作业帮 编辑：神马作文网作业帮 分类：物理作业 时间：2024/11/16 01:03:02
为什么说傅里叶光谱在红外区有统治地位?
红外光谱技术的最新进展是傅里叶变换红外光谱（FTIR）技术.
FTIR在信噪比、分辨率、速度和探测极限上具有很多优势.在红外研究领域,FTIR方法几乎完全取代了光栅分光法.
傅里叶变换光谱仪可以理解为以某种数学方式对光谱信息进行编码的摄谱仪,它能同时测量、记录所有谱元的信号,并以更高的效率采集来自光源的辐射能量,从而使它具有比传统光谱仪高得多的分辨率和信噪比；同时它的数字化的光谱数据,也便于计算机处理.正是这些基本优点,使傅里叶变换红外光谱方法发展成为目前中、远红外波段中最有力的光谱工具.
FTIR的优点
1.多通道（Fellgett优点）
在色散型仪器中,由于检测器只能响应入射光强度的变化,不能响应入射光频率.因此,在测量时,需把入射的复色光用单色器色散为不同频率的分辨单元.为了检测这些相对纯化的光,就需要用光阑窄缝滤掉绝大部分色散后的单色光,仅让某一频率单色光通过.为了能测定全光谱,只好顺序多次测定色散后不同频率的单色光.
对于FTIR光谱仪,入射光被干涉仪调制成声频波,不同频率的光被调制成不同的值,所用探测器既获得强度信息,又获得频率信息.各种频率光同时落到探测器上,无需分光测量.这样色散仪器每次仅测量全光谱很小的一部分,而FTIR却测了全部光谱.如在 波段范围内,用 分辨率进行测量,则测量所需分辨单元数 .用色散光谱仪在T时间内对 波段测量时,每个分辨单元所需的测定时间为 .与此相应,FTIR则为T.由于随机噪声引起的信噪比 与测量时间成正比,所以FTIR比色散型光谱仪信噪比高的多,并且分辨率越高,提高越大.在0.1cm-1分辨率时,提高近190倍.显然多通道的优点使FTIR的信噪比增加,伴随而来的是检测灵敏度大幅提高.
2.高光通量（Jacquinot优点）
在色散型仪器中,光路里设有狭缝式光阑,绝大部分光被它挡住,仅使极少部分光通过,并且分辨率越高,狭缝调得越窄,实际通过得光越少.加之光路中得许多光学元件也会损失光能,因而使色散型仪器光通量很小.FTIR光谱仪中除了有光能损失很少外,经常不设限光狭缝或其他限光元件.光可全部通过光孔,光通量很大.
光学系统的光通量Ω指通过它传送的光的总能量.光通量定义为光束的面积和立体角的乘积,即光阑面积和向准直镜孔径所张立体角的乘积,或者等效为准直光的面积和它的发散的立体角的乘积
在一些低分辨率的光谱仪中没有准直光阑,光源或探测器起着有效光阑的作用,限制了光通量的大小.
为了获得理想准直的光束（光束完美的平行）,光阑必须无穷小,于是光通过量为零.光阑越大,光通量越大,而被准直的光束也越发散.然而,干涉仪中光束的发散度,或者它的光通量,是受到所要求的光谱分辨率限制的.因为对于一个给定的动镜位移,以不同的角度通过干涉仪的光线到达真正光轴有不同的光程差,它们对总干涉图信号的各自贡献将会模糊掉每个动镜位移的光程差.因此,分辨率要求越高,光发散要求越小.最佳的通过量与所研究的最高频率处的光谱分辨率是完全一致的.最大光通量定量地与光谱分辨率成比例
3.高测量精度（Connes优点）
色散型仪器的精度受很多条件的限制.如校正谱图精度的校样纯度、机械部件移动以及人为的读书误差等,都使这类仪器测量精度难于提高.一般很难达到0.1cm-1精度.
FTIR光谱仪的光学结构简单,干涉仪只有一个动镜是运动部件,通常动镜是在无摩擦的空气轴承上移动,其运动又受高度稳定的He-Ne激光干涉系统监控,因此测量的重复性和准确度都很十分高.加之在FTIR系统中,使用了单色性极好的He-Ne激光干涉系统作为采样标尺,确保采样精度达到 0 .001cm-1.
4.测量波段宽,全波段内分辨率一致
色散型光谱仪测量时,用色散法配以光阑狭缝取得单色光.但这些不同频率的单色光能量又不尽相同.为了保持所获得的能量近似不变,常常需要不断改变狭缝宽度,或用其他技术来调节光通量.这在技术上是很困难的.一种简化的办法是在中红外测量全波段光谱时,使用两种分辨率.色散型光谱仪无法在全波段范围内分辨率一致.
FTIR光谱仪以干涉法采集数据,以数字形式存储数据和运算,很容易做到分辨率一致.极宽的测量波段也是FTIR光谱仪特有的优点.它可用改换光源、分束器、探测器的办法,在同一台FTIR光谱仪上实现多波段测量.
FTIR在信噪比、分辨率、速度和探测极限上具有很多优势.在红外研究领域,FTIR方法几乎完全取代了光栅分光法.
傅里叶变换光谱仪可以理解为以某种数学方式对光谱信息进行编码的摄谱仪,它能同时测量、记录所有谱元的信号,并以更高的效率采集来自光源的辐射能量,从而使它具有比传统光谱仪高得多的分辨率和信噪比；同时它的数字化的光谱数据,也便于计算机处理.正是这些基本优点,使傅里叶变换红外光谱方法发展成为目前中、远红外波段中最有力的光谱工具.
FTIR的优点
1.多通道（Fellgett优点）
在色散型仪器中,由于检测器只能响应入射光强度的变化,不能响应入射光频率.因此,在测量时,需把入射的复色光用单色器色散为不同频率的分辨单元.为了检测这些相对纯化的光,就需要用光阑窄缝滤掉绝大部分色散后的单色光,仅让某一频率单色光通过.为了能测定全光谱,只好顺序多次测定色散后不同频率的单色光.
对于FTIR光谱仪,入射光被干涉仪调制成声频波,不同频率的光被调制成不同的值,所用探测器既获得强度信息,又获得频率信息.各种频率光同时落到探测器上,无需分光测量.这样色散仪器每次仅测量全光谱很小的一部分,而FTIR却测了全部光谱.如在 波段范围内,用 分辨率进行测量,则测量所需分辨单元数 .用色散光谱仪在T时间内对 波段测量时,每个分辨单元所需的测定时间为 .与此相应,FTIR则为T.由于随机噪声引起的信噪比 与测量时间成正比,所以FTIR比色散型光谱仪信噪比高的多,并且分辨率越高,提高越大.在0.1cm-1分辨率时,提高近190倍.显然多通道的优点使FTIR的信噪比增加,伴随而来的是检测灵敏度大幅提高.
2.高光通量（Jacquinot优点）
在色散型仪器中,光路里设有狭缝式光阑,绝大部分光被它挡住,仅使极少部分光通过,并且分辨率越高,狭缝调得越窄,实际通过得光越少.加之光路中得许多光学元件也会损失光能,因而使色散型仪器光通量很小.FTIR光谱仪中除了有光能损失很少外,经常不设限光狭缝或其他限光元件.光可全部通过光孔,光通量很大.
光学系统的光通量Ω指通过它传送的光的总能量.光通量定义为光束的面积和立体角的乘积,即光阑面积和向准直镜孔径所张立体角的乘积,或者等效为准直光的面积和它的发散的立体角的乘积
在一些低分辨率的光谱仪中没有准直光阑,光源或探测器起着有效光阑的作用,限制了光通量的大小.
为了获得理想准直的光束（光束完美的平行）,光阑必须无穷小,于是光通过量为零.光阑越大,光通量越大,而被准直的光束也越发散.然而,干涉仪中光束的发散度,或者它的光通量,是受到所要求的光谱分辨率限制的.因为对于一个给定的动镜位移,以不同的角度通过干涉仪的光线到达真正光轴有不同的光程差,它们对总干涉图信号的各自贡献将会模糊掉每个动镜位移的光程差.因此,分辨率要求越高,光发散要求越小.最佳的通过量与所研究的最高频率处的光谱分辨率是完全一致的.最大光通量定量地与光谱分辨率成比例
3.高测量精度（Connes优点）
色散型仪器的精度受很多条件的限制.如校正谱图精度的校样纯度、机械部件移动以及人为的读书误差等,都使这类仪器测量精度难于提高.一般很难达到0.1cm-1精度.
FTIR光谱仪的光学结构简单,干涉仪只有一个动镜是运动部件,通常动镜是在无摩擦的空气轴承上移动,其运动又受高度稳定的He-Ne激光干涉系统监控,因此测量的重复性和准确度都很十分高.加之在FTIR系统中,使用了单色性极好的He-Ne激光干涉系统作为采样标尺,确保采样精度达到 0 .001cm-1.
4.测量波段宽,全波段内分辨率一致
色散型光谱仪测量时,用色散法配以光阑狭缝取得单色光.但这些不同频率的单色光能量又不尽相同.为了保持所获得的能量近似不变,常常需要不断改变狭缝宽度,或用其他技术来调节光通量.这在技术上是很困难的.一种简化的办法是在中红外测量全波段光谱时,使用两种分辨率.色散型光谱仪无法在全波段范围内分辨率一致.
FTIR光谱仪以干涉法采集数据,以数字形式存储数据和运算,很容易做到分辨率一致.极宽的测量波段也是FTIR光谱仪特有的优点.它可用改换光源、分束器、探测器的办法,在同一台FTIR光谱仪上实现多波段测量.