傅里叶变换红外光谱仪与传统的光谱仪
在研究可见光和红外波段时,常见三棱镜光谱仪和光栅光谱仪,三棱镜光谱仪是由五个基本部件所组成:宽带光源、入射狭缝、三棱镜、出射狭缝、检测器。入射狭缝的作用是从光源发出的光中分出的一束狭长的光线,狭缝越窄,在检测器上的像就越细,分辨率就越高,三棱镜起分光作用,不同波长的光其折射角也不同,出射狭缝的作用是将通过三棱镜后散开来的光选择一个特定的、很小的频率范围的光通过它,狭缝越窄,所通过的光的频率范围越小,分辨率就越高,转动棱镜时,不同波长的光通过狭缝,检测器就能记录下不同波长的光谱强度。因此,要获得高的分辨率,狭缝必须非常窄。另一方面,当狭缝很窄时,通过他们的光的能量就很小,检测器所能检测到的信号就很弱,信噪比很小,因而又影响了光谱仪的检测灵敏度和分辨率。因此对于三棱镜光谱仪,其分辨率的提高受到了很大的限制,尤其在远红外和亚毫米波段,由于缺乏很强的宽带光源和灵敏的检测器,其分辨率的提高受到更大的限制。
光栅光谱仪的原理同三棱镜光谱仪的相似,只不过分光元件用光栅代替三棱镜,同样,它也需要入射狭缝和出射狭缝,其分辨率的提高同样受到很大的限制。
傅里叶变换红外光谱仪通传统的光谱仪在原理上完全不同,他不是利用分光的原理,而是利用相干的原理,傅里叶变换红外光谱仪实际上是由迈克尔逊干涉仪和傅立叶变换单元所组成。迈克尔逊干涉仪由五个基本元件所组成:宽带光源、分束器、固定反射镜、可移动的反射镜、检测器。光源发出的光经准直镜后变成平行光束,以45度角入射到分束器上,其中一部分光经分束器反射以后,射向固定反射镜,反射后重新射向分束器,其中一部分经分束器反射后回到光源方向,另一部分则透过分束器射向检测器。从光源来的另一部分光透过分束器以后射向可移动的反射镜,反射后重新射向分束器,其中一部分回到光源方向,另一部分则经反射,同反射回来的光回合以后一起射向检测器,射向检测器的两束光线是由同一光源发出的,因此,她们是想干的,相干的结果是相长还是相消决定于它们的光程差。
可见,傅里叶变换红外光谱仪没有如射狭缝和出射狭缝,光源面积的大小对仪器分辨率的影响并不像传统光谱仪那么严重,因而它可以用较大面积的光源,而且,它每次检测到的信号都包含整个频段的信息,并不像传统光谱仪那样每次只能检测到一个很小的频率范围的信息,因此傅里叶变换红外光谱仪的信噪比比传统光谱仪的高的多。
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