傅里叶变换红外光谱仪分辨率
任何一种光谱仪器,由于仪器的作用都会使谱线加宽,谱线加宽的结果就会使比较靠近的相邻谱线无法分开,分辨率是光谱仪最重要的质量指标之一,它代表仪器能够分开两条最靠近的谱线的能力。雨泽仪器小编主要讨论动镜扫描长度、光源面积和噪声对傅里叶变化红外光谱仪分辨率的影响。
首先我们讨论一下分辨率的定义,即在什么情况下,两条相邻的谱线刚好能够分开,瑞利判则告诉我们,对于两条等强度的谱线,如果一条谱线的峰点刚好落在另一条谱线的第一个零点上,那么就说这两条谱线刚好能够分开。对于两条等强度的谱线,他们迭加的结果,其中心仍有明显的下凹,其相对强度约为0.8,因此还可以勉强分开,引起谱线加宽的原因基本上可分为两类,一类是自然加宽。例如在固体样品中晶格之间的相互作用,晶格的缺陷和杂质的影响等,在气体样品中分子之间的碰撞和容器壁的碰撞,以及卜勒效应等,都会产生谱线加宽,另一类是由于质谱仪的作用所产生的谱线加宽,例如棱镜光谱仪的狭缝的宽度和透镜的衍射等,傅立叶变换红外光谱仪的扫描长度、光源面积等,都会产生谱线加宽。前一类的加宽是由样品的性质所决定的,与仪器的作用无关。而后一类的加宽则是由仪器所决定的,通过仪器的改进可以减小这种加宽。在考虑仪器的分辨率时,自然加宽与仪器加宽相比,一般认为自然加宽可以忽略,而仅考虑仪器加宽的情况。因此在自然加宽可以忽略的情况下,两条等强度的相邻谱线刚好满足瑞利判则,那么这两条谱线之间的间隔就是傅立叶变换红外光谱仪的分辨率。能够分辨开来的两条谱线之间的间隔越小,则仪器的分辨率越高。
由于面光源所引起的分辨率极限
经推导,实际上已经假定所有入射光线都与光轴平行,因此对于所有入射光线,从干涉仪两臂反射回来的光在检测器前汇合时都具有相同的光程差,只有理想的点光源经过准直透镜或反射镜以后才有可能形成平行光束,事实上,我们使用的并不是点光源,而是有一定尺寸的面光源。这样,从面光源发出的光线,有一部分平行于光轴,但也有一部分偏离光轴,这些不同入射角的光从干涉仪两臂反射回来以后在检测器前汇合时,由于它们的光路不是平行的,因此它们的光程差也就不一样,这样就会使干涉图产生畸变,并使计算的谱线加宽,因而限制了傅立叶变换红外光谱仪分辨率的提高。
由于噪声所引起的分辨率极限
似乎扫描长度越长,
傅立叶变换红外光谱仪分辨率就越高,但是事实上由于噪声的影响,扫描长度是不能无限延长的,因为任何光源的相干长度都是有限的,光源的带宽越宽,其相干长度就越短。因此干涉图只有在零光程差附近才有显著的相干信号,随着光程差的增大,相干信号迅速下降,当相干信号下降到小于系统的噪声时,用通常的方法就不能再检测到有用的信号。这时继续延长扫描长度只会检测到更多的噪声,使计算光谱的噪声增大。这样不仅不能提高傅立叶变换红外光谱仪的分辨率,反而会使分辨率下降。