¿Cuáles son los tipos y principios de funcionamiento de los espectrómetros infrarrojos?
Hola, el cartel original. Los tipos de espectrómetros infrarrojos incluyen: ① Espectrómetros de prisma y de rejilla. Pertenece al tipo dispersivo, su monocromador es un prisma o rejilla y es una medida monocanal. ②Espectrómetro infrarrojo por transformada de Fourier. No es dispersivo y su núcleo es un interferómetro de dos haces. Cuando el espejo móvil del instrumento se mueve, la diferencia de trayectoria óptica entre los dos haces de luz coherentes que pasan a través del interferómetro cambia y la intensidad de la luz medida por el detector también cambia en consecuencia, obteniendo así un patrón de interferencia. Después de la operación matemática de la transformada de Fourier, se puede obtener el espectro de la luz incidente. Las ventajas de este instrumento: ① La medición multicanal mejora la relación señal-ruido. ②El alto flujo luminoso mejora la sensibilidad del instrumento. ③La precisión del valor de la onda puede alcanzar 0,01 cm-1. ④Aumentar la distancia de movimiento del espejo móvil puede mejorar la capacidad de resolución. ⑤La banda de trabajo puede extenderse desde la región visible hasta la región milimétrica, lo que permite medir el espectro del infrarrojo lejano.
Existen muchos tipos de espectrómetros de infrarrojo cercano, y existen muchos métodos de clasificación según diferentes ángulos.
Desde la perspectiva de la aplicación, se puede dividir en instrumentos de seguimiento de procesos en línea, instrumentos especiales e instrumentos generales. A juzgar por la información espectral obtenida por el instrumento, hay instrumentos especiales que solo miden unas pocas longitudes de onda, y también hay instrumentos de investigación que pueden medir todo el espectro del infrarrojo cercano; algunos están dedicados a medir el espectro del infrarrojo cercano en; la banda de longitud de onda corta y algunos son adecuados para medir el espectro de longitud de onda larga del espectro del infrarrojo cercano. El modo de clasificación más utilizado se basa en la forma espectroscópica del instrumento, que se puede dividir en tipo de filtro, tipo de dispersión (rejilla, prisma), tipo de transformada de Fourier, etc. Se describen a continuación.
2. Espectrómetro de infrarrojo cercano tipo filtro:
El espectrómetro de infrarrojo cercano tipo filtro utiliza un filtro como sistema espectroscópico, es decir, utiliza un filtro como luz monocromática. dispositivo. Los instrumentos de espectrómetro de infrarrojo cercano de tipo filtro se pueden dividir en dos tipos: filtros fijos y filtros ajustables. Entre ellos, los instrumentos de tipo de filtro fijo son la forma de diseño más antigua de espectrómetros de infrarrojo cercano.
Cuando el instrumento está en funcionamiento, la luz emitida por la fuente luminosa pasa a través del filtro para obtener una luz monocromática de banda ancha, que interactúa con la muestra y llega al detector.
Las ventajas de este tipo de instrumento son: el instrumento es de tamaño pequeño y puede usarse como un instrumento portátil dedicado; el costo de fabricación es bajo y es adecuado para la promoción a gran escala.
Las desventajas de este tipo de instrumentos son: la luz monocromática tiene una banda de espectro amplia y mala resolución de longitud de onda; es sensible a la temperatura y la humedad, no puede obtener un espectro continuo, no puede preprocesar el espectro; y la información obtenida Pequeña cantidad. Por lo tanto, sólo se puede utilizar como instrumento especial de gama baja.
3. Instrumento espectroscópico de infrarrojo cercano dispersivo:
El elemento espectroscópico del instrumento espectroscópico de infrarrojo cercano dispersivo puede ser un prisma o una rejilla. Para obtener una mayor resolución, los instrumentos dispersivos modernos suelen utilizar rejillas holográficas como elementos espectroscópicos. Los instrumentos de escaneo utilizan la rotación de la rejilla para hacer que la luz monocromática pase a través de la muestra en secuencia de acuerdo con la longitud de onda y entre en el detector para su detección. Según las características físicas de la muestra, se pueden seleccionar diferentes dispositivos de muestra para el análisis de proyección o reflexión.
La ventaja de este tipo de instrumento es que utiliza un espectrómetro de infrarrojo cercano para escanear todo el espectro de la muestra. Algunos instrumentos de tipo filtro mejoran enormemente la repetibilidad y la resolución del escaneo. Instrumentos de alta gama El espectrómetro dispersivo de infrarrojo cercano también se puede utilizar como instrumento de investigación. La aplicación de la quimiometría en el infrarrojo cercano es una de las características del análisis moderno del infrarrojo cercano. Mediante el análisis de espectro completo, se puede extraer una gran cantidad de información útil del espectro del infrarrojo cercano correlacionando los datos espectrales con las propiedades (composición, datos característicos) de las muestras del conjunto de entrenamiento mediante métodos de metrología razonables y el modelo de calibración correspondiente; se puede obtener; y luego se pueden hacer predicciones sobre la naturaleza de la muestra desconocida.
Desventajas de este tipo de instrumento: los cojinetes mecánicos de la rejilla o reflector son propensos a desgastarse después de un uso continuo prolongado, afectando la precisión y reproducibilidad de las longitudes de onda debido a la gran cantidad de piezas mecánicas; el instrumento tiene un rendimiento sísmico deficiente; el espectro se ve fácilmente interferido por la luz parásita; la velocidad de escaneo es lenta y el rendimiento de expansión es deficiente; Debido al uso de muestras estándar externas para calibrar el instrumento, aunque su resolución, relación señal-ruido y otros indicadores mejoran enormemente en comparación con los instrumentos de tipo filtro, siguen siendo cualitativamente diferentes de los instrumentos de tipo Fourier.
4. Espectrofotómetro de infrarrojo cercano por transformada de Fourier:
El espectrofotómetro de infrarrojo cercano por transformada de Fourier se conoce como espectrómetro de transformada de Fourier, que utiliza patrones de interferencia y patrones espectrales. El espectro infrarrojo se mide y estudia midiendo el patrón de interferencia y realizando una transformación integral de Fourier en el patrón de interferencia. Sus componentes básicos incluyen cinco partes: ① Sistema de generación de luz analítica, que se compone de una fuente de luz, un divisor de haz, una muestra, etc., que se utiliza para generar luz analítica cargada con información de la muestra; ② Interferómetro representado por el interferómetro de Michelson tradicional. varios interferómetros mejorados en el futuro, su función es dividir la luz emitida por la fuente de luz en dos haces, provocando una cierta diferencia en la trayectoria óptica para producir luz analítica expresada en el dominio del espacio (tiempo), es decir, luz de interferencia ③ El detector es; utilizado para detectar luz de interferencia ④ El sistema de muestreo digitaliza la luz de interferencia detectada por el detector a través de un convertidor digital a analógico y la importa al sistema informático ⑤ El sistema informático y la pantalla digitalizan la función de luz de interferencia de la muestra y la fuente de luz; función de luz de interferencia respectivamente. Después de la transformación de Fourier, se convierte en un diagrama de distribución de intensidad y frecuencia, y la relación entre los dos es el espectro de infrarrojo cercano de la muestra y se muestra en la pantalla.
En los instrumentos de espectroscopia de infrarrojo cercano por transformada de Fourier, el interferómetro es el corazón del instrumento. Su calidad afecta directamente el rendimiento del instrumento. Por lo tanto, es necesario comprender el interferómetro tradicional de Michelson y sus mejoras. El principio de funcionamiento de este último interferómetro.
⑴Interferómetro tradicional de Michelson: El sistema de interferómetro tradicional de Michelson incluye dos espejos planos en un ángulo de 90 grados entre sí, un divisor de haz óptico, una fuente de luz y un detector. Entre los espejos planos, el que está fijo es el espejo fijo, y el que se mueve paralelo en la dirección que se muestra en la figura es el espejo móvil. El espejo móvil siempre debe mantener un ángulo de 90 grados con el espejo fijo durante el movimiento. Para reducir la fricción y evitar vibraciones, el espejo móvil generalmente se fija sobre un cojinete de aire para moverse. El divisor de haz óptico es semitransparente y se coloca entre el espejo móvil y el espejo fijo en un ángulo de 45 grados con respecto a ellos. Permite que el 50% de la luz monocromática incidente pase a través y el 50% se refleje, de modo que un haz. La luz emitida por la fuente de luz se divide en dos haces: luz reflejada A y luz transmitida B. El haz A incide verticalmente en el espejo fijo; se refleja allí y regresa al divisor de haz a lo largo del camino óptico original; la mitad pasa a través del divisor de haz y se dirige al detector, mientras que la otra mitad se refleja de regreso a la luz; fuente. El haz B pasa a través del divisor de haz de la misma manera y golpea el espejo en movimiento, también se refleja allí y regresa al divisor de haz a lo largo de la trayectoria óptica original, es reflejado nuevamente por el divisor de haz y dispara hacia el detector en el; de la misma manera que el haz A, y la otra mitad luego regresa a la trayectoria óptica original a través del divisor de haz. Los dos haces de luz A y B se encuentran aquí para formar luz coherente con características de luz de interferencia; cuando el espejo móvil se mueve a diferentes posiciones, se pueden obtener intensidades de luz de interferencia con diferentes diferencias de trayectoria óptica.
⑵ Interferómetro mejorado: El interferómetro es el componente más importante del espectrómetro de Fourier. Su rendimiento determina la calidad del espectrómetro de Fourier. Basado en el interferómetro clásico de Michelson, ha habido muchas mejoras en los últimos años. de aumentar el flujo luminoso, aumentar la estabilidad y resistencia a los golpes y simplificar la estructura del instrumento.
5. Durante el funcionamiento del interferómetro Michelson tradicional, cuando el espejo móvil se mueve, inevitablemente habrá un cierto grado de oscilación, lo que hará que los dos espejos planos no sean perpendiculares entre sí, lo que resultará en la luz incidente no puede entrar directamente en el espejo en movimiento. El espejo o la luz reflejada se desvía de la dirección de la luz incidente original, de modo que no se obtiene la luz reflejada paralela a la luz incidente, lo que afecta la calidad de la luz de interferencia. . Las vibraciones del exterior pueden tener el mismo efecto. Por lo tanto, además de ajustes muy precisos, los interferómetros clásicos también deben evitar vibraciones durante su uso para mantener un espejo fijo vertical preciso del espejo móvil y obtener un buen espectro. Para mejorar la resistencia a las vibraciones del instrumento, Bruker desarrolló un interferómetro de espejo de ángulo plano tridimensional, que utiliza dos espejos de ángulo plano tridimensional como espejos móviles a través de cojinetes sin fricción instalados en el centro de masa de un dispositivo de doble oscilación. La conexión de dos espejos de ángulo plano sólido.
La esencia del interferómetro de espejo de esquina plano tridimensional es reemplazar los reflectores planos en los dos brazos del interferómetro tradicional con espejos de esquina plano tridimensional. Se puede ver en el principio óptico del espejo de las esquinas del cubo que cuando hay un ligero error vertical entre las superficies reflectantes y el espejo de las esquinas del cubo oscila ligeramente a lo largo del eje, la dirección de la luz reflejada no cambiará y aún puede ser estrictamente Los rayos de luz incidentes se emiten en direcciones paralelas.
De esto se puede ver que el uso de espejos de ángulo cúbico tridimensional puede eliminar efectivamente la diferencia de trayectoria óptica adicional causada por factores como el balanceo, la vibración externa o la inclinación durante el movimiento del espejo en movimiento, mejorando así la antivibración general. capacidad. Para obtener más información, consulte la Red Nacional de Materiales de Referencia www.rmhot.com