pomoc - MITR

Technika FTIR.
Drgania atomów w cząsteczkach ujawniają się w widmach optycznych o częstościach w
zakresie podczerwieni. Można je badać klasyczną techniką absorpcyjną IR lub metodą
rozpraszania Ramana.
W klasycznych spektrometrach widma IR otrzymuje się badając absorbcję (IR) dla
określonej monochromatycznej (o jednej długości fali) wiązki promieniowania, a następnie
przemiatając próbkę poprzez zmianę krokowo długość tej fali w trakcie pomiaru za pomocą
elementu dyspersyjnego (pryzmat, siatka dyfrakcyjna). W ten sposób otrzymujemy sygnał
absorpcji (lub transmisji) jako funkcję określonej długości fali (częściej liczby falowej
wyrażonej w cm-1).
We współczesnych aparatach Furierowskich stosuje się szybszą metodę polegającą na
jednoczesnym oświetleniu próbki wiązką promieniowania z całego badanego zakresu IR. Po
przejściu tej wiązki przez próbkę doprowadza się do interferencji z wiązką z tego samego
źródła, która nie przeszła przez próbkę, a widmo otrzymuje się stosując transformację
Fouriera zarejestrowanego widma interferencyjnego. Wymaga to stosowania aparatury z
oprogramowaniem, które wykonuje tą operację matematyczną i dostarcza informacji o
wibracjach w postaci interferogramu. Technikę tę określa się skrótem FTIR (Fourier
Transform Infrared Spectroscopy).
Choć metoda ta wydaje się być mniej intuicyjna, to należy pamiętać, że interferogram zawiera
tę samą informację , co widmo, bo są związane poprzez operację matematyczną zwaną
transformacją Fouriera. Interferogram powstaje z interferencji dwóch wiązek, które dzięki
zmieniającej się w czasie różnicy dróg optycznych docierają do detektora przesunięte w fazie.
Tak uzyskana zależność natężenia promieniowania od różnicy dróg optycznych wiązek
promieniowania zostaje przekształcona dzięki analizie fourierowskiej wykonanej przez
oprogramowanie komputera w widmo, wykres zależności absorbcji od długości fali .
Technika FTIR (Fourier Transform Infrared)
Wiązki opisane wyżej są generowane przez szerokopasmowe (polichromaryczne źródło
światła z zakresu IR (globar, lampa Nernsta) w interferometrze Michelsona (rys.1).
Dwuwiązkowy interferometr został zaprojektowany przez Michelsona w 1891 roku. Swiatło
ze źródła S pada na zwierciadło półprzepuszczalne (ang. beam splitter), które odbija połowę
promieniowania, a połowę przepuszcza. Promieniowanie odbite po przejściu drogi optycznej
L pada na nieruchome zwierciadło M1, ulega odbiciu od zwierciadła M1 i wraca z powrotem
(całkowita droga optyczna 2 L).
Rysunek 2 Schemat interferometru Michelsona: S-źródło promieniowania IR, B- zwierciadło
półprzepuszczalne, M1 zwierciadło nieruchome, M2 zwierciadło ruchome, D-detektor.
Promieniowanie przechodzące podobnie jak promieniowanie odbite, pokonuje odległość 2L
po odbiciu od zwierciadła M2, które jednak w przeciwieństwie do zwierciadła M1, ma
możliwość precyzyjnie kontrolowanego poruszania się o dodatkową odległość x/2. Tak więc
promieniowanie przechodzące pokonuje całkowitą drogę optyczną 2L+x. Różnica dróg
optycznych w momencie ponownego spotkania się
obu wiązek na zwierciadle
półprzepuszczalnym wynosi x, generując różnicę faz prowadząc do interferencji. Wiązka,
modulowana poprzez ruch zwierciadła, opuszcza interferometr, przechodzi przez próbkę i
ostatecznie zostaje skupiona na detektorze. Interferogram rejestrowany przez detektor jest
intensywnością promieniowania I(x) mierzonego w funkcji przemieszczenia x poruszającego
się zwierciadła M2 od odległości L. Interferencja fal o różnych częstościach jest inna,
bowiem dla tej samej drogi x, różnica faz jest inna, czyli w I(x) dla różnych długości fal
zawarta jest informacja o WIDMIE. Intensywność wiązki I(x) i widmo
są związane
poprzez transformatę Fouriera, czyli. kosinusową funkcją optycznego opóźnienia x i częstości
promieniowania . Intensywność wiązki polichromatycznej I(x) trafiającej do detektora
równa się
gdzie:
- intensywność promieniowania o częstości
zwierciadło.
i
padającego na półprzepuszczalne
są współczynnikami odbicia i przepuszczalności spełniającymi
warunek
Dla x znacznie większego od największej długości fali w wiązce promieniowania wyrazy
uśredniają się pod całką do zera a intensywność wiązki wynosi I( ∞ ). Zmienna
część interferogramu F(x) wynosi
Definiując intensywność spektralną jako
otrzymujemy:
Dokonując transformacji Fouriera otrzymujemy zależność dla intensywności spektralnej
Widmo transmisyjne próbki otrzymuje się poprzez rejestrację w funkcji x interferogramy z
próbką oraz bez próbki. Widmo próbki w postaci transmisji w funkcji
częstości wynosi:
gdzie Apr i Ao uzyskujemy po transformacji Fouriera interferogramów z próbką i bez próbki.
Aby zwiększyć stosunek sygnału do szumu interferogramy powtarza się wielokrotnie, a
następnie uśrednia.