Fourier verwandelt sich Spektroskopie ist eine Maß-Technik, wodurch Spektren gestützt auf Maßen der Kohärenz einer Strahlungsquelle, mit dem Zeitabschnitt oder den Raumgebiet-Maßen der elektromagnetischen Radiation oder dem anderen Typ der Radiation gesammelt werden.

Es kann auf eine Vielfalt von Typen der Spektroskopie einschließlich der optischen Spektroskopie, Infrarotspektroskopie (FTIR, FT-NIRS), Kernkernspinresonanz (NMR) und Kernspinresonanz spektroskopische Bildaufbereitung (MRSI), Massenspektrometrie und Elektrondrehungsklangfülle-Spektroskopie angewandt werden. Es gibt mehrere Methoden, für die zeitliche Kohärenz des Lichtes zu messen (sieh: Feldautokorrelation), einschließlich der dauernden Welle Michelson oder Fourier gestalten Spektrometer und den pulsierten Fourier um, gestalten Spektrographen um (der empfindlicher ist und eine viel kürzere ausfallende Zeit hat als herkömmliche spektroskopische Techniken, aber nur in einer Laborumgebung anwendbar ist).

Der Begriff Fourier verwandelt sich Spektroskopie widerspiegelt die Tatsache, dass in allen diesen Techniken sich ein Fourier verwandelt, ist erforderlich, die rohen Daten ins wirkliche Spektrum, und in vielen der Fälle in der Optik zu verwandeln, die interferometers verbunden ist, basiert auf dem Wiener-Khinchin Lehrsatz.

Begriffseinführung

Das Messen eines Emissionsspektrums

Eine der grundlegendsten Aufgaben in der Spektroskopie soll das Spektrum einer leichten Quelle charakterisieren: Wie viel Licht an jeder verschiedenen Wellenlänge ausgestrahlt wird. Die aufrichtigste Weise, ein Spektrum zu messen, soll das Licht durch einen monochromator, ein Instrument passieren, das das ganze Licht außer dem Licht an einer bestimmten Wellenlänge blockiert (wird die frei gemachte Wellenlänge durch einen Knopf auf dem monochromator gesetzt). Dann wird die Intensität dieses restlichen (einzelne Wellenlänge) Licht gemessen. Die gemessene Intensität zeigt direkt an, wie viel Licht an dieser Wellenlänge ausgestrahlt wird. Durch das Verändern der Wellenlänge-Einstellung des monochromator kann das volle Spektrum gemessen werden. Dieses einfache Schema beschreibt tatsächlich, wie einige Spektrometer arbeiten.

Fourier verwandelt sich Spektroskopie ist eine weniger intuitive Weise, dieselbe Information zu bekommen. Anstatt nur einer Wellenlänge auf einmal zu erlauben, zum Entdecker durchzugehen, lässt diese Technik durch einen Balken, der viele verschiedene Wellenlängen des Lichtes sofort enthält, und misst die Gesamtbalken-Intensität. Dann wird der Balken modifiziert, um eine verschiedene Kombination von Wellenlängen zu enthalten, einen zweiten Datenpunkt gebend. Dieser Prozess wird oft wiederholt. Später nimmt ein Computer all das Daten und Arbeiten umgekehrt, um wie viel Licht abzuleiten, dort ist an jeder Wellenlänge.

Um, zwischen der leichten Quelle und dem Entdecker spezifischer zu sein, gibt es eine bestimmte Konfiguration von Spiegeln, die einigen Wellenlängen erlaubt durchzugehen, aber andere (wegen der Welle-Einmischung) blockiert. Der Balken wird für jeden neuen Datenpunkt durch das Bewegen von einem der Spiegel modifiziert; das ändert den Satz von Wellenlängen, die durchgehen können.

Wie erwähnt, ist Computerverarbeitung erforderlich, die rohen Daten (leichte Intensität für jede Spiegelposition) ins gewünschte Ergebnis (leichte Intensität für jede Wellenlänge) zu drehen. Die erforderliche Verarbeitung erweist sich, ein allgemeiner Algorithmus genannt den Fourier zu sein, verwandeln sich (folglich der Name, "Fourier gestaltet Spektroskopie" um). Die rohen Daten werden manchmal einen "interferogram" genannt. Wegen der vorhandenen Computerausrüstungsvoraussetzungen und der Fähigkeit des Lichtes, sehr kleine Beträge der Substanz zu analysieren, ist es häufig vorteilhaft, um viele Aspekte der Beispielvorbereitung zu automatisieren. Die Probe kann besser bewahrt werden, und die Ergebnisse sind viel leichter zu wiederholen. Beide dieser Vorteile sind in der Prüfung von Situationen wichtig, die später gerichtliches Vorgehen, wie diejenigen einschließen können, die Rauschgift-Muster einschließen.

Das Messen eines Absorptionsspektrums

Die Methode von Fourier verwandelt sich Spektroskopie kann auch für die Absorptionsspektroskopie verwendet werden. Das primäre Beispiel ist "FTIR Spektroskopie", eine allgemeine Technik in der Chemie.

Im Allgemeinen ist die Absicht der Absorptionsspektroskopie zu messen, wie gut eine Probe absorbiert oder Licht an jeder verschiedenen Wellenlänge übersendet. Obwohl Absorptionsspektroskopie und Emissionsspektroskopie im Prinzip verschieden sind, sind sie nah in der Praxis verbunden; jede Technik für die Emissionsspektroskopie kann auch für die Absorptionsspektroskopie verwendet werden. Erstens wird das Emissionsspektrum einer Breitbandlampe gemessen (das wird das "Hintergrundspektrum" genannt). Zweitens wird das Emissionsspektrum derselben Lampe, die durch die Probe scheint, gemessen (das wird das "Beispielspektrum" genannt). Die Probe wird etwas vom Licht absorbieren, die Spektren veranlassend, verschieden zu sein. Das Verhältnis des "Beispielspektrums" zum "Hintergrundspektrum" ist direkt mit dem Absorptionsspektrum der Probe verbunden.

Entsprechend, die Technik von "Fourier verwandeln sich Spektroskopie" kann beide verwendet werden, um Emissionsspektren (zum Beispiel, das Emissionsspektrum eines Sterns), und die Absorptionsspektren (zum Beispiel, das Absorptionsspektrum eines Glases von Flüssigkeit) zu messen.

Dauernde Welle Michelson oder Fourier gestaltet Spektrographen um

Der Spektrograph von Michelson ist dem im Experiment von Michelson-Morley verwendeten Instrument ähnlich. Das Licht von der Quelle wird in zwei Balken durch einen halbversilberten Spiegel gespalten, einer wird von einem festen Spiegel und ein von einem bewegenden Spiegel widerspiegelt, der eine Verzögerung einführt — verwandelt sich der Fourier Spektrometer ist gerade ein Michelson interferometer mit einem beweglichen Spiegel. Die Balken mischen sich ein, der zeitlichen Kohärenz des Lichtes erlaubend, bei jeder verschiedenen verzögerten Einstellung gemessen zu werden, effektiv den Zeitabschnitt in eine Raumkoordinate umwandelnd. Durch das Bilden von Maßen des Signals an vielen getrennten Positionen des bewegenden Spiegels kann das Spektrum mit einem Fourier wieder aufgebaut werden verwandeln sich der zeitlichen Kohärenz des Lichtes. Spektrographen von Michelson sind zu sehr hohen geisterhaften Entschlossenheitsbeobachtungen von sehr hellen Quellen fähig.

Der Michelson oder Fourier verwandeln sich Spektrograph war für Infrarotanwendungen populär, als Infrarotastronomie nur einzelne Pixel-Entdecker hatte. Darstellende Spektrometer von Michelson sind eine Möglichkeit, aber sind im Allgemeinen durch die Bildaufbereitung von Fabry-Pérot Instrumenten verdrängt worden, die leichter sind zu bauen.

Das Extrahieren des Spektrums

Die Intensität als eine Funktion des Pfad-Länge-Unterschieds (auch angezeigt als Zurückgebliebenheit) im interferometer und wavenumber ist

:

wo das zu bestimmende Spektrum ist. Bemerken Sie, dass es nicht notwendig ist für, durch die Probe vor dem interferometer abgestimmt zu werden. Tatsächlich legen die meisten FTIR Spektrometer die Probe nach dem interferometer im optischen Pfad. Die Gesamtintensität am Entdecker ist

Das ist gerade ein Kosinus von Fourier verwandeln sich. Das Gegenteil gibt uns unser gewünschtes Ergebnis in Bezug auf die gemessene Menge:

Pulsierter Fourier gestaltet Spektrometer um

Ein pulsierter Fourier verwandelt sich Spektrometer verwendet Durchlässigkeitsgrad-Techniken nicht. In der allgemeinsten Beschreibung der pulsierten FT Spektrometrie wird eine Probe zu einem energisch handelnden Ereignis ausgestellt, das eine periodische Antwort verursacht. Die Frequenz der periodischen Antwort, wie geregelt, durch die Feldbedingungen im Spektrometer, ist für die gemessenen Eigenschaften des analyte bezeichnend.

Beispiele von pulsiertem Fourier gestalten Spektrometrie um

In der magnetischen Spektroskopie (EPR, NMR), wird ein RF Puls in einem starken umgebenden magnetischen Feld als das energisch handelnde Ereignis verwendet. Das dreht die magnetischen Partikeln in einem Winkel zum umgebenden Feld, auf Kreisbewegung hinauslaufend. Die kreisenden Drehungen veranlassen dann einen periodischen Strom in einer Entdecker-Rolle. Jede Drehung stellt eine charakteristische Frequenz der Kreisbewegung aus (hinsichtlich der Feldkraft), der Information über den analyte offenbart.

In Fourier gestalten Massenspektrometrie um, das energisch handelnde Ereignis ist die Einspritzung der beladenen Probe ins starke elektromagnetische Feld eines Zyklotrons. Diese Partikeln reisen in Kreisen, einen Strom in einer gehefteten Rolle auf einem Punkt in ihrem Kreis veranlassend. Jede Reisen-Partikel stellt ein charakteristisches Zyklotron-Frequenzfeld-Verhältnis aus, das die Massen in der Probe offenbart.

Freier Induktionszerfall

Pulsierte FT Spektrometrie gibt den Vorteil, ein einzelnes, zeitabhängiges Maß zu verlangen, das leicht deconvolute eine Reihe ähnlicher, aber verschiedener Signale kann. Das resultierende zerlegbare Signal, wird einen freien Induktionszerfall genannt, weil normalerweise das Signal wegen Inhomogenitäten in der Beispielfrequenz oder einfach unwiedergutzumachenden Verlustes des Signals wegen des entropic Verlustes des Eigentums verfallen wird, das wird misst.

Stationäre Formen von Fourier gestalten Spektrometer um

Zusätzlich zu den Abtastungsformen von Fourier gestalten Spektrometer um, es gibt mehrere stationäre oder selbstgescannte Formen. Während die Analyse der interferometric Produktion dieser der typischen Abtastung interferometer ähnlich ist, gelten bedeutende Unterschiede, wie gezeigt, in den veröffentlichten Analysen. Einige stationäre Formen behalten Fellgett Mehrfachvorteil, und ihr Gebrauch im geisterhaften Gebiet, wo Entdecker-Geräuschgrenzen gelten, ist den Abtastungsformen des FTS ähnlich. Im beschränkten Gebiet des Foton-Geräusches wird die Anwendung stationären interferometers durch die spezifische Rücksicht für das geisterhafte Gebiet und die Anwendung diktiert.

Vorteil von Fellgett

Einer der wichtigsten Vorteile von Fourier verwandelt sich Spektroskopie wurde von P.B. Fellgett, einem frühen Verfechter der Methode gezeigt. Der Vorteil von Fellgett, auch bekannt als der Mehrfachgrundsatz, stellen fest, dass, wenn es ein Spektrum erhält, wenn Maß-Geräusch durch das Entdecker-Geräusch beherrscht wird (der der Macht des Strahlenereignisses auf dem Entdecker unabhängig ist), sich ein Mehrfachspektrometer wie ein Fourier verwandelt, wird Spektrometer eine Verhältnisverbesserung im Verhältnis des Signals zum Geräusch, im Vergleich zu einer gleichwertigen Abtastung monochromator der Ordnung der Quadratwurzel der M erzeugen, wo M die Zahl von Beispielpunkten ist, die das Spektrum umfassen. Jedoch, wenn der Entdecker beherrschtes Geräusch geschossen wird, wird das Geräusch zur Quadratwurzel der Macht so für ein breites Frachtwaggon-Spektrum proportional sein (dauernde Breitbandquelle), das Geräusch ist zur Quadratwurzel der M proportional, gleichen Sie so genau den Vorteil von Fellgett aus. Schuss-Geräusch ist der Hauptgrund, den Fourier Umgestaltet, war Spektrometrie für UV und sichtbares Spektrum nie populär.

Das Umwandeln von Spektren vom Zeitabschnitt bis Frequenzgebiet

:

</Mathematik>

Die Summe wird über alle beitragenden Frequenzen durchgeführt, um ein Signal S (t) im Zeitabschnitt zu geben.

gibt Nichtnullwert, wenn S (t) einen Bestandteil enthält, der die schwingende Funktion vergleicht.

Erinnern Sie sich daran

Siehe auch

• Angewandte Spektroskopie
• Forensische Chemie
• Forensische Polymer-Technik
• Kernkernspinresonanz
• Infrarotspektroskopie
• Infrarotspektroskopie von Metall carbonyls

Links

• Beschreibung dessen, wie ein Fourier Spektrometer-Arbeiten umgestaltet
• Der Michelson oder Fourier gestalten Spektrographen um
• Die Internetzeitschrift der Schwingspektroskopie - Wie FTIR arbeitet
• Fourier gestaltet Spektroskopie aktuelles Versammlungs- und Tischplatte-Ausstellungsstück um