4-2傅里叶变换光谱
近代物理实验4-2 傅里叶变换光谱
从上式我们看到，单色光的干涉图函数包含一
个直流分量和一个余弦函数分量，余弦函数分量的
周期就是单色光的波长。
若光源发出的不是单色光，而是含有多种光谱
成分的混合光，光强随波长的分布是I(σ)，在光谱间
隔dσ内光强是I(σ)dσ。将此光源发出的光分成强度
相同的两束，相互干涉后光强是 （2）
器输出中的变化部分，就得到了干涉光强随光程差 的变化曲线，称为干涉图函数。这样，在获得干涉
图之后，只要算出干涉图的傅里叶余弦变换，即可
得到光源的光谱分布，如此得到的光谱称为傅里叶 变换光谱，这样的光谱技术称为傅立叶变换光谱技 术。
整理课件
根据光波叠加原理，若有两束单色光，他们的
波数都是σ，传播方向和偏振方向相同，光强都是 I’，两光束之间光程差为△，这两束光相互叠加产整理课件ຫໍສະໝຸດ 傅里叶变换光谱实验方啸
实验目的
自组傅立叶变换光谱仪 测量常用光源的光谱分布
整理课件
整理课件
实验原理
傅里叶变换光谱仪是基于迈克尔逊干涉仪结构
的。在迈克尔逊干涉仪中，连续地移动其中的一个
反射镜（称之为动镜），干涉仪产生的两束相干光
的光程差发生连续改变，干涉光强就会相应发生改 变，若在改变光程差的同时，同时记录下光强接收
傅立叶变换光谱实验装置示意图
6
9
5
10
13
整理课件
7 8
4
3
12
2
高精度ADC
单片
3
机
1
11
高精度ADC 电机反馈控制
1被测光源 2氦氖激光器 3反射镜 4分束镜 5补偿镜 6反
射镜M1 7反射镜M2 8力矩电机 9聚光镜 10光电倍增管 11 光电二极管 12测量控制单元 13计算机
傅里叶变换红外光谱仪分光原理
傅里叶变换红外光谱仪分光原理傅里叶变换红外光谱仪是一种常用的分析仪器，可以用于研究物质的结构和性质。
它通过测量物质对红外光的吸收和散射来获取物质的光谱信息。
傅里叶变换红外光谱仪的分光原理是基于傅里叶变换的原理，我们将从以下几个方面来详细介绍。
首先，我们需要了解红外光谱的基本知识。
红外光谱是指物质在红外波段的吸收光谱，红外光谱的波长范围通常从0.8微米到300微米。
物质分子在红外波段的振动会导致红外光的吸收和散射，因此，通过分析红外光谱可以获取物质的振动信息，从而研究物质的结构和性质。
傅里叶变换是一种将函数从时间域转换到频率域的数学工具。
傅里叶变换的原理是将一个信号分解成一系列的正弦或余弦函数（即正交函数），然后通过求和来重构原始信号。
在光谱分析中，利用傅里叶变换可以将时间域的信号转换为频率域的谱线，从而分析信号的频谱特征。
1.光源：傅里叶变换红外光谱仪一般采用红外光源，如热电偶或黑体辐射源，发出宽频谱的红外光。
2.选择器：光源发出的红外光经过选择器，选择器可以通过调整波长或波数来选择需要测量的光谱范围。
3.样品室：选取一定数量的样品，将样品放入样品室进行测量。
样品室通常由两块透明窗口组成，样品通过窗口与光交互。
4.分光器：分光器是傅里叶变换红外光谱仪的核心部件，它将从样品室中传出的光分解成不同频率的光，并通过光学元件收集光信号。
5.探测器：分光器分解的光信号通过光学元件聚焦到探测器上，探测器将光信号转换为电信号。
6.数据采集与处理：探测器输出的电信号经过放大和滤波等处理后，进入数据采集系统，然后进行傅里叶变换，将电信号转换为频谱信号。
通过以上步骤，我们可以得到样品的红外光谱信息。
傅里叶变换红外光谱仪在实际应用中，一般采用单束测量模式或双束测量模式。
单束测量模式可以进行实时测量，双束测量模式则可以消除光源的不稳定性等因素对测量结果的影响。
总之，傅里叶变换红外光谱仪利用傅里叶变换的原理，将物质对红外光的吸收和散射转换为频谱信号，从而获取物质的红外光谱信息。
傅里叶变换红外光谱操作使用说明书解析
Nicolet 670 FTIR傅里叶变换红外光谱操作使用说明书注意事项:1．保持测试环境的干燥和清洁。
2．不可在计算机上进行与实验无关的操作。
3．拷贝数据请使用新软盘。
4．认真填写实验记录、红外光谱基本原理红外光谱(Infrared Spectrometry IR)又称为振动转动光谱，是一种分子吸收光谱。
当分子受到红外光的辐射，产生振动能级(同时伴随转动能级)的跃迁，在振动(转动) 时伴有偶极矩改变者就吸收红外光子，形成红外吸收光谱。
用红外光谱法可进行物质的定性和定量分析(以定性分析为主)，从分子的特征吸收可以鉴定化合物的分子结构。
傅里叶变换红外光谱仪(简称FTIR)和其它类型红外光谱仪一样，都是用来获得物质的红外吸收光谱，但测定原理有所不同。
在色散型红外光谱仪中，光源发出的光先照射试样，而后再经分光器(光栅或棱镜)分成单色光，由检测器检测后获得吸收光谱。
但在傅里叶变换红外光谱仪中，首先是把光源发出的光经迈克尔逊干涉仪变成干涉光，再让干涉光照射样品，经检测器获得干涉图，由计算机把干涉图进行傅里叶变换而得到吸收光谱。
红外光谱根据不同的波数范围分为近红外区( 13330-4000 cm-)、中红外区(4000-650 cm-)和远红外区(650-10 cm-)。
Nicolet 670 FTIR光谱仪提供中红外区的分测试。
、试样的制备1.对试样的要求(1)试样应是单一组分的纯物质；(2)试样中不应含有游离水；(3)试样的浓度或测试厚度应合适。
2 •制样方法(1)气态试样使用气体池，先将池内空气抽走，然后吸入待测气体试样。
(2)液体试样常用的方法有液膜法和液体池法。
液膜法：沸点较高的试样，可直接滴在两片KBr盐片之间形成液膜进行测试。
取两片KBr盐片，用丙酮棉花清洗其表面并晾干。
在一盐片上滴1滴试样，另一盐片压于其上，装入到可拆式液体样品测试架中进行测定。
扫描完毕，取出盐片，用丙酮棉花清洁干净后，放回保干器内保存。
第四章 傅里叶红外光谱
4
10 ―――波数（cm-1）
―――波长 (µm)
(11)
1 2 )
4.2 润滑油的傅里叶红外光谱分析
4.2.2 红外光谱定量分析原理
分子基团对红Biblioteka 辐射的特征吸收是进行定量分析的基础
样品的吸光性通过分光计进行间接的测量
红外光照射样品后到达分光检测器的光强 强度 之比称为透过率 ，即：
子基团的特征吸收谱带也叫特征峰。吸收谱带极大值的波数位置 称为特征频率。进行基团定性时，是根据基团特征吸收峰来判断 基团的存在与否
(10)
4.2 润滑油的傅里叶红外光谱分析
波数是红外吸收光谱图横坐标常用的物理量之一，单位为cm-1。它 是描述红外线振动特性的物理量。波数与波长的换算关系是：
式中：
(22)
4.3 在用油红外光谱参数的识别
通常表征润滑油硝化的峰位在～1630 cm-1附近；典型值则为20A·cm-1，高值 ＞40 A·cm-1
图为新油和深度硝化在用油的红外光谱 对比（上谱线为深度硝化在用油，下谱 线为新油），硝化深度的急剧增加，意 味着因高温和燃烧条件恶化而生成了大 量的氮氧化物
(3)
4.1 傅里叶红外光谱仪法
4.1.1 傅里叶红外光谱仪的工作原理 红外光谱仪（FT-IR）主要由红外光源、 吸收池、分光系统、检测 系统等几部分组成 检测时，从光源发出的红外光，经过迈克尔逊干涉仪变成干涉光 （消除杂光），再让干涉光经过样品，到探测器，探测器检测到透 过油样的红外线强度，并将其转换成与油样成分、含量相对应的电 压值，然后利用计算机系统把干涉图进行数字变换，最后得到光谱 图 FT－IR光谱仪的核心光学部件为迈科尔逊干涉仪，干涉仪的使用， 提高了红外光谱仪的灵敏度和准确性
简述傅里叶变换红外光谱仪的工作原理
简述傅里叶变换红外光谱仪的工作原理
傅里叶变换红外光谱仪是一种常用于分析物质分子结构的仪器。
它利用傅里叶变换原理将红外辐射信号从时域转换到频域，从而获得样品的红外光谱信息。
傅里叶变换红外光谱仪的工作原理如下：
1. 光源：仪器使用一种持续发射的红外光源，通常是一个白炽灯或者一束导纳红外光。
2. 分束器：将光源发出的光分成两束，其中一束穿过样品（称为透射光），另一束不经过样品（称为参比光）。
3. 干涉仪：透射光和参比光分别进入干涉仪，其中干涉仪包含两个非平行的光路，透射光和参比光会在干涉仪中形成干涉，产生干涉信号。
4. 探测器：干涉信号通过探测器转换为电信号，并经过放大和滤波处理。
5. 数据处理：得到的电信号经过傅里叶变换，将时域信号转换为频域信号，得到样品的红外光谱信息。
这种数据处理方法能够将光谱中不同波数的特征峰分开，使得样品的各种化学成分能够被准确地鉴定和定量分析。
傅里叶变换红外光谱仪能够在红外光谱范围内扫描不同的波数，从而获得样品特征峰的信息，用于判断化学键的种类和结构、
功能团的存在与数量等。
通过分析红外光谱，可以实现对物质分子结构和化学性质的研究和分析。
傅里叶红外变换光谱仪原理
傅里叶红外变换光谱仪原理
傅里叶红外变换光谱仪是一种常用的分析仪器，其原理主要包括以下几个方面：
1. 原理概述
傅里叶红外变换光谱仪是通过光谱学原理，利用物质与红外辐射相互作用产生光谱信号，再对光谱信号进行傅里叶变换，得到样品的光谱信息。
光谱信息反映了样品分子振动、转动等信息，通过对光谱信息进行解析，可以得到样品的化学组成和结构信息。
2. 仪器构成
傅里叶红外变换光谱仪主要由光源、样品室、光谱仪和数据处理系统四部分组成。
光源一般采用的是红外线灯，可以产生连续光谱；样品室用于放置样品，一般为气体室或光学窗室；光谱仪则由分束器、光栅、检测器等光学元件组成，用于分析产生的光谱信号；数据处理系统则主要用于傅里叶变换和数据分析。
3. 傅里叶变换的原理
傅里叶变换是一种数学方法，可以将时域信号转换为频域信号。
在傅里叶红外光谱分析中，物质吸收光谱信号是一个时域信号，通过傅里叶变换，可以将时域信号转换为频域信号，得到光谱信息。
4. 样品的光谱特性
样品的光谱特性是傅里叶红外光谱分析的关键。
样品的光谱特性与其化学组成和结构密切相关，不同样品的光谱特性也不同。
在样品与红外辐射相互作用时，样品中的化学键会发生振动和转动，产生一系列特征峰。
这些特征峰的位置、形状和强度可以反映样品的化学组成和结构信息。
5. 应用领域
傅里叶红外变换光谱仪广泛应用于化学、制药、食品、农业、环保、材料科学等领域。
它可以用来检测和分析无机物、有机物和生物物质等，还可以用来研究样品的结构和反应机理，为相关领域的研究和应用提供了有力的工具。
傅里叶变换红外光谱(ftir)
傅里叶变换红外光谱（FTIR）是一种广泛应用于化学、生物学和材料科学领域的分析技术。
它利用样品对红外光的吸收和散射来确定样品的化学成分和结构。
傅里叶变换红外光谱分析的过程涉及到复杂的光学原理和数学算法，其深度和广度远超一般人的想象。
让我们从简单的红外光谱开始。
红外光谱是指物质在接受红外辐射后发生的吸收、透射或反射现象。
这些现象与物质的分子运动和振动有关，因此可以通过观察红外光谱图来了解物质的分子结构、功能团及化学键等信息。
红外光谱是一种非常有用的分析手段，能够对各种物质进行快速、无损的分析，因此在化学、材料科学、生命科学等领域被广泛应用。
我们可以深入了解傅里叶变换红外光谱。
傅里叶变换（FT）是一种数学方法，用于将信号在时域和频域之间进行转换。
在傅里叶变换红外光谱中，FT将时间域的红外光谱信号转换为频率域的光谱信息，从而能够更准确地分析样品的化学成分和结构。
傅里叶变换的原理和算法需要深入的数学和物理知识来支撑，通过FTIR技术获得的光谱数据也需要复杂的数据处理和解释。
让我们讨论FTIR在化学和材料科学中的应用。
FTIR技术可以用于分析化合物的官能团、结构和构象，从而在有机化学合成、聚合物材料研究、医药化学等领域发挥重要作用。
FTIR还可以用于检测样品的纯度、鉴定杂质和表征材料的特性，因此在材料科学、制药工业、环境监测等领域有着广泛的应用价值。
我想共享一下我对FTIR的个人观点和理解。
作为一种高级的红外光谱分析技术，FTIR需要掌握复杂的原理和操作技巧，但其所获得的化学信息和结构信息也是非常丰富和准确的。
在我看来，FTIR不仅是一种分析手段，更是一种深入探索物质本质的工具，它的应用范围和研究意义将会越来越广泛，对于推动化学和材料科学的发展将会发挥重要作用。
总结而言，傅里叶变换红外光谱（FTIR）作为一种高级的分析技术，其深度和广度远超一般的红外光谱分析，需要深入的理论基础和实践技能来支撑。
通过FTIR技术可以获得大量的化学和结构信息，对于化学、材料科学和生命科学领域具有重要的应用价值。
傅里叶变换红外光谱的工作原理
傅里叶变换红外光谱的工作原理傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，FTIR）是一种常见的分析技术，主要用于无机和有机化合物的结构分析。
该技术是通过对样品的红外辐射的吸收特性进行观察和分析，来确定样品中的化学组成和分子结构。
本文将详细介绍傅里叶变换红外光谱的工作原理，并讨论其在实际应用中的优势和局限性。
傅里叶变换红外光谱技术基于一个基本原理，即不同物质在不同的频率下对红外光的吸收具有特异性。
通过观测和分析样品吸收红外辐射的能力，可以推断出样品的结构和成分。
傅里叶变换红外光谱技术通常采用的是喇曼预扫描技术，其步骤包括样品的制备和加热，以及光谱图的记录和处理。
光谱数据可以在红外光谱计中以数字信号的形式记录下来，从而可以进行定量分析和结构识别。
在傅里叶变换红外光谱中，样品被放在红外光源和检测器之间的路径上，通过光学元件来聚焦和分散样品的红外辐射。
光谱计记录样品在不同频率下的红外光谱，然后使用傅里叶变换将这些数据转换成一个时间域信号，该信号表示了样品吸收红外辐射的强度与频率的关系。
傅里叶变换红外光谱中用到的红外光谱区域包括近红外光谱、中红外光谱和远红外光谱。
中红外光谱区间是最常用的光谱区间，因为它与有机化合物和其他常见化学物质的振动频率相对应。
1. 偏光方向光学元件在分散和聚焦样品的红外辐射时，会有一个偏光方向。
这个方向控制了检测器在样品中获得的光谱信号。
2. 能量源傅里叶变换红外光谱仪使用各种稳定且可靠的红外光源，包括铟钨灯、格氏棒和钨丝灯。
这些光源都能以一定的稳定频率发出可靠的光谱信号。
3. 检测器傅里叶变换红外光谱常用的检测器有热电偶和半导体检测器两种，用于记录光谱信号和电流输出。
4. 延迟面镜延迟面镜将样品的光谱信号从衰减或光学相移中恢复，同时可以提高光谱计的性能，对于高精度的谱线位置和强度测量是必不可少的。
5. 反射方式和透射方式在傅里叶变换红外光谱技术中，还可以通过透射方式和反射方式对样品进行测量。
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一、背景知识 二、实验目的 三、实验原理 四、实验内容及方案 五、参考文献
OUTLINE
傅里叶变换光谱实验的特点： 1.傅里叶变换光谱技术是一项已获得了广泛的应用并且仍在飞速发展的技 术，是光谱学中三种主要的分光手段之一，具有高精确度、多通道、高通 量、宽光谱范围以及结构紧凑等优势，不仅在光源较弱的红外光谱区占据 了统治地位，同时在其他光波段，如紫外、真空紫外波段，高精度、高分 辨率、小型化的傅里叶变换光谱仪较之体积和重量庞大的光栅光谱仪在应 用上更为便利，在今天仍是人们研究的热点。
I c I ( )d c I ( ) cos(2 ) d
0
I ( ) c I ( ) co s( 2 ) d
0
三、实验原理
由傅里叶余弦变换，有
I ( ) c ' I ( ) co s( 2 ) d
0
迈克尔逊干涉仪光路图
三、实验原理
根据光波叠加原理，若有两束单色光，他们的波数都是σ，传播方向和 偏振方向相同，光强都是I’，两光束间光程差为Δ，两束光相互叠加产生干 涉，得到的光强为：
I 4 I ' cos 2 ( ) 2 I ' 2 I ' cos(2)
若光源不是单色光，整个光谱范围内的干涉总光强为： 可得：
三、实验原理
四、实验内容及方案
实验基本过程： 1、首先利用激光调整迈克尔逊干涉仪，调出光的干涉条纹； 2、利用钨丝灯调出白光的干涉条纹，目的是找出光程差为零的位置； 3、去掉白光灯，放入被测光源，调整干涉条纹的方向和宽度； 4、调整参考激光光路，尽量减少两光路之间的相互影响； 5、调整电机转速，连接计算机，开始采集数据； 6、进行数据处理和傅里叶变换，输出光谱。
一、背景知识
2.傅里叶变换光谱仪是综合运用机械学、光学、电子学、计算机学、数学等 多个学科知识的一个良好范例。 3.傅里叶变换光谱实验的实验结果的获得不是直接测量出来的，而是通过傅 里叶变换，从空间域变换到频率域通过数学计算的方法得到的，这种方法 在当今的信息处理技术中具有广泛的应用。
一、背景知识
因此，只要测出相干光束的干涉光强随光程差变化的干涉图函数曲线， 进行傅里叶变换计算，就可以得到相干光束的光谱分布。 光程差测量范围大小决定了傅里叶变换光谱的光谱分辨率。光程差的采 样间隔的大小决定了傅里叶变换光谱的光谱范围。如何实现高精度的等光 程差，采样间隔的选取是本实验的关键。
三、实验原理
提高精度思路: 用一个精密电机带动迈克尔逊干涉仪的细调手轮，让其动镜匀速移动， 从而以恒定速度改变光程差。用光电接收器接收光强信号，得到干涉光强 随时间变化的曲线。再用已知波长的单色光测出动镜移动的速度，就可以 得到干涉光强随光程差的变化曲线。 动镜移动速度会有波动，为此加入一条辅助标定光路：引入一个已知波 长的光源，让其通过光路，比较单色光干涉图函数曲线的疏密分布，推算 出光程差随时间改变的曲线。
四、实验内容及方案
（一）迈克尔逊干涉仪的调整 首先在透镜前放一个白屏，激光束打在分束镜上，调节平面镜背面的调 节螺丝，使白屏上的两个光点重合； 加入扩束镜，则可在白屏上看到干涉条纹。调节干涉仪的细调手轮和 M1下方的细调螺旋，调出圆弧状的等倾干涉条纹 ，旋动手轮，找到干涉条 纹向中心收缩的方向（中心区域变大），即为光程差减小的方向； 然后利用白光找到光程差为零的位置。现象是中心是暗条纹，两边是彩 色条纹。消除回程差。 （二）光谱测量 去掉白光灯，放入被测光源；调整参考激光光路，尽量减少两光路之 间的相互影响；连接计算机，打开数据采集软件，进行干涉图曲线采集； 采集完成后，进行数据处理和快速傅里叶变换，最后打印光谱图。
四、实验内容及方案
1、吕斯桦，朱印康主编。近代物理实验技术1。高等教育出版社，1991 2、母国光，战元龄等。光学。高等教育出版社，1979
REFERENCE
谢谢观看！
1.自组傅里叶变换光谱仪。 2.测量常用光源的光谱分布。
二、实验目的
多数傅里叶变换光谱仪是基于迈克尔逊干涉仪结构。
连续移动其中一个反射镜（动镜），干涉仪产生的两 束相干光的光程差发生连续改变，干涉光强就会相应发生 改变。若在改变光程差的同时，记录下光强接收器输出中 的变化部分，就得到了干涉光强随光程差的变化曲线，称 为干涉图函数。这样，在获得干涉图之后，只要算出干涉 图的傅立叶余弦变换，即可得到光源的光谱分布，如此得 到的光谱称为傅里叶变换光谱，这样的光谱技术称为傅里 叶变换光谱技术。