19、步进扫描傅里叶变换红外调制光谱仪的原理与应用

步进扫描傅里叶变换红外调制光谱仪的原理与应用

1. 引言

现代傅里叶变换红外（FT - IR）光谱技术是多种技术融合的成果。计算机的出现是FT - IR光谱仪产业兴起的关键因素之一，如今该产业每年仪器销售额达数亿美元，而计算机市场规模远超每年100亿美元。此外，大量生产的气体激光器以及廉价精确的机械加工技术，也对FT - IR光谱仪产业的诞生起到了重要作用。

快速扫描干涉光谱技术由Mertz发明，长期以来，快速扫描干涉仪在市场上占据主导地位，实验文献也大多围绕快速扫描干涉法。然而，对于一些测量，如快速时间分辨的动力学过程测量，以及调制周期短于快速扫描干涉仪扫描时间的调制过程测量，使用步进扫描干涉法更为有利。

调制测量可用于观察受外部扰动而变化的光谱特征，同时忽略不变的光谱特征。在复杂系统中，这种选择性观察特定物种或亚分子特征的方法非常有用。红外调制测量领域仅有约20年历史，近年来在测量速度和信噪比方面有了显著改善。

调制测量可分为两个子集：一是在获取数据时，尽可能保持光程差恒定，常用于快速时间分辨光谱；二是保持平均光程差恒定，对光程差在平均值附近进行调制，即路径差调制、相位调制或内部调制。数据处理和记录方式也可类似划分，光程差恒定时，数据通常记录为时间的显式函数（时间分辨）；光程差或样品调制时，数据通常解调并记录为对调制响应的实部和虚部（相位分辨）。

2. 仪器与工作原理

2.1 干涉仪的目的与扫描方式

干涉仪在傅里叶变换光谱仪中的作用是调制红外辐射强度或光信号。最常见的干涉仪是迈克尔逊干涉仪，其干涉调制是一种光谱复用技术，可同时测量所有波长辐射的强度，调制产生的强度图案称为干涉图。干涉图由一