23、远红外光谱仪器：原理、组件与应用

远红外光谱仪器：原理、组件与应用

1 远红外光谱测量的光源

远红外（FIR）光谱测量比中红外（MIR）或近红外（NIR）光谱测量困难得多，主要原因在于光源较弱。例如，1400K 的黑体在 10 cm⁻¹ 处的光谱能量密度比 1000 cm⁻¹ 处弱近 5800 倍，在 100 cm⁻¹ 处弱约 60 倍。由于 MIR 或 FIR 光谱测量的灵敏度与光源的光谱能量密度成正比，因此 FIR 光源应尽可能热且发射率接近 1。

不同波段适用的光源如下：
- 400 - 100 cm⁻¹ ：碳化硅（Globar®）光源发射的辐射功率与任何传统红外光源一样高。虽然能斯特灯可以在比 Globar 更高的温度下工作，但在约 200 cm⁻¹ 以下它们变得相当透明，发射率下降，因此不太适合作为 FIR 光源。
- 低于 100 cm⁻¹ ：通常使用高压汞灯进行测量。汞灯在 FIR 光谱测量中表现出色，是因为等离子体的发射增强了灯的热石英外壳的发射。然而，汞灯存在明显的闪烁噪声，即使能量较好，信噪比（S/N）可能也不理想。
- 同步辐射源 ：在 FIR 中的辐射亮度比上述任何光源高出多达三个数量级。从获得最高光子通量的角度来看，同步辐射源是 FIR 辐射的最佳来源。但它有两个重要缺点，即需要获得“束流时间”，并且实验必须转移到同步辐射源处进行。

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光源类型	适用波段（cm⁻¹）	优点	缺点