43、利用干涉仪实现快速时间分辨中红外光谱技术

利用干涉仪实现快速时间分辨中红外光谱技术

1. 引言

自20世纪80年代以来，快速时间分辨中红外（MIR）光谱技术不断发展，为研究动态系统中的瞬态化学物质提供了有效工具。该技术备受关注，原因在于红外（IR）吸收具有普遍性，MIR光谱蕴含丰富的分子结构信息，且振动运动的时间尺度较快（与核磁共振时间尺度相比）。在时间分辨研究中引入干涉光谱仪，可在宽光谱范围内同时监测多个振动频率。借助这一工具，能够测量和表征配体结合与解离、蛋白质折叠、光循环、反应动力学和激发态电子结构等众多动态化学现象。多年来，该领域的研究重点一直是提高宽带高分辨率光谱的采集速度。

时间分辨MIR光谱研究的时间范围从分钟到飞秒不等。不同的时间区域由特定的时间分辨红外（TRIR）技术主导，各技术在边界处存在相当大的重叠，其中干涉技术在动态光谱的大部分区域占据主导地位。每种技术在特定时间区域的优势取决于其最大时间分辨率、灵敏度、光谱范围、成本和易用性。

尽管一些基于激光的TRIR方法（单频和连续谱生成方法）具有极高的时间分辨率，但傅里叶变换干涉时间分辨红外（FT - TRIR）技术在光谱带宽、分辨率和灵敏度方面具有明显优势。使用干涉仪对光谱特征进行编码，还能为TRIR实验带来诸多额外益处。傅里叶变换红外（FT - IR）光谱学的多路复用（费尔盖特）、通量（雅奎诺）和配准（康尼斯）优势，使色散仪器在静态测量中几乎被完全取代，这些优势在时间分辨光谱（TRS）应用中同样存在。目前，实用宽带MIR探测器的上升时间限制在约1 ns，因此，目前最快的FT - TRIR技术的时间上限也在此范围内。不过，脉冲异步采样技术有望将这一限制提高几个数量级，从而在时间分辨率这一激光技术最具优势的领域对其构成更大挑战。

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