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傅里叶红外光谱仪主要性能指标是什么

傅里叶红外光谱仪主要性能指标主要有以下几个方面:
(1) 分辨率红外光谱分辨率 (resolution,以△v可表示)是指分辨两条相邻吸收谱线的能力,它是由仪器干涉仪动镜的移动距离决定的,根据干涉仪的工作原理,通过光程差的数学计算,分辨率近似等于最大光程差的倒数,也就是动镜移动有效距离2倍的倒数,例如一台仪器的动镜移动有效距离为4cm,这台仪器的最大分辨率为0.125cm-1。动镜移动有效距离越长,分辨率越高,分辨率的数值越小。用于一般分析时,选用4cm-1即可。
分辨率是FTIR仪非常重要的性能指标,分辨率越高,仪器越贵。JJG (教委)。001—1996《傅里叶变换红外光谱仪检定规程》按分辨率的大小将FTIR仪划分为通用型、分析型、研究型、高级研究型四个等级,如果按较粗略分法,可将其分为研究型 (包括研究型、高级研究型) (包括通用型、分析型)两种,最高分辨率数值小于0.5cm-1 (也有资料以0.25cm-1划分)的属于研究型,反之属于普通型。
研究型仪器最高分辨率是通过测定CO的红外光谱得到的,具体方法为:仪器测试参数选分辨率为仪器最高分辨率,设定光阑于最小状态,光谱测定范围设置为2300~2000cm-1,将10cm长的红外气体池抽真空,测定真空红外气体池的单光束光谱为背景光谱,然后通入CO气体,当压力达4 00~650Pa时,将气体池密封好,测定气体池内CO的红外光谱,选择其中一个独立、对称的吸收峰,测定其半高宽,即为该仪器的最高分辨率。
普通型仪器最高分辨率是通过测定水蒸气的红外光谱得到的,具体方法为:仪器测试参数选分辨率为仪器最高分辨率,设定光阑于最小状态,光谱测定范围设置为2000~1300cm-1,在样品室为空气空白的情况下测定背景的单光束光谱,然后打开样品室,往样品室内吹入一口气,使室内水蒸气浓度增加,关闭样品室,测定此时室内水蒸气样品的红外吸收光谱,选择其中一个独立、对称的吸收峰,测定其半高宽,即为该仪器的最高分辨率。
(2) 波数范围红外光谱分近、中、远红外范围,它们在红外分析工作中的作用有些不同。常用的中红外的波数区间为4000~400cm -1,近红外的波数区间为13000~4000cm-1,远红外的波数区间为400~10cm-1,一台仪器如果配置了近、中、远红外光区的其中一个或全部范围,那么它的工作范围至少应达到这些波数范围,才能符合实际工作需要。波数范围通常可通过背景单光束光谱强度以及100%透过线的测定来判定,如果仪器在某个波数范围内能有效工作 (仪器可测定的波数范围),则其在此波数范围内的背景单光束光谱均应有一定强度,当使用常温检测器时,截止频率的谱峰高与所有谱峰最高值的比值,一般要求大于1:10 (使用红外附件除外),另外在此波数范围的100%透过线应比较平直。
(3) 噪声和信噪比 噪声是指除样品吸收红外光以外其它因素引起检测器电信号变化的噪声信号,包括杂散光、光源强度的变化、环境干扰如振动、电子线路自身等因素引起的噪声。噪声信号是随机变化的,会叠加到吸收光谱信号中,当试样浓度较低、试样的红外吸光度很小,可能与噪声水平接近时,噪声与试样的吸收峰就较难分辨。一般情况下,试样的吸收峰信号是噪声3倍才能辨别。
检测器的噪声与其灵敏度有关,灵敏度越高,噪声越低。不同种类检测器,其噪声的一般水平有所区别,如液氮冷却MCT检测器比DTGS (氘代硫酸三甘肽) 检测器的噪声低,而DTGS (氘代硫酸三甘肽) 检测器比TGS (硫酸三甘肽)检测器的噪声低。噪声水平是衡量检测器质量的重要指标之一。
信噪比 (sirlgnal-to--noise ratio,SNR),顾名思义,就是信号与噪声的比值,也是FTIR仪非常重要的指标。信噪比又分为仪器本身的信噪比和实测光谱的信噪比,仪器本身的信噪比是衡量仪器自身性能高低的主要指标之一,实测光谱的信噪比是指试样吸收峰强度与基线噪声的比值,是利用红外光谱进行化合物实际检测鉴定工作时所应考虑到的干扰因素。
仪器本身信噪比的测定方法可用两种方式表示。
方式一:透射率表示法。以样品室中的空气测定背景的单光束光谱,在相同仪器测试参数条件下,又以样品室中空气作为样品测定样品的单光束光谱,扣除背景的单光束光谱后得样品的红外光谱,转换为透射率光谱(事实上也就是100%线),测量2600~2500cm-1、2200~2100cm-1或2100~2000cm-1区间的峰一峰值N,用100除以N,即得信噪比,即
SNR = 100/N
方式二:吸光度表示法。实验方法同透射率表示法,但以吸收谱表示,同样测量2600~2500cm-1、2200~2100cm-1或2100~2000cm-1区间的峰-峰值,即得仪器自身的噪声。
仪器自身信噪比的测定要在相同参数条件下测试才有可比性,影响信噪比的主要测试参数有扫描时间、分辨率、光通量等,另外仪器自身所配检测器的性能也是影响信噪比的重要因素。信噪比与扫描次数、分辨率数值、光通量成正比,装配灵敏度高、性能较好检测器的仪器信噪比也较高。
实测光谱的信噪比与具体实际工作有关,因此无固定计算方法。在实际测试时,通过增加扫描次数和降低分辨率,可提高实测光谱的信噪比,但会牺牲分辨率,并且延长了测试所用时间。
(4) 波数准确度 利用红外光谱仪对化合物进行红外光谱鉴定,目的是要获得化合物真实的红外吸收位置 (波数),如果红外吸收测定的波数不准确,那么所作的工作就没有意义,甚至导致鉴定结果是错误的,带来严重后果。目前,FTIR仪均采用He-Ne激光参考频率作为基准位置,因此一般来讲其波数是准确的,仪器安装验收时不会有什么问题,但是随着仪器的老化引起性能的下降,有可能引起波数不准确,有必要对仪器进行核查校准。
通过在4cm-1分辨率条件下,测试标准聚苯乙烯薄膜 (0.03mm或38.1μm厚度)的红外吸收谱,比较仪器测试所得结果与聚苯乙烯特征峰标准值的符合程度,评判仪器波数准确度的性能。
生产FTIR仪的公司在供货时一般会提供标准聚苯乙烯薄膜给用户,标准聚苯乙烯薄膜应避光干燥保存。