фурье-спектроскопия
ФУРЬЕ-СПЕКТРОСКОПИЯ (фурье-спектрометрия, ФС)
метод оптич. спектроскопии, в котором спектр получают в результате фурье-преобразования т. наз. интерферограммы исследуемого излучения. Интерферограмма зависит от оптич. разности хода двух лучей и представляет собой Фурье-образ спектра, т. е. функции распределения энергии излучения по частотам.
Прибором для ФС служит фурье-спектрометр (рис.), основная часть которого — интерферометр Майкельсона (изобретен А. Майкельсоном в 1880). Интерферометр содержит два взаимно перпендикулярных зеркала — неподвижное 1 и подвижное 2 и полупрозрачную светоделительную пластину 3, расположенную в месте пересечения падающих пучков излучения и пучков, отраженных от обоих зеркал. Пучок излучения от источника 4, попадая на пластину 3, разделяется на два пучка. Один из них направляется на неподвижное зеркало 1, второй — на подвижное зеркало 2; затем оба пучка, отразившись от зеркал, выходят через светоделитель из интерферометра в одном и том же направлении. Далее излучение фокусируется на образце 5 и поступает на детектор излучения 6. Два пучка отличаются друг от друга оптич. разностью хода, величина которой меняется в зависимости от положения подвижного зеркала. В результате интерференции пучков интенсивность результирующего потока I(х)периодически меняется (модулируется). Частота модуляции зависит от частоты падающего излучения v и смещения подвижного зеркала х. В результирующей интерферограмме выделяется т. наз. точка нулевой разности хода, или точка белого света. В этой точке для всех частот наблюдается максимум; от нее ведут отсчет смещения подвижного зеркала. Для градуировки перемещений последнего часто используют интерферограмму монохро-матич. излучения от лазера (обычно на основе Не — Ne), введенного в фурье-спектрометр.
Рис. Оптическая схема фурье-спектрометра: 1 — неподвижное зеркало интерферометра; 2 — подвижное зеркало; 3 — светоделительная пластина; 4 — источник излучения; 5 — исследуемый образец; 6 — детектор излучения.
При поглощении образцом излучения с к.-л. частотой наблюдается уменьшение интенсивности интерферограммы, соответствующей этой частоте. После проведения фурье-преобразования в полученном спектре наблюдается полоса поглощения образца. Преобразование Фурье осуществляют на ЭВМ.
Быстрое развитие и широкое применение ФС обусловлены рядом преимуществ фурье-спектрометра по сравнению с дисперсионными приборами. T. наз. выигрыш Фелжета, или мультиплекс-фактор, связан с тем, что любая точка интерферограммы содержит информацию о всей исследуемой спектральной области. На детектор в каждый момент поступают сигналы, соответствующие всем частотам. За одно сканирование (за время t1) регистрируется спектр с таким же отношением сигнал/шум (S/N)t1, как и для дисперсионного спектрометра (но за время t2 на неск. порядков большее, чем t1). Если для получения спектра на фурье-спектрометре затратить время t2, то отношение сигнал/шум возрастает во много раз в соответствии с уравнением
Наличие ЭВМ позволяет кроме вычисления спектра производить и др. операции по обработке полученных эксперим. данных, осуществлять управление и контроль за работой самого прибора.
Имеются фурье-спектрометры для получения спектров в разл. областях — от неск. см−1 до десятков тыс. см−1, в т. ч. спектров комбинац. рассеяния. На ИК фурье-спектрометрах достигнуто разрешение до 1,3∙10−4 см−1, точность определения волнового числа до 10−4 см−1. Созданы приборы для видимой и УФ областей, на которых получают, в частности, эмиссионные спектры ряда элементов (U, Np, Pd, Но и др.) с воспроизводимостью волновых чисел b2∙10−6 см−1 при (S/N)>103. Чувствительность аналит. определений на фурье-спектрометре обычно в 100–1000 раз выше, производительность в сотни раз больше, погрешности измерений на порядок меньше, чем в случае использования дисперсионных приборов. Пределы обнаружения ряда веществ достигают долей нг, а использование микроскопа позволяет анализировать включения в образцах размерами 1Ox 10 мкм2. С помощью ФС можно изучать кинетику реакций, протекающих за время ок. 1 мс.
Лит.: Инфракрасная спектроскопия высокого разрешения, пер. с англ., М., 1972; Белл Р.Дж., Введение в Фурье-спектроскопию, пер. с англ., М., 1975; Смит А., Прикладная ИК-спектроскопия, пер. с англ., М., 1982.
Э. Г. Тетерин
Химическая энциклопедия