푸리에 변환 적외선 분광법

Fourier-transform infrared spectroscopy
「FTIR」는 여기서 리다이렉트 됩니다.FTIR는 내부 반사 전체를 나타내는 경우도 있습니다.

푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR)[1]은 고체, 액체 또는 기체의 흡수 또는 방출의 적외선 스펙트럼을 얻기 위해 사용되는 기술입니다.FTIR 분광계는 동시에 넓은 스펙트럼 범위에 걸쳐 고해상도 스펙트럼 데이터를 수집한다.이는 한 번에 좁은 파장 범위에서 강도를 측정하는 분산 분광계에 비해 상당한 이점을 제공합니다.

푸리에 변환 적외선 분광학이라는 용어는 원시 데이터를 실제 스펙트럼으로 변환하기 위해 푸리에 변환(수학적 과정)이 필요하다는 사실에서 유래했습니다.

ATR(감쇠 전체 반사율) 부착 장치가 있는 FTIR 분광계의 예

개념 소개

FTIR 간섭도중심 피크는 ZPD 위치("제로 경로 차이" 또는 제로 지연")에 있으며, 여기서 최대 빛의 양이 간섭계를 통과하여 검출기에 도달합니다.

흡수 분광기법(FTIR, 자외선 가시("UV-vis") 분광법 등)의 목적은 샘플이 각 파장에서 얼마나 많은 빛을 흡수하는지를 측정하는 것이다.이를 위한 가장 간단한 방법인 "분산 분광법" 기술은 샘플에 단색 광선을 비추고, 빛의 양을 측정하고, 각각의 다른 파장에 대해 반복하는 것입니다. (예를 들어, 이것이 일부 UV-vis 분광계가 작동하는 방법입니다.)

푸리에 변환 분광법은 동일한 정보를 얻는 덜 직관적인 방법입니다.이 기술은 샘플에서 단색의 빛 빔(단일 파장으로만 구성된 빔)을 비추는 대신 여러 개의 주파수를 포함하는 빔을 한 번에 비추고 샘플이 흡수하는 빔의 양을 측정합니다.다음으로 빔은 다른 주파수 조합을 포함하도록 수정되어 두 번째 데이터 포인트를 제공합니다.이 프로세스는 짧은 시간 동안 여러 번 빠르게 반복됩니다.그 후, 컴퓨터는 이 모든 데이터를 가져와서 각 파장에서 흡수가 얼마나 되는지 추론하기 위해 역방향으로 작동한다.

위에서 설명한 빔은 측정할 파장의 전체 스펙트럼을 포함하는 광대역 광원으로 시작하여 생성됩니다.이 빛은 Michelson 간섭계(미셸슨 간섭계)를 비춥니다. 미러의 특정 구성 중 하나는 모터에 의해 움직입니다.이 거울이 이동함에 따라 빔의 각 파장은 파장 간섭에 의해 간섭계에 의해 주기적으로 차단, 전송, 차단,서로 다른 파장은 서로 다른 속도로 변조되므로 각 순간 또는 미러 위치에서 간섭계에서 나오는 빔의 스펙트럼이 서로 다릅니다.

전술한 바와 같이, raw data(미러 위치별 광흡수)를 원하는 결과(파장별 광흡수)로 변환하기 위해서는 컴퓨터 처리가 필요하다.필요한 처리는 푸리에 변환이라고 불리는 일반적인 알고리즘으로 판명되었습니다.푸리에 변환은 하나의 도메인(이 경우 미러의 변위(cm))을 역도메인(cm−1)으로 변환합니다.원시 데이터를 "간섭도"라고 합니다.

역사

적외선 스펙트럼을 기록할 수 있는 최초의 저비용 분광 광도계는 [2]1957년에 생산된 Perkin-Elmer Infracord였다.이 계측기는 2.5μm에서 15μm(파장 범위 4,000cm에서−1 660cm−1)의 파장을 커버했습니다.파장 하한은 기본 분자 진동으로 인해 알려진 가장 높은 진동 주파수를 포함하도록 선택되었습니다.상한은 분산 원소가 암염(염화나트륨)의 단결정으로 만들어진 프리즘으로 약 15μm 이상의 파장에서 불투명해지기 때문에 이 스펙트럼 영역은 암염 영역으로 알려지게 되었다.이후 기기는 브롬화칼륨 프리즘을 사용하여 범위를 25μm(400cm−1)로 확장하고 요오드화 세슘 50μm(200cm−1)로 확장했습니다.50μm(200cm−1) 이상의 영역은 원적외선 영역으로 알려지게 되었습니다. 매우 긴 파장에서 마이크로파 영역으로 병합됩니다.원적외선 측정은 이 지역에서 소금 결정이 불투명하기 때문에 분산 요소로서 프리즘을 대체할 정확한 규칙 회절 격자를 개발해야 했습니다.방사선의 에너지가 낮기 때문에 열량계보다 더 민감한 검출기가 필요했다.그 중 하나가 골레이 검출기였다.추가적인 문제는 수증기가 이 지역에서 강력한 순수 회전 스펙트럼을 가지고 있기 때문에 대기 중 수증기를 배제할 필요가 있다는 것이다.원적외선 분광광도계는 번거롭고 느리고 비쌌다.Michelson 간섭계의 장점은 잘 알려져 있었지만, 상업적인 도구를 만들기 전에 상당한 기술적 어려움을 극복해야 했다.또한 필요한 푸리에 변환을 수행하기 위해 전자 컴퓨터가 필요했고, 이것은 1965년에 사용 가능하게 된 PDP-8과 같은 미니컴퓨터가 등장하면서 비로소 실용화 되었다.Digilab은 1969년 세계[1] 최초의 상용 FTIR 분광계(Model FTS-14)를 개척했습니다(Digilab FTIR는 [3][4]Varian으로부터 분광학 사업을 인수한 후 애질런트 기술 분자 제품군의 일부가 되었습니다).

미셸슨 간섭계

주요 기사:미셸슨 간섭계
FTIR용으로 구성된 Michelson 간섭계 개략도

FTIR에 적합한 Michelson 간섭계에서 다색적외선원으로부터의 빛(약 흑체방열기)을 시준하여 빔 스플리터로 향한다.빛의 50%는 고정 미러 쪽으로 굴절되고 50%는 움직이는 미러 쪽으로 전달되는 것이 이상적입니다.빛은 2개의 미러에서 빔 스플리터로 반사되어 원래 빛의 일부가 샘플 컴파트먼트로 전달됩니다.거기서 빛이 샘플에 집중된다.샘플 컴파트먼트를 떠날 때 조명의 초점이 검출기에 다시 맞춰집니다.간섭계에 대한 두 암 간의 광로 길이 차이는 지연 또는 광로 차이(OPD)라고 합니다.간섭도는 지연을 변화시켜 검출기로부터의 신호를 지연의 다양한 값으로 기록함으로써 얻을 수 있다.샘플이 존재하지 않는 경우의 간섭도의 형태는 파장에 따른 소스 강도의 변화 및 스플리터 효율 등의 요인에 따라 달라집니다.그 결과 모든 파장에서 건설적인 간섭이 있을 때 0 지연이 최대가 되고 이어서 일련의 "움직임"이 발생합니다.제로 지연의 위치는 간섭도에서 최대 강도의 지점을 찾아 정확하게 결정됩니다.샘플이 있는 경우 배경 간섭도는 [citation needed]샘플에 흡수 대역이 있는 것으로 변조됩니다.

상용 분광기는 경로 차이를 생성하기 위해 다양한 스캔 메커니즘과 함께 Michelson 간섭계를 사용합니다.이러한 모든 배열의 공통점은 두 빔이 시스템 스캔과 정확히 일치하도록 재결합해야 한다는 것입니다.가장 단순한 시스템에는 하나의 빔의 경로를 변경하기 위해 선형으로 이동하는 평면 거울이 있습니다.이 배열에서는 빔이 재결합할 때 빔이 겹치는 방식에 영향을 미치기 때문에 움직이는 미러가 기울어지거나 흔들리지 않아야 합니다.일부 시스템에는 정렬을 유지하기 위해 미러 한 개의 방향을 자동으로 조정하는 보정 메커니즘이 포함되어 있습니다.평면 거울 대신 큐브 코너 리플렉터를 사용하는 것이 이 문제를 회피하는 방법인데, 큐브 코너 리플렉터는 방향에 관계없이 입사 빔을 평행한 방향으로 되돌리는 특성이 있기 때문이다.

회전 운동으로 경로 차이가 발생하는 간섭계 설계도.

회전 이동에 의해 경로 차이가 발생하는 시스템은 매우 성공적인 것으로 입증되었습니다.하나의 일반적인 시스템은 한 개의 빔에 한 쌍의 평행 미러를 내장하고 있으며, 이 미러를 회전시켜 리턴 빔을 교체하지 않고 경로를 변경할 수 있습니다.다른 하나는 간섭계의 한쪽 팔의 경로가 감소함에 따라 증가하는 이중 진자 설계이다.

전혀 다른 방법으로는 KBr과 같은 IR 투명 재료의 쐐기를 빔 중 하나로 이동하는 방법이 있습니다.굴절률이 공기보다 높기 때문에 빔의 KBr 두께가 커지면 광로가 커집니다.이 접근법의 한 가지 제한은 파장 범위에 걸친 굴절률의 변동으로 파장 보정의 정확도가 제한된다는 것입니다.

간섭도 측정 및 처리

간섭도는 0 경로 차이에서 필요한 분해능에 따라 최대 길이까지 측정해야 합니다.실제로 스캔은 0의 어느 한쪽에 있을 수 있으며 이로 인해 양면 간섭도가 발생합니다.기계적 설계 제한은 가장 높은 분해능의 경우 스캔이 0의 한쪽 면에서만 최대 OPD로 실행됨을 의미할 수 있습니다.

간섭도는 푸리에 변환에 의해 스펙트럼으로 변환됩니다.이를 위해서는 두 빔 사이의 경로 차이에 대해 동일한 간격으로 일련의 값으로 디지털 형식으로 저장해야 합니다.경로 차이를 측정하기 위해 레이저 빔이 간섭계를 통해 전송되어 연속되는 최대값 사이의 간격이 레이저 파장과 동일한 사인파 신호를 생성합니다(일반적으로 633 nm HeNe 레이저 사용).이를 통해 아날로그-디지털 변환기가 트리거되어 레이저 신호가 0을 통과할 때마다 IR 신호를 측정할 수 있습니다.또는 [5]보간으로 판정되는 레이저신호 영교차에 대응하는 지점에서 레이저신호와 IR신호를 IR신호와 동기적으로 측정할 수 있다.이 방법을 사용하면 트리거할 수 있는 변환기보다 정확하고 정확한 아날로그-디지털 변환기를 사용할 수 있으므로 노이즈가 줄어듭니다.

보간법에 의해 레이저 신호의 제로 교차에 대응하는 시간의 간섭도의 값을 구한다.

푸리에 변환의 결과는 일련의 이산 파장에서 신호의 스펙트럼입니다.계산에 사용할 수 있는 파장의 범위는 간섭도의 데이터 포인트 분리에 의해 제한됩니다.인식할 수 있는 최단 파장은 이들 데이터 포인트 간의 간격의 2배입니다.예를 들어 HeNe 기준 레이저의 파장당 1개의 포인트가 0.633μm(1,800cm−1)일 경우 가장 짧은 파장은 1.266μm(7900cm−1)가 됩니다.짧은 파장의 에너지를 앨리어싱하기 때문에 더 긴 파장에서 나오는 것으로 해석되므로 광학적으로나 [clarification needed]전자적으로 최소화해야 합니다.스펙트럼 분해능, 즉 구별할 수 있는 파장 사이의 분리는 최대 OPD에 의해 결정된다.푸리에 변환을 계산할 때 사용되는 파장은 0부터 최대 OPD까지 간섭도의 길이에 정확히 맞는 파장이므로 기여도가 직교하게 됩니다.그 결과 동일한 주파수 간격으로 분리된 점을 가진 스펙트럼이 생성됩니다.

최대 경로차이에 대해 인접한 파장 θ1 및 θ는2 각각 간섭도에서 n 및 (n+1) 사이클을 가진다.대응하는 주파수는 「」와1「」입니다2.

d = n4401 및 d = (n+1)의2 값
= d1/n 및 =d2/(n+1)
ν1 = 1/11,000 및 ν2 = 1/12,000
ν1 = n/d 및2 = (n+1)/d
ν21 - ν = 1/d

분리는 최대 OPD의 역수입니다.예를 들어, 최대 OPD가 2cm이면 0.5cm의−1 간격이 생깁니다.이것은 한 지점의 값이 인접 지점의 값과 독립적이라는 점에서 스펙트럼 분해능이다.대부분의 계측기는 다른 OPD를 선택하여 다른 분해능으로 작동할 수 있습니다.통상적인 분석을 위한 계측기는 일반적으로 약 0−1.5cm의 최적의 분해능을 가지며, 분광기는 최대 OPD 10m에 해당하는 0.001cm의−1 분해능으로 제작되었다.제로 패스 차이에 해당하는 간섭도의 포인트는 일반적으로 최대 신호가 발생하는 지점이라고 가정하여 식별해야 합니다.이 이른바 중심 버스트는 실제 분광계에서 항상 대칭인 것은 아니기 때문에 위상 보정을 계산해야 할 수도 있습니다.간섭도 신호는 경로 차이가 증가함에 따라 감소하며, 감소 속도는 스펙트럼의 특징 폭과 반비례합니다.OPD가 간섭도 신호가 무시할 수 있는 수준으로 감쇠할 수 있을 정도로 크지 않으면 결과 스펙트럼의 특징과 관련된 원치 않는 진동 또는 사이드롭이 발생합니다.이러한 횡포를 줄이기 위해 간섭도는 일반적으로 최대 OPD에서 0에 근접하는 함수에 곱한다.이 이른바 아포디제이션은 사이드롭의 진폭을 감소시키고 분해능을 다소 감소시키지만 노이즈 레벨도 감소시킵니다.

빠른 계산을 위해 간섭도의 포인트 수는 2의 거듭제곱과 같아야 합니다.이를 달성하기 위해 측정된 간섭도에 영점을 추가할 수 있습니다.분해능은 개선되지 않지만 최종 스펙트럼의 외관을 개선하기 위해 제로 채우기라고 불리는 프로세스에서 더 많은 0을 추가할 수 있다.또는 푸리에 변환 후의 보간도 같은 결과를 [citation needed]얻을 수 있다.

이점

스캔(분산)[1] 분광계에 비해 FT 분광계는 세 가지 주요 이점이 있습니다.

  1. 멀티플렉스나 펠겟의 장점.이는 모든 파장의 정보가 동시에 수집되기 때문이다.고정 검출기 소음 기여에 의해 제한된 관측치에 대해 주어진 스캔 시간 동안 신호 대 잡음 비율이 높아진다(일반적으로 광검출기가 생성-재결합 소음에 의해 제한되는 열적외선 스펙트럼 영역에서).m 분해능 요소가 있는 스펙트럼의 경우 이 증가는 m의 제곱근과 같다.또는 특정 해상도에 대해 스캔 시간을 단축할 수 있습니다.실제로 여러 스캔이 평균화되어 신호 대 잡음비가 스캔 횟수의 제곱근만큼 증가하는 경우가 많습니다.
  2. 스루풋 또는 재키노트의 장점.이것은 분산 기구에서 단색기에 통과하는 빛의 양을 제한하는 입구 및 출구 구멍이 있다는 사실에서 비롯됩니다.간섭계 스루풋은 소스로부터 오는 시준된 빔의 직경만으로 결정됩니다.슬릿은 필요하지 않지만 FTIR 분광계는 간섭계에서 콜리메이트된 빔의 수렴을 제한하기 위한 개구부가 필요합니다.이는 패스의 차이가 변화함에 따라 수렴선이 다른 주파수로 변조되기 때문입니다.이러한 개구부를 재퀴노 [1]스톱이라고 합니다.주어진 분해능과 파장에 대해 이 원형 개구부는 슬릿보다 더 많은 빛을 통과시켜 신호 대 잡음 비를 높입니다.
  3. 파장의 정확성 또는 콘의 장점.파장 스케일은 간섭계를 통과하는 알려진 파장의 레이저 빔에 의해 보정됩니다.이것은 스케일이 회절 격자의 기계적 움직임에 따라 달라지는 분산 기구보다 훨씬 안정적이고 정확합니다.실제로 정확도는 분해능에 따라 달라지는 간섭계 빔의 확산에 의해 제한됩니다.

또 다른 작은 장점은 부유광에 대한 감도가 낮다는 것입니다. 즉, 스펙트럼의 다른 파장에 나타나는 한 파장의 방사입니다.분산계기에서는 회절격자 및 우발반사 결함의 결과입니다.FT 계측기에는 간섭계의 변조 주파수에 의해 외관 파장이 결정되므로 직접 등가물이 없습니다.

결의안

간섭도는 길이 치수에 속합니다.푸리에 변환(FT)은 치수를 반전시키므로 간섭도의 FT는 파수의 치수인 역방향 길이 치수([L-1])에 속합니다.cm 단위의 스펙트럼−1 분해능은 cm 단위의 최대 지연의 역수와 같다.따라서 최대 지연이 0.25cm인 경우 4cm의−1 분해능을 얻을 수 있습니다. 이는 보다 저렴한 FTIR 계측기의 전형입니다.최대 지연을 증가시키면 훨씬 더 높은 분해능을 얻을 수 있다.움직이는 거울은 거의 완벽한 직선으로 움직여야 하기 때문에 이것은 쉽지 않다.평면 미러 대신 코너 큐브 미러를 사용하면 광선의 축에 수직인 축을 중심으로 한 미러의 방향과 관계없이 코너 큐브 미러에서 나오는 광선이 들어오는 광선과 평행하기 때문에 유용합니다.1966년 콘스는 금성2 CO의 진동 회전 스펙트럼을 0.1cm−1 [6]분해능으로 기록함으로써 금성 대기의 온도를 측정했다.마이클슨 자신은 간섭계를 [1] p25사용하여 수소 원자의 스펙트럼에 있는 수소α H 방출 대역을 두 가지 성분으로 분해하려고 시도했다.현재 0.001cm−1 분해능의 분광계가 시판되고 있습니다.고해상도 FTIR에서는 스루풋의 이점이 중요합니다.이는 같은 해상도의 분산 기기 내의 흑백 장치는 입구와 출구 슬릿이 매우 좁기 때문입니다.

동기

FTIR은 적외선 흡수 및 방출 스펙트럼을 측정하는 방법입니다.사람들이 적외선 흡수 및 방출 스펙트럼을 측정하는 이유, 즉 물질이 적외선을 흡수하고 방출하는 이유와 방법에 대한 설명은 다음 기사를 참조하십시오.적외선 분광법.

구성 요소들

FTIR 셋업검체는 디텍터 바로 앞에 배치됩니다.

IR 소스

FTIR 분광계는 주로 IR 중간 및 인근 지역의 측정에 사용됩니다.중간 IR 영역인 2-25μm(5,000–400cm−1)의 경우 가장 일반적인 소스는 약 1,200K(930°C; 1,700°F)로 가열된 탄화규소(SiC) 요소입니다(글로바).출력은 흑체와 비슷합니다.근적외선의 파장이 1-2.5μm(10,000~4000cm−1)로 짧을수록 높은 온도원(일반적으로 텅스텐 할로겐 램프)이 필요합니다.이들 장파장 출력은 석영 엔벨로프의 흡수에 의해 약 5μm(2,000cm−1)로 제한됩니다.원적외선, 특히 50μm(200cm−1)를 넘는 파장에서는 수은 방전 램프가 [7]열원보다 높은 출력을 제공합니다.

검출기

근적외선 분광기는 일반적으로 온도 변화에 반응하는 열전 검출기를 사용합니다. 이 열전 검출기는 적외선 방사선의 강도가 다양하기 때문입니다.이러한 검출기의 민감한 요소는 중수소화 트리글리신 황산염(DTGS) 또는 탄탈산 리튬(LiTaO3)입니다.이러한 검출기는 주변 온도에서 작동하며 대부분의 일상적인 용도에 적절한 감도를 제공합니다.최적의 감도를 얻으려면 일반적으로 검색 시간이 몇 초입니다.냉각 광전 검출기는 높은 감도 또는 빠른 응답이 필요한 상황에 사용된다.액체 질소 냉각 수은 카드뮴 텔루라이드(MCT) 검출기는 IR 중간에서 가장 널리 사용됩니다.이러한 검출기를 사용하면 10밀리초 이내에 간섭도를 측정할 수 있습니다.냉각되지 않은 비화 인듐 갈륨 포토다이오드 또는 DTGS는 근적외선 시스템에서 일반적으로 선택됩니다.매우 민감한 액체-헬륨 냉각 실리콘 또는 게르마늄 볼로미터는 소스 및 빔 플리터가 [citation needed]모두 비효율적인 원적외선(far-IR)에 사용됩니다.

빔 스플리터

빔 스플리터 및 보상판이 있는 단순 간섭계

이상적인 빔 스플리터는 입사 방사선의 50%를 전송 및 반사합니다.단, 광투과율 범위가 한정되어 있기 때문에 광스펙트럼 범위를 커버하기 위해 복수의 빔 스플리터를 교환 가능하게 사용할 수 있다.중간 IR 영역의 경우 빔스플리터는 보통 게르마늄 기반의 코팅이 반반사를 일으키는 KBr로 제작됩니다.KBr은 25μm(400cm−1) 이상의 파장에서 강하게 흡수되기 때문에 CsI 또는 KRS-5를 사용하여 범위를 약 50μm(200cm−1)까지 확장할 수 있습니다.ZnSe는 수분 증기가 문제가 될 수 있지만 약 20μm(500cm−1)로 제한된다.CaF는2 근적외선(Near-IR)의 일반적인 물질로 KBr보다 단단하고 습기에 덜 민감하지만 약 8μm(1,200cm−1) 이상 사용할 수 없습니다.단순한 Michelson 간섭계에서는 한쪽 빔이 빔플리터를 두 번 통과하지만 다른 한쪽 빔은 한 번만 통과합니다.이를 보정하기 위해 동일한 두께의 추가 보상 플레이트가 통합됩니다.Far-IR 빔플리터는 대부분 폴리머 필름에 기반하며 제한된 파장 [8]범위를 커버합니다.

감쇠된 전체 반사율

주요 기사:감쇠된 전체 반사율

ATR(감쇠 토탈 반사율)은 부피 특성이 아닌 고체 또는 박막 샘플의 표면 특성을 측정하는 FTIR 분광 광도계의 부속품 중 하나입니다.일반적으로 ATR의 투과 깊이는 시료 상태에 따라 1, 2마이크로미터 내외입니다.

푸리에 변환

실제로 간섭도는 지연의 이산 값에 대해 측정된 강도 집합으로 구성됩니다.연속되는 지연 값 간의 차이는 일정합니다.따라서 이산 푸리에 변환이 필요합니다.고속 푸리에 변환(FFT) 알고리즘이 사용됩니다.

스펙트럼 범위

원적외선

최초의 FTIR 분광계는 원적외선 범위를 위해 개발되었다.그 이유는 사용되는 빛의 파장과 관련이 있는 뛰어난 광학 성능에 필요한 기계적 공차 때문입니다.원적외선의 비교적 긴 파장은 최대 10μm의 허용오차가 적당하며, 암염 영역 허용오차는 1μm 이상이어야 한다.대표적인 기구는 NPL에서[9] 개발되어 Grubb Parsons에 의해 판매된 큐브 간섭계였다.스테퍼 모터를 사용하여 이동 미러를 구동하여 각 단계가 완료된 후 검출기 반응을 기록했습니다.

중적외선

값싼 마이크로컴퓨터의 등장으로 분광계를 제어하고, 데이터를 수집하고, 푸리에 변환을 수행하고, 스펙트럼을 표시하는 전용 컴퓨터를 보유할 수 있게 되었다.이는 암염 지역에 FTIR 분광계 개발에 박차를 가했다.초고정밀 광학 및 기계 부품 제조 문제를 해결해야 했다.이제 상업적으로 다양한 악기를 사용할 수 있습니다.기기 설계는 더욱 정교해졌지만, 기본 원칙은 그대로입니다.오늘날 간섭계의 이동 거울은 일정한 속도로 움직이며, 헬륨 네온 레이저에 의해 점등되는 2차 간섭계의 가장자리에서 제로 크로싱을 발견함으로써 간섭도의 샘플링이 트리거된다.최신 FTIR 시스템에서는 레이저 프링과 원래의 간섭도를 동시에 더 높은 샘플링 속도로 기록한 다음 제임스 W. 브롤트가 개척한 대로 일정한 그리드에 다시 삽입하는 한 일정한 미러 속도가 엄격하게 요구되지는 않는다.이로 인해 적외선 스펙트럼에서 매우 높은 파수 정밀도가 확보되어 파수 보정 오류를 피할 수 있습니다.

근적외선

주요 기사:근적외선 분광법

근적외선 영역은 암염 영역과 가시 영역 시작 사이의 파장 범위를 약 750 nm로 확장합니다.이 지역에서는 기본 진동의 함축이 관찰될 수 있습니다.프로세스 제어 및 화학 이미징과 같은 산업 분야에서 주로 사용됩니다.

적용들

FTIR은 과거에 분산 분광계가 사용되었던 모든 용도에 사용할 수 있습니다(외부 링크 참조).또한 향상된 감도와 속도 덕분에 새로운 응용 분야가 열렸습니다.스펙트럼은 검출기에 도달하는 에너지가 극히 적고 스캔 속도가 초당 50 스펙트럼을 초과할 수 있는 상황에서 측정할 수 있다.푸리에 변환 적외선 분광법은 지질, 화학, 재료, 생물학 연구 분야에서 사용된다.

나노 및 생물학적 재료

FTIR는 또한 소수성 막 환경에서 다양한 나노 물질과 단백질을 조사하는 데 사용됩니다.연구에 따르면 FTIR는 막 통과 [10][11]단백질의 골격을 따라 주어진 부위에서 극성을 직접 결정할 수 있다.다양한 유기 및 무기 나노물질과 관련된 결합 특징과 그 정량적 분석은 [12][13]FTIR의 도움을 받아 수행할 수 있습니다.

현미경 검사 및 이미징

적외선 현미경을 사용하면 5미크론 정도의 작은 영역에서 샘플을 관찰하고 스펙트럼을 측정할 수 있습니다.현미경과 선형 또는 2-D 어레이 검출기를 조합하여 이미지를 생성할 수 있습니다.공간 분해능은 5미크론, 수만 픽셀에 달할 수 있습니다.이미지는 각 픽셀의 스펙트럼을 포함하며 파장 또는 파장의 조합에서 강도를 나타내는 맵으로 볼 수 있습니다.이를 통해 표본 내에서 서로 다른 화학 종의 분포를 볼 수 있습니다.전형적인 연구에는 기존의 조직병리학의 대안으로 조직 단면을 분석하고 제약 정제의 균질성을 조사하는 것이 포함된다.

회절 한계 미만인 나노스케일 및 스펙트럼 분석

FTIR의 공간 분해능은 스캔 근접장 광학 현미경 플랫폼에 통합함으로써 마이크로미터 스케일 이하로 더욱 향상될 수 있습니다.해당 기술은 나노-FTIR이라고 불리며, 10~20nm [14]공간 분해능으로 초소량(단일 바이러스 및 단백질 복합체)의 물질에 대해 광대역 스펙트럼 분석을 수행할 수 있습니다.

크로마토그래피 검출기로서의 FTIR

FTIR의 속도는 가스 크로마토그래프에 의해 분리되는 화합물로부터 스펙트럼을 얻을 수 있게 한다.그러나 이 기술은 민감도가 높은 GC-MS(가스 크로마토그래피-질량분석)에 비해 거의 사용되지 않는다.GC-IR 방법은 이성질체의 질량이 동일한 이성질체를 식별하는 데 특히 유용합니다.액체 크로마토그래피 분율은 용매 때문에 더 어렵다.한 가지 주목할 만한 예외는 겔 투과 크로마토그래피를 사용하여 폴리에틸렌의 분자 크기 함수로서 체인 분기를 측정하는 것으로, 이는 해당 영역에 흡수되지 않은 염소화 용매를 사용하여 가능합니다.

TG-IR(열중량분석-적외선 분광법)

물질이 가열됨에 따라 발생하는 가스를 측정함으로써 종의 정성적 식별이 가능해져 중량 감소를 측정함으로써 제공되는 순수 정량적 정보를 보완할 수 있다.

플라스틱 및 복합 재료의 수분 함량 측정

FTIR 분석은 상당히 얇은 플라스틱 및 복합 부품의 수분 함량을 측정하는 데 사용되며, 실험실 환경에서 더 일반적입니다.이러한 FTIR 방식은 플라스틱에 오랫동안 사용되어 왔으며 2018년 Krauklis, Gagani,[15] Echtermeyer에 의해 도입된 복합 재료에 적용되었다.FTIR법은 약 5,200cm-1의 흡광도 대역의 최대값을 사용하며, 이는 재료의 실제 수분 함량과 상관관계가 있다.

「 」를 참조해 주세요.

  • 이산 푸리에 변환 – 이산 수학에서의 푸리에 변환 유형 - 균일한 간격의 데이터에서 주기성을 계산합니다.
  • 푸리에 변환 – 시간의 함수를 주파수의 함수로 표현하는 수학적 변환
  • 푸리에 변환 분광법
  • 최소 제곱 스펙트럼 분석 – 주파수 영역 분석 방법 - 불규칙한 간격의 데이터 주기성 계산

레퍼런스

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