FTIR单边干涉图相位校正技术的研究与改进

基于傅里叶变换红外光谱仪干涉图的单边过零采样和非对称性,对相位校正技术进行研究和改进。针对Mertz乘积法对切趾函数的匹配性要求高,干涉图非对称切趾旁瓣抑制效果差、光谱分辨率低的缺点,综合Mertz法和Forman法的特点提出一种改进的相位校正方法。采用对称化方法将单边干涉图变换为双边干涉图、对称切趾、傅里叶变换重建功率谱,并采用对称化的双边干涉图傅里叶变换求取高分辨率的相位谱,提高相位校正的精度。通过仿真分析了非对称窗函数较对称窗函数有比较宽的主瓣宽度、高的旁瓣幅值,分辨率降低;实验验证该改进的相位校正方法功率谱误差小、计算量少,且光谱分辨率比较高,达到2cm-1。     

红外光谱分辨率对气体定量分析的影响研究

利用不同分辨率(1, 2, 4, 8 cm-1)的红外光谱建立对多组分气体样本(一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮)的定量分析模型,研究了分辨率对气体定量测量精确性的影响。研究发现：对于样本中的各气体组分,在合适的分辨率下都有其最佳的测量精确性;而对于模型的整体精确性,在高分辨率1和2 cm-1以及低分辨率8 cm-1时模型都有较好的精确性,各组分相关系数(r)均值达到0.999 5以上,校正均方根误差(RMSEC)和验证均方根误差(RMSEP)的均值分别为18.36和15.43以下,而在分辨率为4 cm-1时,模型测量精确性陡然降低,r均值降到0.989 66,RMSEC均值为90.37,RMSEP均值为64.33。实验结果表明：光谱分辨率对气体定量分析有明显的影响。为提高定量分析测量的精确性,需要针对不同的待测气体和应用场合采用合适的分辨率参数。     

一种新型车载傅里叶变换红外测油仪的研制

水污染监测中,水中有机物含量是水质检测的重要指标。目前广泛使用的基于光栅红外分光光度方法的测油仪存在速度慢、灵敏度低、分辨率和信噪比不高等问题。应用傅里叶变换红外光谱检测技术,可以有效克服传统仪器的不足。文章研制了一种基于特伦结构的傅里叶变换红外光谱仪,有效减小仪器的体积并降低成本、提高抗环境干扰能力,使之适用于车载野外监测要求。基于干涉激光波长反馈和DSP控制的音圈电机控制系统实现直线电机运动速度误差低于5%。采用标准油样对仪器性能进行测试,实验结果表明,仪器分辨率最高为2 cm-1,信噪比达到2 000∶1。该方法与传统光栅方法相比,检测速度快,有机物光谱图性能指标显著提高,轻便易携带的特点对水质实时现场检测带来便利。     

开放式长光程傅里叶变换红外光谱系统在环境气体分析中的应用

设计了一套用于环境气体分析的长开放光路傅里叶变换红外光谱系统。该系统具有往返250 m的开放式长距离采样光程,使用一台分辨率为1 cm-1的傅里叶变换红外光谱仪测量采样路径内的大气透过率光谱,然后进行非线性最小二乘光谱拟合,计算出待测组分浓度。实验部分通过选择特定波段分析了污染空气中CH₄,CO,N₂O和CO₂的浓度,拟合残差的均方根误差小于1％。结果表明,该系统的结构简单,光路易于校准,环境适应性良好,测量速度快,采样范围广,可用于探测大气中一些重要的痕量和微量组分,开展较大区域的环境气体的监测和研究。     

不需干燥预处理过程获得含水汽的丙酮气体样品的高质量红外光谱

测量气体样品的红外光谱时,红外光谱仪器内的水汽和气体样品中所含的水汽会严重干扰气体的红外光谱。为消除水汽的干扰,通常作法是测量前必须将水分子(气态)彻底排除掉,也就是使光谱仪器和气体样品保持干燥状态。该研究提供一个新测量方法,不需任何干燥预处理过程,直接获得含水汽的丙酮气体的红外光谱。经过几十次光谱扫描累加后,观察并根据水汽谱的吸收峰性质(吸光率>0或吸光率<0),向光谱仪样品室引入少量干燥氮气或少量潮湿空气,在接下来的光谱扫描累加过程中,水汽吸收峰将逐渐变小直至消失。实验结果表明该方法去除水汽干扰峰简单高效。新方法在0.5 cm-1光谱分辨率时效果非常好,为气体的高分辨分析提供了有力工具。     

不需干燥预处理过程获得含水汽的丙酮气体样品的高质量红外光谱（英文）

测量气体样品的红外光谱时,红外光谱仪器内的水汽和气体样品中所含的水汽会严重干扰气体的红外光谱。为消除水汽的干扰,通常作法是测量前必须将水分子(气态)彻底排除掉,也就是使光谱仪器和气体样品保持干燥状态。该研究提供一个新测量方法,不需任何干燥预处理过程,直接获得含水汽的丙酮气体的红外光谱。经过几十次光谱扫描累加后,观察并根据水汽谱的吸收峰性质(吸光率0或吸光率0),向光谱仪样品室引入少量干燥氮气或少量潮湿空气,在接下来的光谱扫描累加过程中,水汽吸收峰将逐渐变小直至消失。实验结果表明该方法去除水汽干扰峰简单高效。新方法在0.5cm-1光谱分辨率时效果非常好,为气体的高分辨分析提供了有力工具。     

应用于FTIR气体监测的HITRAN数据库分子标准吸收截面计算方法研究

根据HITRAN数据库中分子吸收谱线的积分线强和一些谱线相关参数(中心位置、压力展宽半宽度、温度依赖系数等),研究了应用于FTIR气体监测的HITRAN数据库分子标准吸收截面计算方法,主要包括线强温度修正,谱线展宽,谱线卷积,逐线积分和数值算法.以甲烷为例给出采用矩形(Boxcar)和三角(Triangular)两种截断函数得到的1cm-1分辨率下甲烷分子标准吸收截面数据.     

近红外光谱分辨率对液体样品近红外定量模型影响的研究

以四种组分的液体混合样品为实验对象,研究了不同分辨率下(1,4,16,32和64 cm-1)的近红外光谱模型,采用偏最小二乘法建立校正模型,全交互验证法进行检验。用目标函数值来评价定量模型性能。对于原光谱所建立的模型,苯和苯甲醛在分辨率1 cm-1时的目标函数值最大,甲苯在4 cm-1时的目标函数值最大,而氯苯在16 cm-1时的目标函数值最大;对于一阶导数光谱所建立的模型,四种组分的目标函数值均在1 cm-1时最大。结果表明,首先,仪器分辨率对近红外光谱定量分析结果有影响,对于光谱重叠严重的组分,提高分辨率对定量分析有利;但在分析对象的真实带宽较大的定量分析中,可采用较低分辨率以保证信噪比。其次,仪器分辨率对不同的组分的影响是不同的。此外,原光谱的信噪比及样品中不同组分光谱的带宽共同影响定量结果,在保证光谱信噪比的前提下,高分辨率对定量模型有利。     

酒石酸手性异构体的红外光谱初步探讨

采用中红外光谱仪结合衰减全反射附件在特定分辨率下研究了D-酒石酸和L-酒石酸的中红外光谱特征。结果表明,在特定的光谱分辨率下,L-酒石酸和D-酒石酸的中红外光谱谱形仅在1 780~1 640cm-1范围内具有差异。     

基于电光调制提高静态傅里叶干涉具光谱分辨率的研究

在静态干涉系统中,采用电光调制可变折射率晶体LiNbO₃做静态傅里叶干涉具的材料,两侧分别加载相位相反的调制信号,从而在不改变静态傅里叶干涉具尺寸的条件下提高光谱分辨率。通过推导光程差函数与折射率调制度的函数关系,计算得在折射率调制度为0.030的条件下,比同尺寸干涉具光谱分辨率提高了16.7倍,达到2.836 cm-1。仿真结果表明折射率调制度会因波长增大而减小,光程差函数会随干涉位置的增大而产生偏大的现象。实际探测过程中,由于光谱范围500～1 100 nm相对较窄,波长变化造成的光谱探测失真不大,可以通过标定补偿,所以应用该方法可以有效地提高静态干涉系统的光谱分辨率。     

超高分辨光谱仪的分辨率检测方法研究

光谱分辨率是光谱仪最重要的指标之一,依据瑞利判据、基于光外差的基本原理,提出了一种可实现光谱仪超高分辨率检测的方法,并对该方法的测量不确定度进行了详细分析。搭建了实验光路,对某型号光谱仪的分辨率进行了检测,实验结果表明该光谱仪的分辨率优于18.9 pm,测量标准不确定度为2.3 pm;采用波数表示时,该光谱仪的分辨率优于0.078 8 cm-1,测量标准不确定度为0.009 6 cm-1。     

High resolution spectra of the red fluorescence in chemical oxygen-iodine laser

In our chemical oxygen-iodine laser(COIL)experiments we accidentally ob-served relatively strong red fluorescence while setting a hot metal wire in the cavity.The in-tensity of such emission is 2～3 orders of magnitude stronger than the initial O_2(~1A)dimerfluorescence.The fluorescence spectrum was measured with OMA and Bomem FT spectrome-ter respectively and the highest resolution of the measurement is 0.1cm~(-1).The emission maycome from O_4 molecules or an isomer of Cl_2O_2.     

近红外光谱分辨率对绿茶氮含量模型的影响

以绿茶为研究对象,氮含量为定量分析指标,研究了不同分辨率(2,4,6,8,16 cm-1)对近红外光谱图及氮含量模型的影响。结果表明：仪器的分辨率影响光谱图的质量,分辨率越高,得到的信息越丰富,但同时噪音增大;分辨率越低,光谱图更加平滑,信息量减少,当分辨率太低时光谱失真严重。分辨率为4 cm-1时,模型外部验证集RMSEP值为0.054 6,明显低于其他模型,相关系数为0.998 2,预测性能最好;模型预测精度也较好,STDEV和RSD分别为0.020和0.334。分辨率4 cm-1为最优分辨率。试验可以为近红外光谱仪采集绿茶光谱图提供参数选择依据,提高模型的稳定性与预测性能,促进近红外光谱检测技术在茶叶上的应用与推广。     

The optimum scheme of a static Fourier-transform spectrometer based on birefringent crystal

An optimum design of static Fourier-transform spectrometer based on Savert prisms is presented in this paper. A new method of increasing path difference and resolution of spectrometer is given. When the angle between the crystal optical axis of the first Savert prism and the incident interface is 58° and the angle between the crystal optical axis of the second Savert prism and the incident interface is 28°, the maximum path difference will be 0.63 mm, the maximum resolution will be 15.8 cm-1, and the whole field-of-view will reach 6°.     

基于二向色及透射准直的小型近红外拉曼光谱仪

搭建了可用于生物医学检测的小型近红外拉曼光谱仪。通过理论计算,几何光路设计,完成了系统组装。有别于传统反射式准直结构：(1)本光谱仪色散系统采用透射式准直的方法,将散射光投射到光栅上进行色散;(2)经二向色镜分光,采用物镜对入射光会聚和散射光收集,设计了与色散系统入射狭缝相匹配(共焦面)的外光路系统,进而有效收集拉曼信号和去除杂散光;(3)实现了高分辨率(3 cm-1)、高重复性和高灵敏度光谱检测,检测范围500~2 200 cm-1(785 nm激发);(4)小型化设计,整个系统尺寸约240 mm×200 mm×130 mm,自由度高。将此自开发小型拉曼光谱仪应用于葡萄糖和膝关节软骨的拉曼光谱测试,获得了与大型商业拉曼光谱仪相媲美的结果,验证了该光谱仪具有高分辨率,高重复性和高灵敏度的优越性能,可灵活地应用于生物医学等多领域的研究。     

充填处理摩根石的谱学特征研究

采用常规宝石学测试方法,结合能量色散型X射线荧光光谱仪、激光拉曼光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、荧光光谱仪等测试分析方法,对天然及充填处理摩根石的谱学特征进行了对比研究,旨在研究充填处理摩根石的宝石学、谱学特征及探寻有效的无损鉴别充填处理摩根石的方法。结果表明,充填处理摩根石的折射率在1.57左右,略低于天然摩根石折射率;充填处理摩根石相对密度为2.71～2.76。天然摩根石在长波和短波紫外荧光下都不发光,充填处理摩根石在长波和短波紫外荧光下均显示弱至中等的白色荧光,个别样品的荧光沿裂隙分布;放大观察后,部分充填处理摩根石表面可见细网纹状开放裂隙,且在裂隙中可见充胶痕迹。能量色散型X射线荧光光谱仪测试显示天然摩根石及充填处理摩根石中均含有Si,Al,Rb和Cs等元素。天然摩根石与充填处理摩根石的激光拉曼光谱无明显差异,激光拉曼光谱仪对于区分天然摩根石与充填处理摩根石效果不明显。天然摩根石的红外光谱在1 300～400 cm-1间,主要为Si-O-Si环、Be-O和Al-O的基团振动;在4 000～2 000 cm-1官能团区有CO₂产生的2 359 cm-1吸收和NaH产生的3 110和3 168 cm-1特征吸收峰。充填处理摩根石除了摩根石本身基团振动吸收外,在2 870,2 930和2 965 cm-1普遍存在（-CH₃-）、（-CH₂-）吸收;在3 035和3 057 cm-1存在苯环引起的吸收。三维荧光光谱图分析显示天然摩根石荧光非常弱,无特征荧光中心,相对强度在500以内;充填处理摩根石的荧光中心主要为410 nm左右的单荧光中心和440和465 nm的双荧光中心,相对强度在2 000以上。充填处理摩根石的荧光中心相对强度明显高于天然摩根石,归因于充填处理过程中添加的有机胶中的芳香族化合物所致。红外吸收光谱及荧光光谱测试技术可作为区分天然摩根石和充填处理摩根石的快捷有效的无损检测手段。     

中红外波长可调谐激光器及其在葡萄糖检测中的应用

提出一种激光器发射波长和功率控制与稳定的方法,研制出波长范围在9.19~9.77 μm,可应用于葡萄糖检测的中红外波长可调谐CO₂激光器,发射光谱半波宽度为4 cm-1,光谱分辨率达到2.7×104,最高功率为800 mW,功率波动性＜0.8%。根据葡萄糖在中红外指纹谱波段的吸收特性,选择激光器发射光谱9R和9P带的1 081,1 076,1 051,1 041和1 037 cm-1作为测量波长,利用ATR传感器测量了PBS溶液中葡萄糖浓度。结果表明五个测量波长下的吸收度与葡萄糖浓度呈现良好的线性关系(R2＞0.99,SD＜0.000 4,P＜0.000 1),且该波长可调谐激光光谱测量系统的灵敏度是传统FTIR光谱仪的4倍左右。     

宝石级钠沸石的振动光谱表征

国际珠宝交易市场上最近出现了一批价值不菲的无色透明的宝石级钠沸石刻面成品,为提供快速区分其与仿制品材料的依据,文章通过红外光谱和拉曼光谱对三颗钠沸石样品的振动光谱进行了研究。结果表明, 其红外光谱主要表现为：4 000～1 200 cm-1的吸收峰是结构中水导致的吸收;1 200～600 cm-1 的强吸收与TO₄四面体的内部T—O(T为Si或Al)的反对称和对称伸缩振动有关。拉曼光谱散射峰主要分布在300～600和700～1 200 cm-1两个区间。300～360 cm-1处较弱强度的拉曼散射峰是由于结构中水分子所导致。482 cm-1处中等强度的峰归属于硅氧四面体内部由于变形导致的拉曼位移。726 cm-1处的拉曼散射峰归属于Al—O的伸缩振动;974,1 038,1 084 cm-1的三处拉曼散射峰都是Si—O的伸缩振动导致的拉曼位移。