双重傅里叶变换红外椭偏光谱系统的研制

介绍一种新型红外椭圆偏振光谱实验系统。实验中采用了对光子能量和方位角作双傅里叶变换,及同步旋转检偏和超偏器（RAP）的方法,根据傅里叶变换的四个余弦交流分量,计算相应的光学常数。经过对实验系统各误差来源的分析和纠正,提高了实验精度,使误差控制在1％以内。测量了Au等样品的红外介电函数谱,并用德鲁得（Drude)模型作拟俣运算,获得了与理论计算相一致的结果。     

傅里叶变换光谱仪非线性光程差分析与校正

针对由非线性光程差恢复出的光谱会出现附加频率噪声而导致复原谱线加宽,严重影响光谱质量,为此提出一种仅对特征光源进行一次测量即能完成干涉图非线性光程差校正及波长定标的方法。通过对特征光源的单次测量可获得干涉图,计算干涉图中包含的非线性相位与大致中心频率,并计算相对光程差,进而获得光程差与采样点之间的非线性映射关系,最终通过二次采样实现非线性光程差的校正。以静态双折射傅里叶变换光谱仪为例,首先构建系统的非线性光程差模型,给出非线性光程差的校正方法及其原理,然后采用汞氩灯作为特征光源进行实验验证,通过获取的干涉图提取汞氩灯的特征谱线,分析出不同波长下其对非线性光程差的影响,最后对非线性光程差进行校正和波长定标。实验结果表明,经所提方法校正后,546.074 nm波长处谱线的半峰全宽由未校正的9.08 nm变为4.14 nm,说明所提方法有效提升了光谱仪的分辨率与准确度。     

色谱—傅里叶变换红外光谱联用技术

色谱和傅里叶红外光谱的联用是现代分析化学中重要的联用技术之一。本文介绍了最常用的气相色谱(GC)、高效液相色谱(HPLC)以及最近发展的超临界流体色谱(SFC)与傅里叶变换红外光谱(FTIR)联用技术的最新进展,并对联用中常用的两种接口方式,即流动池法和色谱流动相消除法的优缺点作了讨论。     

傅里叶变换红外光谱在大气遥感监测中的应用

傅里叶变换红外光谱遥感技术是一门综合探测技术，它可以对气体组分分进行远距离，实时，多组分同时监测。本文介绍了遥感傅里叶变换红外谱光在遥测大气层中痕量气体，污染源排放的废气，灭火过程产生的有毒气体、气体空间分布等方面的应用现状。     

食用菌的傅里叶变换红外光谱鉴别

利用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)研究了担子菌木耳目、非褶菌目和伞菌目6个科9个属的10种食用菌的子实体。将光谱分为5个区S1区(3 050～2 800 cm-1),S2区(1 750～1 500 cm-1),S3区(1 500～1 200 cm-1),S4区(1 200～950 cm-1),S5区(950～700 cm-1);在5个区中,强峰出现在S4区的1 080 cm-1附近和1 040 cm-1(1 020 cm-1)附近,以及S2区的1 640 cm-1附近,1 640 cm-1附近的峰为酰胺Ⅰ振动峰,前两峰为糖类振动峰。根据5个区光谱峰值和吸收强度比,可以鉴别不同的食用菌。700～950 cm-1范围有可能作为区分不同属蘑菇间的指纹区。     

块菌的傅里叶变换红外光谱研究

块菌是珍稀野生食用菌,其蛋白质和糖类含量较高,块菌多糖具有潜在的药用价值。文章利用傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)对五种云南野生块菌作了研究。结果表明,块菌属真菌有其独特的光谱特征,全谱最强峰为出现在1 042和1 077 cm-1附近的强双峰。在脂分子的羰基峰1 742 cm-1及糖类异构体的指纹区1 200～750 cm-1,不同种类、不同产地块菌的光谱有明显差异,另外,正常块菌和霉变块菌的光谱亦有明显差异,主要体现在谱峰吸收强度的变化上,部分谱峰吸收强度比的变化表明,块菌样品变质前后,其蛋白质和糖类物质的含量发生了变化。FTIR光谱提供了块菌成分的有关化学信息,为鉴别块菌和区分块菌的种类、质量提供了简便快捷的手段。     

傅里叶红外光谱气体检测限的定性分析

傅里叶红外光谱仪检测和定量气态化合物的最小量取决于所测气体光谱的信噪比.为了使用傅里叶变换红外吸收光谱测量CO₂,CO,CH₄和N₂O等温室气体,对混合气体的信噪比和仪器检测限进行了研究.提出通过HITRAN模拟光谱计算仪器的气体检测限并分析波段等因素的影响.此外,搭建实验平台来验证基于HITRAN模拟光谱计算的检测限近似作为仪器实际测量检测限的精确程度,并分析了两者具有误差的原因和现有实验平台的不足及优化方案.     

几种花粉的傅里叶变换红外光谱研究

本文利用傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)对7种植物[玉兰、香水百合、天竺葵(粉红,红色)、兰花、菊花、马蹄莲]花粉进行了研究。结果显示,花粉样品的红外光谱主要由蛋白质、多糖、脂类物质的特征吸收峰组成。不同种花粉的红外光谱的差异表现为脂类物质的特征吸收峰强度的变化,多糖特征吸收峰峰形的区别,以及蛋白质和多糖的特征峰强度比的不同。不同颜色的天竺葵光谱差异较小,仅脂类特征吸收峰略有差异。研究表明,利用红外光谱建立数据库,有可能依据花粉的傅里叶变换红外光谱鉴别植物。     

傅里叶变换红外光谱和近红外傅里叶变换拉曼光谱法无损鉴定中国字画

利用傅里叶变换红外(FTIR)和近红外傅里叶变换拉曼(NIR FT-Raman)光谱法鉴定了中国字画,结果表明：与荧光光谱法相比,根据谱峰的强度和位置可更容易地将真伪字画区别开来。拉曼光谱和红外光谱相互印证,互相补充,在鉴定中具有快速、准确、操作简单、重复性好、不需对样品进行预处理的优点,适于珍贵字画的无损鉴定。     

傅里叶变换红外光谱分析三种彝药材

傅里叶变换红外光谱研究三种彝药材的指纹图谱,并初步分析了它们的有效药物成分和图谱的关系.在金丝杜仲的块根中,淀粉纤维素含量高,而在真金草和回心草中,纤维素和蛋白质的含量更高些.实验发现,金丝杜仲的止血功能和溶血功能可能与所含鞣质类物质和四环三萜类成分有关.真金草的抗梅毒作用可能源于其中的生物碱的生理活性,其活血作用也与四环三萜类物质成分有关,所含多糖和苷则对治疗肝炎有效.回心草的安神作用可能与所含的三萜皂元成分有关,三萜皂元具有安定作用.利用傅里叶变换红外光谱法可以方便、快速和准确地分析中药材的某些有效成分,文章对三种药材的部分药物疗效在分子水平上给出了一定的科学依据.     

利用配置长程气池的FTIR技术研究挥发份中氮赋存形态

利用FTIR分析技术,对3种不同煤阶的我国电站典型动力用煤——神木烟煤、铜川贫煤和宜宾无烟煤的挥发份中氮的赋存形态进行了研究。为克服研究工作中的微氮现象,在研究过程中采用了16 m光程的长程气池。研究结果显示,红外光线在16 m长程气池构造作用下多次穿过挥发份,检测出含量微少的氮元素,成功地克服了微氮现象,取得了较好的研究结果;我国电站用煤的挥发分中氮的赋存形态有4种,分别为吡啶型氮化合物、吡咯型氮化合物、吡啶-N氧化物和腈类化合物。氮在煤与挥发分中赋存形态的差别主要是由于煤分子中的大分子量含氮结构在温度作用下发生分解所致。     

利用便携式FTIR光谱仪研究环境大气中CO2浓度变化

高准确和高精度测量环境大气CO₂浓度,对于监测区域和城市温室气体的排放至关重要。基于傅里叶变换红外（FTIR）光谱技术,利用便携式FTIR光谱仪采集近红外太阳吸收光谱,基于非线性最小二乘算法,反演获得了2016年9月至2020年5月期间合肥地区环境大气的CO₂柱浓度。观测结果表明,CO₂气体的柱浓度有着明显的季节变化,在春季出现最大值,夏季下降速度快,秋季达到最小值。柱平均干空气混合比浓度XCO₂的日均值位于(401.23±0.60)和(418.41±0.31) ppm之间,而2017年观测的月均值有着6.96 ppm的季节幅值。并且,观测期间XCO₂呈现逐年增长的趋势,年平均增长率为(2.71±0.66) ppm·yr-1。为了验证便携式FTIR光谱仪观测的准确性和可靠性,我们将其观测结果与高分辨率FTIR仪器同步测量结果进行比较,发现观测的XCO₂的偏差均值为1.32 ppm,二者的相关系数r为0.97,两个数据显示高度一致性。同时将观测结果与GOSAT卫星数据作了横向比较,两个数据的平均偏差为(0.63±1.76) ppm,二者的相关系数r为0.86,显示出地基数据与卫星数据有高相关性。最后,将合肥站点2020年秋季观测数据与上海站点同期观测数据进行了比较,发现上海站点与合肥站点的CO₂柱浓度变化基本一致,合肥观测点的XCO₂日均值位于(415.09±0.84)和(417.80±0.67) ppm之间,上海观测点的XCO₂日均值位于(411.87±1.07)和(416.63±1.70) ppm之间,表明同步观测期间合肥的CO₂柱浓度略高于上海市。地基FTIR光谱仪的观测结果可为追踪合肥地区温室气体的碳源与碳汇提供基础数据。     

FTIR在物质结构分析方面的研究进展

从三聚氰胺、"瘦肉精"、苏丹红、塑化剂、地沟油到如今的"皮革奶",动物源性食品安全问题层出不穷,动物养殖环节中非法添加物的使用、高风险物质的滥用问题日益突出,如何实现对未知添加物的筛查与确证面临严峻考验。红外光谱,与核磁共振谱、质谱、紫外光谱一样,是进行结构分析的有力工具。目前,在畜产品质量安全方面,应用傅里叶红外光谱(FTIR)对这些添加物进行分析的研究很少。本文总结了当前FTIR物质结构分析方面的应用,包括对已知化合物光谱特征、分子构象、稳定性、同系物、衍生物、反应产物等的分析,对大分子物质官能团的推断,对未知物分子结构式的确证和对复杂生物样品的组分分析或种类辨别,以期形成对动物养殖环节中非法添加物或高风险物质筛查的新思路,希望建立针对动物养殖环节中可能出现的有危害性的添加物的红外光谱库、官能团库,在此基础上形成未知添加物的综合解析与确认技术规程,对可能引起重大食品安全事故的添加物进行早期预警,从而防患于未然。     

Sensitivity Advantage of QCL Tunable-Laser Mid-Infrared Spectroscopy Over FTIR Spectroscopy

Abstract

Interest in mid-infrared spectroscopy instrumentation beyond classical FTIR using a thermal light source has increased dramatically in recent years. Synchrotron, supercontinuum, and external-cavity quantum cascade laser light sources are emerging as viable alternatives to the traditional thermal black-body emitter (Globar), especially for remote interrogation of samples (“stand-off” detection) and for hyperspectral imaging at diffraction-limited spatial resolution (“microspectroscopy”). It is thus timely to rigorously consider the relative merits of these different light sources for such applications. We study the theoretical maximum achievable signal-to-noise ratio (SNR) of FTIR using synchrotron or supercontinuum light vs. that of a tunable quantum cascade laser, by reinterpreting an important result that is well known in near-infrared optical coherence tomography imaging. We rigorously show that mid-infrared spectra can be acquired up to 1000 times faster—using the same detected light intensity, the same detector noise level, and without loss of SNR—using the tunable quantum cascade laser as compared with the FTIR approach using synchrotron or supercontinuum light. We experimentally demonstrate the effect using a novel, rapidly tunable quantum cascade laser that acquires spectra at rates of up to 400 per second. We also estimate the maximum potential spectral acquisition rate of our prototype system to be 100,000 per second.     

FTIR监测北京地区CO2和CH4及其变化分析

近几十年来,温室效应导致地表温度明显上升,其所引起的全球气候变迁问题越来越受到人们的关注.CO2和CH4是大气中主要的两种人为温室气体,对它们进行连续的测量,获取它们长时间变化情况对大气环境科学具有重要的意义.目前国内监测这两种气体的主要手段是气相色谱方法.鉴于傅里叶变换红外光谱技术的优点,使用开放式长光程FTIR系统在北京地区对这两种气体进行了监测.该系统直接测量开放光路中的环境气体的大气吸收光谱,并使用非线性最小二乘方法进行光谱分析,获取待测组分的浓度信息.在实验部分给出了2005年9月4日到2005年9月10日6天中的北京地区CO2及CH4的测量结果,并对两者的变化趋势和相关性进行了分析.     

变压器油溶解气体的FTIR定量分析

针对色谱进行变压器溶解气体在线监测需要载气、定期标定、安全性低等缺陷,试图建立一种傅里叶变换红外光谱法的油溶解气体在线分析系统。考虑特征气体量小、成分多、检测限及安全要求高,根据特征气体的吸收光谱特征与分析要求,利用分段比基线校正、改进TR正则化特征变量提取算法,建立稀疏偏最小二乘的定量分析模型。以CH₄,C₂H₆,C₃H₆和CO₂等特征气体为例,给出了分析的测试结果。结果表明,在光谱波数分辨率为1 cm-1,光程为10 cm情况下,可以满足变压器绝缘油溶解气体分析要求。     

长光程共振式二氧化碳气体光声传感器研究

二氧化碳(CO₂)是植物光合作用的原材料,也是一种温室气体,其过量地排放会影响动植物的生态环境。在碳达峰、碳中和的背景下,研制高灵敏度的CO₂检测装置具有重要意义。为了监测大气环境中CO₂含量的变化,设计了一种长光程共振式CO₂气体光声传感器,并以此搭建了光声检测装置。以中心波长为2 004 nm的分布式反馈激光器(DFB)作为激发光源,激光射入由漫反射材料制成的球型吸收腔,在腔内多次反射以增加气体的吸收路径。吸收腔外部被两个高热传导率的铝制半球包裹,降低由池体吸收光能后产生的热噪声。吸收腔上耦合一根声学管,当其工作在一阶纵向共振模态时,光声信号被放大,在管子末端达到极大值。为了进一步增大光声信号,通过饱和加湿样品的方式来加快CO₂气体的弛豫速率,加湿后的样品产生的光声信号是干燥样品的2.1倍左右。使用一系列浓度的湿润CO₂样品标定光声检测装置,结果表明,光声信号与浓度之间呈现良好的线性关系。在此基础上,通过对标准气体的检测实验,验证了装置的准确性与稳定性...     

EQUINOX55型遥感傅里叶变换红外光谱系统的校正

利用遥感傅 里叶变换红外发射光谱，对红外辐射源的绝对光谱能量分布和热气体浓度进行测量时，首先必须对测得的红外辐射源的发射光谱强度进行校正，为此，需用已知温度的标准绝对黑体对系统进行校正，本文考察了黑体温度对EQUINOX55型遥感傅里叶变换红外光谱的响应函数的影响。结果表明，仪器响应函数随着温度的升高而增加，但当温度比较高时，仪器响应函数曲线变化趋小。     

温度对胶原蛋白结构影响的二维红外相关光谱的研究

采用傅立叶红外光谱法(FTIR)和二维相关分析(2D Correlation Analysis)技术研究了胶原蛋白在加热(15℃～95℃)条件下构象变化的规律.结果表明:二维相关分析能提供由温度变化引起的蛋白构象变化过程中分子结构动态变化的微观信息,为揭示胶原蛋白的结构特征和变温微扰引起的结构变化机理提供了一些有意义的实验依据和初步的理论分析.     

FTIR结合聚类分析法在姜科植物物种分类及鉴别中的应用

利用傅里叶变换红外光谱仪分别检测17种姜科植物的的光谱特征,并通过系统聚类和相关性系数法来探讨各植物间的亲缘关系。结果显示,聚类分析树系图和相关性分析结果相吻合,当花叶山姜和黑果山姜的距离系数为1(最小),相关系数为0.991(最高),亲缘关系最近。该研究得出同亚属植物间、野草果与山姜属植物属近缘种,支持了顶花莪术、温郁金在分类系统中的独立性,建议划分为独立种。聚类分析中姜科植物种间的聚合较好,物种鉴定正确率达到100%。因此,FTIR结合聚类分析法在姜科植物物种分类及鉴别中是一种可行性手段。