主页（http://www.pttcn.net）：付里叶变换红外光谱技术在安全中的应用 【中国集群通信网】系统组成、工作原理及类型 由近代光学得知，透镜的相位变换作用使它具有独特的付里叶变换功能，根据菲涅耳衍射原理，把一个二维光学图像置于一个凸透镜的前焦面上，并用垂直入射的单色相干光照明时，可在透镜的后焦面上得到该图像的准确的付里叶频谱。这说明，利用透镜可以用光学手段方便地实现二维图像的付里叶变换。 实际上，图像并非一定要置于透镜的前焦面上才能得到它的付里叶频谱，只要将它置于透镜前任一离焦位置，甚至是置于透镜后，都可在透镜的后焦面上得到该图像的付里叶频谱。这与图像置于透镜的前焦面上的差别，仅仅是附加了一个与位置有关的相位因子，一般并不会改变付里叶频谱的总体强度分布。 系统组成 付里叶变换红外光谱系统如图1所示。它主要由光源(硅碳棒、高压汞灯)、迈克尔逊干涉仪、检测器、放大滤光、微型计算机和记录仪等组成。 系统的核心部分是迈克尔逊干涉仪，它由光源、互相垂直排列的定镜与动镜，以及与动镜、定镜成45度的光束分裂器、检测器等部件组成。 系统工作原理 系统的工作原理是，经迈克尔逊干涉仪将样品的信号以干涉图的形式(检测器输出的信号经放大滤光、模数转换)，送往微型计算机去进行付里叶变换的数据处理，并进行定性与定量分析，计算机将处理与分析的结果输出，再经数模转换，最后将干涉图还原成光谱图输出来。 系统类型 付里叶变换红外光谱系统通常也分为主动式和被动式两类： 主动式就是在待测对象两端分别放置红外辐射源和付里叶变换红外光谱系统，以测量待测对象对红外辐射源发出的红外光的吸收光谱，然后对其进行定性与定量分析而得出结果。这种主动式的特点是，具有较高的灵敏度，且受背景影响较小。 被动式是使用付里叶变换红外光谱系统，直接遥测待测对象的自辐射的红外光谱，然后再对其进行定性与定量的分析而得出结果。这种被动式的特点是，使用方便，并且可进行流动测定。
系统特点 付里叶变换红外光谱技术是用于测量材料的红外吸收和发射的主要方法，它所组成的检测系统具有很多特点： 1、扫描速度极快：付里叶变换红外光谱系统，在整个扫描时间内同时测定所有频率的信息，一般只要1秒左右，因此它可用于测定不稳定物质的红外光谱。而色散型红外光谱系统，只能在任一瞬间观测一个很窄的频率范围，它一次完整的扫描时间，通常需要8秒、15秒、甚至30秒等。 2、分辨力很高：一般，付里叶变换红外光谱系统的分辨力达0.1-0.005/cm;而一般棱镜型的仪器的分辨力在1000/cm处有0.3/cm;光栅型的红外光谱仪的分辨力也只有0.2/cm。 3、灵敏度高：由于付里叶变换红外光谱系统不用狭缝和单色器，且反射镜面又大，因而能量损失小，所以到达检测器的能量大，灵敏度高，可检测到1×10-8g数量级的样品。 4、光谱范围宽：付里叶变换红外光谱系统的光谱范围宽，一般在1000到10/cm。并且，利用多重滤光片，允许由单台付里叶变换红外光谱系统同时分析几种样品。 5、检测精度高：付里叶变换红外光谱系统能提供较大的光谱通过量，可把更多的红外能量传送到探测器上。这将把红外频率指向探测器，把探测器噪声均匀地分配在整个光谱上。其检测精度高，检测的重复性可达0.1%。 6、抗干扰能力强：付里叶变换红外光谱系统的抗干扰能力强，受杂散光干扰小。即使是主动式付里叶变换红外光谱系统，也受背景影响较小。并且样品也不会受到红外聚焦而产生热效应的影响。 7、使用方便：付里叶变换红外光谱系统使用方便，尤其被动式系统是直接遥测待测对象的自辐射的红外光谱，更方便进行流动测定。 在安全中的应用 可进行环境监测 人的生活环境的好坏，是人的生命安全的重要部分。因此，要注意对环境的监测，以便随时采取措施使之有利于人的生存环境。而现代光学中的付里叶变换红外光谱法，是进行环境监测的一种有效的好方法。 1、对大气环境的监测 当前，全世畀面临着全球变暖、臭氧层破坏、酸雨三大环境问题。对这种环境问题的研究，不仅需要大量的人力、物力与财力，还需要灵敏的能监测污染物的设备，以定量测定工业污染源和非点源排放的污染物。而付里叶变换红外光谱系统为遥感测定大气中的污染物提供了有效、准确、灵敏、方便的监测手段。它与常规的监测方法相比，不需要进行采样、样品前处理、实验室分析，便可直接对污染源进行无损、无干扰、无影响地连续测定。 由于付里叶变换红外光谱系统采用非色散光谱技术，同时能够测量很宽的红外波段范围，因而可测定多组分的污染物，以及污染物的输送、扩散和变化情况。此外，因为测量距离远，范围较大，可以测定一定范围内的一些污染物的总量。尤其在大气光化学反应、污染物的示踪实验等方面，不论是地面还是高空测量，它都是一种经济和技术均可行的方法。 如对炼油厂烟囱顶进行约1.4Km的远距离长光程红外吸收测定。测出的污染物有丙烯、乙烯、己烷、二氧化硫、甲醇等不同的浓度。又如对水泥厂烧结窑排放气体用约2Km的长光程吸收法测量(排放气体温度400K)，测出不同浓度的氨、一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、二氧化硫、氯化氢、氟化氢、甲醛等污染物。 此外，甲烷是一种对全球变暖作用显着的重要气体，而人为排放的甲烷大部分来自垃圾填埋场。利用付里叶变换红外光谱系统，可测定垃圾填埋场甲烷等的浓度值。 2、对水环境的监测 水体中的有机污染物种类繁多、含量低、变化大，使用常规的红外光谱法测定会遇到很大的困难。而使用付里叶变换红外光谱系统测定水体中的有机污染物，可取得良好的效果。 通常，使用亲酯性镀硅膜的内反射组件(SRE)为付里叶变换红外光谱系统中可更换的探测器，可测定水中的污染物。实际上是将这种由纯净的十八烷基三氯硅烷制成的亲酯镀硅膜探测器，安装在有多层光导晶体的反射池中即可进行测定。其测定结果表明，不论是理论上还是实验结果，都确认了被安装在多层光导晶体上的探测器，可以测定水中的正己烷等有机污染物。
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