A spektrométerek működése, tulajdonságai

Fizikai kémia II. előadás 8. rész

dr. Berkesi Ottó

Spektrométerek, mérési elvek

• A spektrométereket azon túl, hogy mely energiatartományban képesek mérni, két csoportba lehet sorolni a mérési elv alapján:

• Hagyományos vagy diszperzív spektromé-terek - hangvillák

• Fourier-transzformációs vagy interferomet-rikus spektrométerek - ágyú

résdiszperziós egység(monokromátor)

sugárforrás

minta

detektor

I

Diszperziós berendezések:Diszperziós berendezések:

• a rés miatt a fény igen kis hányada jut a de-tektorra, ez a zajszint meghatározója

• a detektorjel szimplex, egy mért pont csak egy hullámhossz in-tenzitásáról ad infor-mációt

• a rés miatt a fény igen kis hányada jut a de-tektorra, ez a zajszint meghatározója

• a detektorjel szimplex, egy mért pont csak egy hullámhossz in-tenzitásáról ad infor-mációt

sugárforrás

minta

diszperziós egység(monokromátor) rés

detektor

0

200

400

600

800

1000

1200

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

/ cm-1

a mérhető intenzitás határai

optimális intenzitás

A r

és n

yito

tt.

A r

és n

yito

tt.

A r

és z

árul

.

A r

és n

yíli

k.

Diszperziós berendezések:Diszperziós berendezések:

• a résprogram miatt változik az optikai fel-bontás a mérés során

• az időbeli felbontás csak a detektor válasz-idejétől függ, ha egy adott hullámhosszon mérünk

• a résprogram miatt változik az optikai fel-bontás a mérés során

• az időbeli felbontás csak a detektor válasz-idejétől függ, ha egy adott hullámhosszon mérünk

sugárforrás

minta

diszperziós egység(monokromátor) rés

detektor

detektor

sugárforrás

minta

mozgó tükör

álló tükör

fényosztó

I

x

IFFT

Interferometrikus berendezés:Interferometrikus berendezés:

• a rés hiánya miatt a mintáról érkező teljes fénymennyiség a de-tektorra jut, nem a de-tektor zaja a meghatá-rozó!

• mi a mért jel informá-ciótartalma?

• a rés hiánya miatt a mintáról érkező teljes fénymennyiség a de-tektorra jut, nem a de-tektor zaja a meghatá-rozó!

• mi a mért jel informá-ciótartalma?

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

2,20

0,00 5,00 10,00

t/s

I det.

-0,60

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,00 5,00 10,00

x/m

I 1

-1,20

-1,00

-0,80

-0,60

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

0,00 5,00 10,00

x/m

I 0

-0,60

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,00 5,00 10,00

x/m

I 2

Az FT-IR multiplex jeleAz FT-IR multiplex jele

-1,5

-1,2

-0,9

-0,6

-0,3

0

0,3

0,6

0,9

1,2

1,5

-15 -10 -5 0 5 10 15

x

Inte

nzi

tás

Az FT-IR multiplex jeleAz FT-IR multiplex jele

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

-15 -10 -5 0 5 10 15

x

Inte

nzi

tás

Interferometrikus berendezés:Interferometrikus berendezés:

• a detektorjel multi-plex, ami további jelentős jel/zaj viszony javulást eredményez:

• Ha elrontjuk a detek-tort és N pontot mé-rünk mindkét spektro-méterrel, akkor N½-nel jobb az arány!

• a detektorjel multi-plex, ami további jelentős jel/zaj viszony javulást eredményez:

• Ha elrontjuk a detek-tort és N pontot mé-rünk mindkét spektro-méterrel, akkor N½-nel jobb az arány!

Az FT-IR optikai felbontásaAz FT-IR optikai felbontása

Az A/D konverter mintavételezési helyei

n (n+1)

Interferometrikus berendezés:Interferometrikus berendezés:

• az optikai felbontás a maximális útkülönb-ségtől függ

• mivel nem lehet egy hullámhosszon mérni, az időbeli felbontás a detektor válaszideje mellett az optikai felbontástól is függ

• az optikai felbontás a maximális útkülönb-ségtől függ

• mivel nem lehet egy hullámhosszon mérni, az időbeli felbontás a detektor válaszideje mellett az optikai felbontástól is függ

Az FT-mérés előnyeiAz FT-mérés előnyei

• A rés hiánya - jel/zaj viszony javulást hoz.• A mért multiplex jel is - jel/zaj viszony

javulást eredményez.• Egyenletes optikai felbontást biztosít.• Az energia-tengely kalibráltsága – az A/D

átalakító működési frekvenciája!

• A rés hiánya - jel/zaj viszony javulást hoz.• A mért multiplex jel is - jel/zaj viszony

javulást eredményez.• Egyenletes optikai felbontást biztosít.• Az energia-tengely kalibráltsága – az A/D

átalakító működési frekvenciája!

Ajánlott irodalom

• P.W. Atkins, Fizikai Kémia II. Szerkezet, Nemzeti Tankönyv-kiadó, Bp., 2002, 575-578 old.

• http://en.wikipedia.org/wiki/Spectrometer• http://en.wikipedia.org/wiki/Fourier_transform_spectroscopy• P.R.Griffiths and J.A.de Haset, Fourier-Transform Infrared

Spectroscopy, 2nd Edition, J. Wiley and Sons, NY, 2007.• Sztraka Lajos, A Fourier-transzformációs spektroszkópia elvi

alapjai, A kémia újabb eredményei (szerk. Csákvári B.) 36. kötet, Akadémiai Kiadó Bp. 1977.