Спектроскопия очень важна в современной аналитической химии. Это позволяет ученым выяснить, какие материалы и сколько их есть, поскольку они реагируют на электромагнитное излучение. Среди математических инструментов, которые полностью изменили спектроскопию, преобразование Фурье (FT) является настоящим краеугольным камнем. Если это’ Используемые в FTIR спектроскопии, НМР или других методах, трансформация Фурье позволяет изменять сырые данные на основе времени в полезные диаграммы на основе частот. В этой статье рассматривается, как трансформация Фурье улучшает спектроскопические методы, а также показывает, как такие компании, как PERSEE, используют эту технологию в своих устройствах.
Основы трансформации Фурье в спектроскопии
Чтобы действительно понять его влияние на различные спектроскопические методы, сначала нужно знать, как работает преобразование Фурье.
Математическая основа трансформации Фурье
Преобразование Фурье – это математический инструмент. Он разбивает сложный сигнал на все простые синусовые волны, которые его составляют. В спектроскопии это помогает превратить сигналы из формата времени или пространства в формат частоты. Этот новый формат облегчает получение и понимание спектральной информации.
Как преобразование Фурье преобразует данные временного домена в данные частотного домена
При спектроскопии первоначальные данные обычно являются сигналом, который меняется со временем или аналогичным измерением (например, положение зеркала в FTIR). Этот сигнал называется интерферограммой или временным доменом. Это’ с беспорядочная смесь всех различных частот частот, так что это’ Трудно читать самостоятельно. Преобразование Фурье обрабатывает эти сигналы для создания частотных спектров. Эти диаграммы ясно показывают пики поглощения, которые соответствуют конкретным молекулярным вибрациям или изменениям.
Преимущества трансформации Фурье в спектроскопическом анализе
Использование FT в спектроскопии имеет некоторые большие преимущества:
Прежде всего, он позволяет одновременно обнаруживать все длины волн. Это называется преимуществом мультиплекса.
Это также дает вам более резкие и чувствительные результаты.
Что’ Более того, он улучшает соотношение сигнал-шум путем усреднения сигнала.
Эти преимущества очень важны для точного химического анализа. Они делают машины на основе FT необходимыми как для исследований, так и для промышленной работы.
Применение трансформации Фурье в FTIR спектроскопии
Трансформационная инфракрасная спектроскопия Фурье (FTIR) является очень популярным использованием FT в аналитической химии. Это потому, что это одновременно эффективно и точно.
Принципы трансформационной инфракрасной спектроскопии (FTIR)
FTIR-спектроскопия проверяет, сколько инфракрасного света поглощает образец на разных длинах волн. Но это не’ t сканирует одну длину волны за раз. Вместо этого устройство, называемое интерферометром, обрабатывает все длины волн одновременно. Этот процесс создает интерферограмму. Это сигнал, который зависит от движущегося зеркала’ с позиции, и это’ В основном сигнал, основанный на времени. Преобразование Фурье затем меняет эту интерферограмму в правильный ИК-спектр.
Роль интерферометрии и интерферометра Микелсона
Ключевой частью FTIR является интерферометр Микелсона. Он разделяет луч ИК-света на два разных пути с помощью зеркал - один, который остается на месте, и другой, который движется. Когда эти лучи возвращаются вместе, они создают модель помех, которая зависит от разницы в длине пути. Этот шаблон содержит всю спектральную информацию для всех длин волн.
Преимущества использования преобразования Фурье в FTIR
Использование FT улучшает производительность FTIR несколькими способами:
- Улучшенное соотношение сигнал-шум: FTIR-машины могут быстро усреднить множество сканирований. Это увеличивает сигнал’ с ясность при снижении фонового шума. Это очень важно для поиска соединений, которые находятся в низких концентрациях.
- Быстрое сбор данных: системы FTIR собирают все частоты одновременно, а не по одной. Благодаря этому они могут получить полные спектры всего за несколько секунд.
- Высокое спектральное разрешение: анализ Фурье дает спектральные результаты высокого разрешения даже с небольшими оптическими настройками. Это отлично подходит для разграничения полос поглощения, которые очень близки друг к другу.
Трансформация Фурье в НМР-спектроскопии
В то время как FTIR изучает молекулярные вибрации, спектроскопия ядерного магнитного резонанса (НМР) использует магнитные поля для проверки атомной среды. Это еще одна область, в которой FT является большой помощью.
Обзор ядерной магнитно-резонансной (НМР) спектроскопии
НМР анализирует, как ядра со спином (например, водород-1) реагируют на радиочастотные импульсы внутри сильных магнитных полей. Эти реакции дают нам подсказки о молекуле’ Структура, движения и то, как она взаимодействует с другими вещами.
Сбор сигналов временного домена и роль свободного индукционного распада (FID)
После удара радиочастотными импульсами ядра выделяют исчезающие колебания. Это известно как свободный индукционный распад (FID). Этот FID является сигналом временного домена и содержит частотную информацию о различных химических средах внутри молекулы.
Преобразование в частотный домен с помощью преобразования Фурье
Применение преобразования Фурье преобразует данные FID в частотные спектры. Эти спектры дают нам химические сдвиги, которые являются отличительными маркировками для различных атомных сред. Они также дают нам константы соединения, которые рассказывают о взаимодействиях между близлежащими ядрами.
Идентификация химического сдвига и идентификация константы соединения
Химические сдвиги помогают идентифицировать функциональные группы или расположения связей в молекулах. Однако константы соединения предоставляют структурную информацию, такую как углы связей и то, как атомы связаны. Это важно для определения структуры органических молекул.
Более широкое применение трансформации Фурье в других спектроскопических методах
Помимо FTIR и NMR, сила преобразования Фурье также используется в нескольких других передовых спектроскопических инструментах.
Использование в спектроскопии Рамана
Раманская спектроскопия изучает вибрационные режимы, смотря на рассеянный свет, а не поглощенный свет, как это делает ИК.
Повышение чувствительности и разрешения с помощью FT-Рамана: инструменты FT-Рамана используют аналогичные интерферометрические методы, как и в FTIR, для повышения чувствительности Рамана. Это особенно удобно при работе с флуоресцентными образцами или вещами, которые слабо рассеяют свет Рамана.
Применение в массовой спектрометрии
Массоспектрометрия идентифицирует соединения с использованием соотношений масса-заряд. Он также получает стимул от передовых методов обработки сигнала, таких как FT.
Обработка сигнала и пиковое разрешение с помощью анализа Фурье: такие инструменты, как орбитрапы, полагаются на ионные колебания на основе времени. Они преобразуются с помощью FFT в очень точные массовые спектры. Этот метод значительно улучшает разрешение, не увеличивая время сканирования.
Использование в оптической когерентной томографии и других методах изображения
Методы изображения, такие как оптическая когерентная томография (ОКТ), также используют анализ Фурье. Они используют его для создания изображений с глубинным разрешением из интерферометрических данных. Это показывает, насколько универсальна она, даже за пределами обычной спектроскопии.
Преимущества спектроскопии на основе трансформации Фурье по сравнению с традиционными методами
Старые дисперсивные методы сканируют одну длину волны за раз. Напротив, методы на основе FT предлагают удивительные преимущества.
- Одновременное обнаружение нескольких длин волн: преимущество мультиплекса позволяет этим системам захватывать все спектральные данные одновременно. Это значительно сокращает время сканирования и повышает надежность результатов от одного образца к другому.
- Более высокая производительность и эффективность: системы на основе FT могут проводить измерения очень быстро, не жертвуя точностью. Это делает их идеальными для загруженных лабораторий, которые нуждаются в быстрых результатах с небольшой практической работой.
- Повышенная точность и воспроизводительность: приборы на основе FT имеют меньше движущихся частей, чем системы сканирования, и лучше фильтруют шум. В результате они дают последовательные результаты снова и снова. Это крайне важно для соблюдения правил и контроля качества.
PERSEE: Производитель аналитических приборов
Для лабораторий, ищущих надежное спектроскопическое оборудование, Перси является производителем, который поставляет приборы, построенные с помощью технологии трансформации Фурье.
История компании и глобальное присутствие
PERSEE имеет более трех десятилетий опыта и обслуживает клиентов по всему миру, в том числе в Азиатско-Тихоокеанском регионе, Европе, Африке, Южной Америке, Северной Америке и Ближнем Востоке. Компания известна на международном уровне своими инновационными и высококачественными продуктами, которые сделано для удовлетворения потребностей клиентов.
Ключевые продуктовые линии, включая серии FTIR8000 и FTIR8100
Основная продукция — это серии FTIR8000 и новые Серия FTIR8100— это высокопроизводительные инфракрасные спектроскопические решения. Они поставляются с передовыми интерферометрами и программным обеспечением, предназначенным как для исследовательских проектов, так и для повседневного анализа.
Приверженность инновациям, качеству и поддержке клиентов
PERSEE посвящена превосходному производству. Кроме того, компания также продолжает инвестировать в исследования и разработки; Это гарантирует, что функции следующего поколения, такие как диагностика на основе ИИ и рабочие процессы, подключенные к облаку, станут стандартными в их продуктах.
Резюме и ключевые вещи
Преобразование Фурье теперь является обязательным инструментом во многих областях аналитической химии. Это’ используется от исследований вибрации с помощью FTIR-спектроскопии до выявления структур с помощью НМР, и он даже распространяется на технологии изображения, такие как ОКТ. Его способность эффективно преобразовать сложные сигналы приводит к более быстрому сбору данных с лучшей резолюцией, чем старые методы. Такие компании, как PERSEE, используют эту мощность, встраивая ее в гибкие инструментальные платформы. Они сделаны как для точного тестирования на местах, так и для академических исследований высшего уровня.
Часто задаваемые вопросы:
Q1: Почему FTIR лучше, чем традиционный дисперсивный ИК?
Ответ: По сравнению с традиционным IR, который сканирует каждую длину волны индивидуально с помощью монохроматоров или решеток, FTIR захватывает все длины волн одновременно с помощью интерферометра. Он производит чрезвычайно быстрые сканирования, лучшее соотношение сигнал-шум из-за преимущества мультиплекса и более высокого разрешения. Так что это’ с отличным даже для анализа небольших количеств образца или плохих поглощителей.
Q2: Может ли трансформация Фурье применяться вне инфракрасной спектроскопии?
О: Да! Это’ Трансформация Фурье также играет огромную роль в спектроскопии НМР (для анализа сигналов FID) и Раманской спектроскопии (в настройках FT-Рамана). Вы’ Вы также найдете его в массовой спектрометрии (как в Orbitraps) и в оптической когерентной томографии. Более широко, это’ Используются везде, где изменение сигналов между временем и частотой облегчает чтение данных или улучшает разрешение в научных приборах.
Q3: Подходят ли FTIR-приборы PERSEE для промышленных приложений?
А: Конечно. Серия FTIR8000/8100 от PERSEE создана не только для университетских лабораторий, но и для промышленных мест, требующих надежной производительности в жестких условиях. Их программное обеспечение просто в использовании и поддерживает рабочие процессы для соблюдения нормативных положений. В то же время прочное оборудование гарантирует стабильность приборов в долгосрочной перспективе, даже во время непрерывного использования, обычного в фармацевтических лабораториях контроля качества или нефтехимических заводах.
