फूरियर रूपांतरण अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी

फूरियर-ट्रांसफ़ॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR) द्वारा ठोस, तरल या गैस के अवशोषण (विद्युत चुम्बकीय विकिरण) या उत्सर्जन (विद्युत चुम्बकीय विकिरण) के अवरक्त विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम प्राप्त करने के लिए उपयोग की जाने वाली विधि है। एफटीआईआर स्पेक्ट्रोमीटर साथ विस्तृत स्पेक्ट्रल सीमा पर उच्च-रिज़ॉल्यूशन स्पेक्ट्रल डेटा एकत्रित करता है। यह ऑप्टिक्स प्रसार स्पेक्ट्रोमीटर पर महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है, जो समय में तरंग दैर्ध्य की संकीर्ण सीमा पर तीव्रता को मापता है।

फूरियर-ट्रांसफॉर्म अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी शब्द की उत्पत्ति इस तथ्य से हुई है कि मूल डेटा को वास्तविक वर्णक्रम में परिवर्तित करने के लिए फूरियर रूपांतरण (एक गणितीय प्रक्रिया) की आवश्यकता होती है।

तनु कुल परावर्तन (एटीआर) लगाव के साथ एफटीआईआर स्पेक्ट्रोमीटर का उदाहरण

वैचारिक परिचय

एक एफटीआईआर इंटरफेरोग्राम। केंद्रीय शिखर ZPD स्थिति (शून्य पथ अंतर या शून्य मंदता) पर है, जहां प्रकाश की अधिकतम मात्रा माइकलसन इंटरफेरोमीटर से डिटेक्टर तक जाती है।

अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीकों (FTIR, इन्फ्रारेड-दृश्य स्पेक्ट्रोस्कोपी (यूवी-विज़) का लक्ष्य यह मापना है कि नमूना प्रत्येक तरंग दैर्ध्य पर कितना प्रकाश अवशोषित करता है। ऐसा करने की सबसे सरल विधि प्रसारित करने वाली स्पेक्ट्रोस्कोपी विधि है,जो नमूने पर श्वेत प्रकाश किरण को प्रकाशित करना है, यहाँ मापना पड़ता है कि कितना प्रकाश अवशोषित होता है, और प्रत्येक अलग तरंग दैर्ध्य के लिए दोहराता है। (उदाहरण के लिए, इस प्रकार कुछ इन्फ्रारेड-दृश्य स्पेक्ट्रोस्कोपी या यूवी-विज़ स्पेक्ट्रोमीटर कार्य करते हैं।)

फूरियर रूपांतरण स्पेक्ट्रोस्कोपी समान जानकारी प्राप्त करने का कम सहज विधि है। नमूने पर प्रकाश की मोनोक्रोमैटिक बीम (केवल तरंग दैर्ध्य से बना बीम) को चमकाने के अतिरिक्त, यह विधि बीम को प्रकाशित करती है जिसमें बार में प्रकाश की कई आवृत्तियाँ होती हैं और यह मापता है कि उस बीम का कितना नमूना द्वारा अवशोषित किया जाता है। अगला, बीम को आवृत्तियों के अलग संयोजन को समाहित करने के लिए संशोधित किया जाता है, जिससे दूसरा डेटा बिंदु पर मिलता है। यह प्रक्रिया थोड़े समय के अंतराल में कई बार तेजी से दोहराई जाती है। इसके पश्चात कंप्यूटर यह सब डेटा लेता है और यह अनुमान लगाने के लिए पीछे की ओर कार्य करता है कि प्रत्येक तरंग दैर्ध्य पर अवशोषण क्या है।

ऊपर वर्णित बीम ब्रॉडबैंड प्रकाश स्रोत से प्रारंभ करके उत्पन्न होता है - जिसमें मापने के लिए तरंग दैर्ध्य का पूरा वर्णक्रम होता है। प्रकाश माइकलसन इंटरफेरोमीटर में चमकता है - दर्पणों का निश्चित विन्यास, जिनमें से को मोटर द्वारा स्थानांतरित किया जाता है। इस प्रकार जैसा कि यह दर्पण चलता है, बीम में प्रकाश की प्रत्येक तरंग दैर्ध्य समय-समय पर तरंग हस्तक्षेप के कारण इंटरफेरोमीटर द्वारा अवरुद्ध, संचरित, अवरुद्ध, संचरित होती है। अलग-अलग तरंग दैर्ध्य को अलग-अलग दरों पर संशोधित किया जाता है, जिससे कि प्रत्येक क्षण या दर्पण की स्थिति में इंटरफेरोमीटर से निकलने वाली किरण का अलग वर्णक्रम होना चाहिए।

जैसा कि उल्लेख किया गया है, मूल डेटा (प्रत्येक दर्पण स्थिति के लिए प्रकाश अवशोषण) को वांछित परिणाम (प्रत्येक तरंग दैर्ध्य के लिए प्रकाश अवशोषण) में परिवर्तित करने के लिए कंप्यूटर प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है। आवश्यक प्रसंस्करण सामान्य एल्गोरिथम बन जाता है जिसे फूरियर रूपांतरण कहा जाता है। फूरियर रूपांतरण डोमेन (इस स्थिति में सेमी में दर्पण का विस्थापन) को उसके व्युत्क्रम डोमेन^-1 (सेमी में तरंग संख्या) में परिवर्तित करता है) तथा मूल डेटा को इंटरफेरोग्राम कहा जाता है।

इतिहास

इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी रिकॉर्ड करने में सक्षम पहला कम लागत वाला स्पेक्ट्रोफोटोमीटर 1957 में निर्मित पर्किन-एल्मर इंफ्राकार्ड था। इस उपकरण ने 2.5 μm से 15 μm तक की तरंग दैर्ध्य सीमा को कवर किया (तरंग संख्या सीमा 4,000 सेमी^-1 से 660 सेमी^-1), मौलिक आणविक कंपन के कारण उच्चतम ज्ञात कंपन आवृत्ति को सम्मलित करने के लिए निचली तरंग दैर्ध्य सीमा को चुना गया था। ऊपरी सीमा इस तथ्य से लगाई गई थी कि फैलाव (ऑप्टिक्स) रॉक-सॉल्ट (सोडियम क्लोराइड) के एकल क्रिस्टल से बना प्रसारित करने वाला प्रिज्म था, जो लगभग 15 μm से अधिक तरंग दैर्ध्य पर अपारदर्शी हो जाता है; यह वर्णक्रमीय क्षेत्र रॉक-नमक क्षेत्र के रूप में जाना जाने लगा। बाद के उपकरणों ने पोटेशियम ब्रोमाइड प्रिज्म का उपयोग 25 माइक्रोन (400 सेमी^-1) और सीज़ियम आयोडाइड 50 μm (200 सेमी^-1). 50 माइक्रोमीटर (200 सेमी⁻¹) दूर-अवरक्त क्षेत्र के रूप में जाना जाने लगा; बहुत लंबी तरंग दैर्ध्य पर यह माइक्रोवेव क्षेत्र में विलीन हो जाती है। सुदूर इन्फ्रारेड में मापन को प्रिज्मों को प्रसारित करने वाले तत्वों के रूप में परिवर्तित करने के लिए सही रूप से शासित विवर्तन झंझरी के विकास की आवश्यकता थी, क्योंकि इस क्षेत्र में नमक क्रिस्टल अपारदर्शी हैं। विकिरण की कम ऊर्जा के कारण बोलोमीटर से अधिक संवेदनशील डिटेक्टरों की आवश्यकता थी। जिसका कार्य नेक को एड्रेस करना था। इसके अतिरिक्त स्थिति को वायुमंडलीय जल वाष्प से बाहर करने की आवश्यकता होती है क्योंकि इस प्रकार इस क्षेत्र में जल वाष्प का गहन शुद्ध घूर्णी वर्णक्रम है। दूर-अवरक्त स्पेक्ट्रोफोटोमीटर बोझिल, धीमे और महंगे थे। माइकलसन व्यतिकरणमापी के लाभ सर्वविदित थे, किन्तु वाणिज्यिक उपकरण के निर्माण से पहले अधिक तकनीकी कठिनाइयों को दूर करना पड़ा। साथ ही आवश्यक फूरियर रूपांतरण करने के लिए इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटर की आवश्यकता थी, और यह केवल PDP-8 जैसे मिनी कंप्यूटर के आगमन के साथ ही व्यावहारिक हो गया, जो 1965 में उपलब्ध हो गया। डिजिलैब ने दुनिया के पहले वाणिज्यिक FTIR स्पेक्ट्रोमीटर (मॉडल FTS-14) का बीड़ा उठाया। ) 1969 में(डिजीलैब एफटीआईआर अब वेरियन, इंक. से स्पेक्ट्रोस्कोपी व्यवसाय प्राप्त करने के बाद एगिलेंट टेक्नोलॉजीज की आणविक उत्पाद लाइन का भाग हैं)।

माइकलसन व्यतिकरणमापी

Main article: माइकलसन इंटरफेरोमीटर

माइकलसन इंटरफेरोमीटर का योजनाबद्ध आरेख, FTIR के लिए कॉन्फ़िगर किया गया

एफटीआईआर के लिए अनुकूलित माइकलसन इंटरफेरोमीटर में, पॉलीक्रोमैटिक इन्फ्रारेड स्रोत से प्रकाश, लगभग काले पदार्थ रेडिएटर, को एकत्रित किया जाता है और बीम के द्वारा निर्देशित किया जाता है। आदर्श रूप से 50% प्रकाश निश्चित दर्पण की ओर अपवर्तित होता है और 50% गतिमान दर्पण की ओर प्रेषित होता है। प्रकाश दो दर्पणों से वापस बीम स्प्लिटर में परिलक्षित होता है और मूल प्रकाश का कुछ अंश नमूना डिब्बे में जाता है। वहां, प्रकाश नमूने पर केंद्रित है। सैंपल कम्पार्टमेंट छोड़ने पर प्रकाश को डिटेक्टर पर दोबारा फोकस किया जाता है। इंटरफेरोमीटर की दोनों भुजाओं के बीच ऑप्टिकल पथ की लंबाई में अंतर को मंदता या ऑप्टिकल पथ अंतर (ओपीडी) के रूप में जाना जाता है। इस प्रकार इंटरफेरोग्राम मंदता को अलग-अलग करके और विकट के विभिन्न मूल्यों के लिए डिटेक्टर से संकेत रिकॉर्ड करके इसके भाग द्वारा प्राप्त किया जाता है। इंटरफेरोग्राम का रूप जब कोई नमूना सम्मलित नहीं होता है तो स्रोत तीव्रता की भिन्नता और तरंग दैर्ध्य के साथ स्प्लिटर दक्षता जैसे कारकों पर निर्भर करता है। इसका परिणाम अधिकतम शून्य मंदता पर होता है, जब सभी तरंग दैर्ध्य पर रचनात्मक हस्तक्षेप होता है, इसके बाद विगल्स की श्रृंखला होती है। इंटरफेरोग्राम में अधिकतम तीव्रता का बिंदु ज्ञात करके शून्य मंदता की स्थिति को सही रूप से निर्धारित किया जाता है। जब नमूना सम्मलित होता है तो पृष्ठभूमि इंटरफेरोग्राम नमूने में अवशोषण बैंड की उपस्थिति से संशोधित होता है।

वाणिज्यिक स्पेक्ट्रोमीटर पथ अंतर उत्पन्न करने के लिए विभिन्न प्रकार के स्कैनिंग तंत्रों के साथ माइकलसन इंटरफेरोमीटर का उपयोग करते हैं। इन सभी व्यवस्थाओं के लिए सामान्य यह सुनिश्चित करने की आवश्यकता है कि सिस्टम स्कैन के रूप में दो बीम पुन: संयोजन करके प्राप्त होता हैं। इस प्रकार सबसे सरल प्रणालियों में समतल दर्पण होता है जो बीम के पथ को परिवर्तित करने के लिए रैखिक रूप से चलता है। इस व्यवस्था में गतिमान दर्पण को झुकना या डगमगाना नहीं चाहिए क्योंकि यह प्रभावित करेगा कि बीम पुन: संयोजित होने पर कैसे ओवरलैप करते हैं। कुछ प्रणालियाँ क्षतिपूर्ति तंत्र को सम्मलित करती हैं जो संरेखण को बनाए रखने के लिए स्वचालित रूप से दर्पण के उन्मुखीकरण को समायोजित करता है। इस समस्या से बचने वाली व्यवस्थाओं में समतल दर्पणों के अतिरिक्त क्यूब कॉर्नर रिफ्लेक्टर का उपयोग करना सम्मलित है क्योंकि इनमें अभिविन्यास की परवाह किए बिना समानांतर दिशा में किसी भी घटना बीम को वापस करने का गुण होता है।

इंटरफेरोमीटर स्कीमैटिक्स जहां रोटरी गति द्वारा पथ अंतर उत्पन्न होता है।

सिस्टम जहां रोटरी आंदोलन द्वारा पथ अंतर उत्पन्न होता है, बहुत सफल सिद्ध हुआ है। सामान्य प्रणाली में बीम में समानांतर दर्पणों की जोड़ी सम्मलित होती है जिसे रिटर्निंग बीम को विस्थापित किए बिना पथ को परिवर्तित करने के लिए घुमाया जा सकता है। दूसरा डबल पेंडुलम डिज़ाइन है जहां इंटरफेरोमीटर की भुजा में पथ बढ़ता है क्योंकि दूसरी भुजा में पथ घटता है।

एक पूरी तरह से अलग दृष्टिकोण में बीम में पोटेशियम ब्रोमाइड जैसे आईआर-पारदर्शी सामग्री की कील को स्थानांतरित करना सम्मलित है। बीम में KBr की मोटाई बढ़ने से ऑप्टिकल पथ बढ़ जाता है क्योंकि अपवर्तनांक हवा की तुलना में अधिक होता है। इस दृष्टिकोण की सीमा यह है कि तरंग दैर्ध्य सीमा पर अपवर्तक सूचकांक की भिन्नता तरंग दैर्ध्य अंशांकन की सटीकता को सीमित करती है।

इंटरफेरोग्राम को मापना और संसाधित करना

इंटरफेरोग्राम को शून्य पथ अंतर से अधिकतम लंबाई तक मापा जाना चाहिए जो आवश्यक संकल्प पर निर्भर करता है। व्यवहार में स्कैन शून्य के दोनों ओर हो सकता है जिसके परिणामस्वरूप दो तरफा इंटरफेरोग्राम होता है। यांत्रिक डिजाइन की सीमाओं का मतलब यह हो सकता है कि उच्चतम रिज़ॉल्यूशन के लिए स्कैन केवल शून्य के तरफ अधिकतम ओपीडी तक चलता है।

इंटरफेरोग्राम को फूरियर रूपांतरण द्वारा वर्णक्रम में परिवर्तित किया जाता है। इसके लिए इसे दो बीमों के बीच पथ अंतर के समान अंतराल पर मानों की श्रृंखला के रूप में डिजिटल रूप में संग्रहीत करने की आवश्यकता होती है। पथ के अंतर को मापने के लिए इंटरफेरोमीटर के माध्यम से लेजर बीम भेजा जाता है, साइनसोइडल संकेत उत्पन्न करता है, जहां क्रमिक मैक्सिमा के बीच अलगाव लेजर की तरंग दैर्ध्य के बराबर होता है (सामान्यतः 633 एनएम हीलियम-नियॉन लेजर का उपयोग किया जाता है)। इस प्रकार यह हर बार लेजर संकेत शून्य से गुजरने पर IR संकेत को मापने के लिए एनॉलॉग से डिजिटल परिवर्तित करने वाला उपकरण को ट्रिगर कर सकता है। वैकल्पिक रूप से, लेजर और आईआर संकेत को छोटे अंतराल पर आईआर संकेत के साथ समकालिक रूप से मापा जा सकता है, जो कि लेजर संकेत शून्य क्रॉसिंग के अनुरूप होता है, जिसे इंटरपोलेशन द्वारा निर्धारित किया जाता है। यह दृष्टिकोण एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स के उपयोग की अनुमति देता है जो कन्वर्टर्स की तुलना में अधिक सही और सही होते हैं जिन्हें ट्रिगर किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप कम ध्वनि होता है।

इंटरफेरोग्राम के मान कभी-कभी लेजर संकेत के शून्य क्रॉसिंग के अनुरूप इंटरपोलेशन द्वारा पाए जाते हैं।

फूरियर परिवर्तन का परिणाम असतत तरंग दैर्ध्य की श्रृंखला में संकेत का वर्णक्रम है। गणना में उपयोग की जा सकने वाली तरंग दैर्ध्य की सीमा इंटरफेरोग्राम में डेटा बिंदुओं के पृथक्करण द्वारा सीमित होती है। सबसे छोटी तरंगदैर्ध्य जिसे पहचाना जा सकता है, इन डेटा बिंदुओं के बीच की दूरी का दोगुना है। उदाहरण के लिए, HeNe रेफरेंस लेजर के तरंगदैर्घ्य पर बिंदु के साथ 0.633 μm (15800 cm⁻¹) सबसे छोटी तरंग दैर्ध्य होगी 1.266 μm (7900 cm⁻¹). कम तरंग दैर्ध्य पर किसी भी ऊर्जा को अलियासिंग करने के कारण लंबी तरंग दैर्ध्य से आने के रूप में व्याख्या की जाएगी और इसलिए वैकल्पिक रूप से या इलेक्ट्रॉनिक रूप से कम किया जाना चाहिए। वर्णक्रमीय संकल्प, अर्थात तरंग दैर्ध्य के बीच अलगाव जिसे अलग किया जा सकता है, अधिकतम ओपीडी द्वारा निर्धारित किया जाता है। फूरियर रूपांतरण की गणना में उपयोग की जाने वाली तरंग दैर्ध्य ऐसी होती है कि तरंग दैर्ध्य की सही संख्या इंटरफेरोग्राम की लंबाई में शून्य से अधिकतम ओपीडी तक फिट होती है क्योंकि यह उनके योगदान को ऑर्थोगोनल बनाता है। इसका परिणाम समान आवृत्ति अंतराल द्वारा अलग किए गए बिंदुओं वाले वर्णक्रम में होता है।

अधिकतम पथ अंतर के लिए d आसन्न तरंग दैर्ध्य λ₁ और λ₂ होगा n और (n+1) चक्र, इंटरफेरोग्राम में संगत आवृत्तियाँ क्रमशः ν₁ और n₂ हैं

d = nλ1	and d = (n+1)λ2
λ1 = d/n	and λ2 =d/(n+1)
ν1 = 1/λ1	and ν2 = 1/λ2
ν1 = n/d	and ν2 = (n+1)/d
ν2 − ν1 = 1/d

अलगाव अधिकतम ओपीडी का व्युत्क्रम है। उदाहरण के लिए, अधिकतम 2 सेमी की ओपीडी के परिणामस्वरूप विवादित अन्तर 0.5 cm⁻¹ होता है, यह वर्णक्रमीय संकल्प इस अर्थ में है कि बिंदु पर मूल्य आसन्न बिंदुओं पर मूल्यों से स्वतंत्र है। अधिकांश उपकरणों को अलग-अलग ओपीडी चुनकर अलग-अलग रिजोल्यूशन पर संचालित किया जा सकता है। नियमित विश्लेषण के लिए उपकरणों में सामान्यतः आसपास का सबसे अच्छा रिज़ॉल्यूशन 0.5 cm⁻¹ होता है, जबकि स्पेक्ट्रोमीटर उतने ही उच्च रिज़ॉल्यूशन के साथ 0.001 cm⁻¹ बनाए गए हैं, अधिकतम 10 मीटर की ओपीडी के अनुरूप में इसका उपयोग होता हैं। शून्य पथ अंतर के अनुरूप इंटरफेरोग्राम में बिंदु की पहचान की जानी चाहिए, सामान्यतः यह मानते हुए कि अधिकतम संकेत होता है। यह तथाकथित सेंटरबर्स्ट हमेशा वास्तविक दुनिया के स्पेक्ट्रोमीटर में सममित नहीं होता है इसलिए चरण सुधार की गणना की जा सकती है। इंटरफेरोग्राम संकेत का क्षय होता है क्योंकि पथ अंतर बढ़ता है, इस प्रकार क्षय की दर वर्णक्रम में सुविधाओं की चौड़ाई से व्युत्क्रमानुपाती होती है। यदि ओपीडी इतना बड़ा नहीं है कि इंटरफेरोग्राम संकेत को नगण्य स्तर तक क्षय करने की अनुमति दे तो परिणामी वर्णक्रम में सुविधाओं से जुड़े अवांछित दोलन या साइडलोब होंगे। इन साइडलोब्स को कम करने के लिए इंटरफेरोग्राम को सामान्यतः फ़ंक्शन से गुणा किया जाता है जो अधिकतम ओपीडी पर शून्य तक पहुंचता है। यह तथाकथित एपोडिजेशन किसी भी साइडलोब के आयाम को कम करता है और खर्च पर ध्वनि का स्तर भी संकल्प में कुछ कमी करता है।

फास्ट फूरियर रूपांतरण के लिए इंटरफेरोग्राम में अंकों की संख्या दो की शक्ति के बराबर होनी चाहिए। इस प्रकार इसे प्राप्त करने के लिए मापा इंटरफेरोग्राम में शून्य की स्ट्रिंग जोड़ी जा सकती है। अंतिम वर्णक्रम की उपस्थिति में सुधार करने के लिए जीरो फिलिंग नामक प्रक्रिया में अधिक शून्य जोड़े जा सकते हैं, चूंकि रिज़ॉल्यूशन में कोई सुधार नहीं हुआ है। वैकल्पिक रूप से, फूरियर रूपांतरण के बाद प्रक्षेप समान परिणाम देता है।

लाभ

स्कैनिंग (डिस्पर्सिव) स्पेक्ट्रोमीटर की तुलना में एफटी स्पेक्ट्रोमीटर के तीन प्रमुख लाभ हैं। इस प्रकार मल्टीप्लेक्स या फेलगेट का लाभ इस तथ्य से उत्पन्न होता है कि सभी तरंग दैर्ध्य की जानकारी साथ एकत्र की जाती है। यह निश्चित डिटेक्टर ध्वनि योगदान (सामान्यतः थर्मल इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रल क्षेत्र में जहां फोटोडिटेक्टर पीढ़ी-पुनर्संयोजन ध्वनि द्वारा सीमित है) द्वारा सीमित टिप्पणियों के लिए दिए गए स्कैन-टाइम के लिए उच्च संकेत-टू-ध्वनि अनुपात में परिणाम देता है। m विभेदन तत्वों वाले वर्णक्रम के लिए, यह वृद्धि m के वर्गमूल के बराबर है। वैकल्पिक रूप से, यह किसी दिए गए रिज़ॉल्यूशन के लिए कम स्कैन-टाइम की अनुमति देता है। अभ्यास में कई स्कैन अधिकांशतः औसत होते हैं, स्कैन की संख्या के वर्ग रूट द्वारा संकेत-टू-ध्वनि अनुपात में वृद्धि करते हैं।

1. थ्रूपुट या जैक्विनॉट का लाभ इस तथ्य का परिणाम है कि परिक्षेपी उपकरण में, मोनोक्रोमेटर में प्रवेश और निकास छिद्र होते हैं जो इसके माध्यम से गुजरने वाले प्रकाश की मात्रा को प्रतिबंधित करते हैं। इंटरफेरोमीटर थ्रूपुट केवल स्रोत से आने वाले कोलिमेटेड बीम के व्यास द्वारा निर्धारित किया जाता है। चूंकि किसी स्लिट की आवश्यकता नहीं है, एफटीआईआर स्पेक्ट्रोमीटर को इंटरफेरोमीटर में कोलिमेटेड बीम के अभिसरण को प्रतिबंधित करने के लिए एपर्चर की आवश्यकता होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि अभिसारी किरणें विभिन्न आवृत्तियों पर संशोधित होती हैं क्योंकि पथ अंतर भिन्न होता है। इस तरह के एपर्चर को जैक्विनॉट स्टॉप कहा जाता है। इस प्रकार किसी दिए गए रिज़ॉल्यूशन और तरंगदैर्ध्य के लिए यह गोलाकार एपर्चर भट्ठा की तुलना में अधिक प्रकाश की अनुमति देता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च संकेत-टू-ध्वनि अनुपात होता है।
2. तरंग दैर्ध्य सटीकता या कोन्स 'लाभ मुख्यतः तरंग दैर्ध्य पैमाने को ज्ञात करके तरंग दैर्ध्य के लेजर बीम द्वारा कैलिब्रेट किया जाता है जो इंटरफेरोमीटर से होकर गुजरता है। यह प्रसारित करने वाले उपकरणों की तुलना में बहुत अधिक स्थिर और सही है जहां पैमाना विवर्तन झंझरी के यांत्रिक संचलन पर निर्भर करता है। व्यवहार में, सटीकता इंटरफेरोमीटर में बीम के विचलन से सीमित होती है जो संकल्प पर निर्भर करती है।

एक और मामूली लाभ हेतु प्रकाश के प्रति कम संवेदनशीलता प्रकट करता है, जो कि तरंग दैर्ध्य का विकिरण है जो वर्णक्रम में दूसरे तरंग दैर्ध्य पर दिखाई देता है। इस प्रकार प्रसारित करने वाले उपकरणों में, यह विवर्तन झंझरी और आकस्मिक प्रतिबिंबों में खामियों का परिणाम है। एफटी उपकरणों में कोई प्रत्यक्ष समतुल्य नहीं है क्योंकि इंटरफेरोमीटर में मॉड्यूलेशन आवृत्ति द्वारा स्पष्ट तरंग दैर्ध्य निर्धारित किया जाता है।

संकल्प

इंटरफेरोग्राम लंबाई आयाम में है। फूरियर रूपांतरण (FT) आयाम को उलट देता है, इसलिए इंटरफेरोग्राम का FT व्युत्क्रम लंबाई आयाम ([L−1]) में होता है, जो कि तरंग संख्या का आयाम है। सेमी में वर्णक्रमीय संकल्प⁻¹ सेमी में अधिकतम मंदता के व्युत्क्रम के बराबर है। इस प्रकार 4 सेमी⁻¹ रिज़ॉल्यूशन प्राप्त किया जाएगा यदि अधिकतम मंदता 0.25 सेमी है; यह सस्ते FTIR उपकरणों की खासियत है। अधिकतम मंदता को बढ़ाकर बहुत अधिक विभेदन प्राप्त किया जा सकता है। इस प्रकार यह सरल नहीं है, क्योंकि गतिमान दर्पण को लगभग पूर्ण सीधी रेखा में यात्रा करनी चाहिए। समतल दर्पणों के स्थान पर कोने-घन दर्पणों का उपयोग सहायक होता है, क्योंकि कोने-घन दर्पण से निकलने वाली किरण आने वाली किरण के समानांतर होती है, दर्पण के अक्ष के लंबवत अक्ष के बारे में दर्पण के उन्मुखीकरण किए बिना प्राप्त होता हैं। प्रकाश किरण। 1966 में कोन्स ने रोविब्रेशनल कपलिंग रिकॉर्ड करके शुक्र के वातावरण के तापमान को मापा|वीनसियन Co₂ के कंपन-घूर्णन वर्णक्रम 0.1 सेमी⁻¹ पर संकल्पित किया गया हैं। अल्बर्ट अब्राहम माइकलसन ने स्वयं हाइड्रोजन एच-अल्फा या H_α को हल करने का प्रयास किया इंटरफेरोमीटर का उपयोग करके हाइड्रोजन परमाणु के वर्णक्रम में उसके दो घटकों में उत्सर्जन बैंड। 25 0.001 सेमी के साथ स्पेक्ट्रोमीटर^{-1 रिज़ॉल्यूशन अब व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है। उच्च-रिज़ॉल्यूशन FTIR के लिए थ्रूपुट लाभ महत्वपूर्ण है, क्योंकि समान रिज़ॉल्यूशन वाले डिस्पर्सिव इंस्ट्रूमेंट में मोनोक्रोमेटर में बहुत संकीर्ण मोनोक्रोमेटर जेनरी टर्नर मोनोक्रोमेटर होगा।}

प्रेरणा

FTIR इन्फ्रारेड अवशोषण और उत्सर्जन स्पेक्ट्रा को मापने की विधि है। लोग इन्फ्रारेड अवशोषण और उत्सर्जन स्पेक्ट्रा को क्यों मापते हैं, अर्थात क्यों और कैसे पदार्थ इन्फ्रारेड प्रकाश को अवशोषित और उत्सर्जित करते हैं, इसकी जानकारी के लिए इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी लेख देखें।

अवयव

एफटीआईआर सेटअप। सैंपल को डिटेक्टर के ठीक सामने रखा जाता है।

आईआर स्रोत

एफटीआईआर स्पेक्ट्रोमीटर अधिकतम मध्य और निकट आईआर क्षेत्रों में मापन के लिए उपयोग किए जाते हैं। मध्य-आईआर क्षेत्र के लिए, 2−25 माइक्रोमीटर (5,000–400 सेमी^-1), सबसे आम स्रोत सिलिकन कार्बाइड|सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) तत्व है जिसे लगभग 1,200 K (930 °C; 1,700 °F) (ग्लोबर) पर गर्म किया जाता है। आउटपुट ब्लैकबॉडी के समान है। नियर-आईआर की लघु तरंगदैर्घ्य, 1−2.5 μm (10,000–4,000 सेमी^-1), उच्च तापमान स्रोत की आवश्यकता होती है, सामान्यतः टंगस्टन-हैलोजन लैंप में इसका उपयोग होता हैं। इनका दीर्घ तरंग दैर्ध्य उत्पादन लगभग 5μm (2,000cm⁻¹) क्वार्ट्ज़ एनवलप के अवशोषण द्वारा ज्ञात किया जाता हैं। इस प्रकार दूर-आईआर के लिए, विशेष रूप से तरंग दैर्ध्य पर 50 माइक्रोन (200 सेमी^-1) पारा डिस्चार्ज लैंप थर्मल स्रोत से अधिक आउटपुट देता है।

डिटेक्टर

सुदूर-आईआर स्पेक्ट्रोमीटर सामान्यतः पायरोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर का उपयोग करते हैं जो तापमान में परिवर्तन का उत्तर देते हैं क्योंकि उन पर गिरने वाले आईआर विकिरण की तीव्रता भिन्न होती है। इन डिटेक्टरों में संवेदनशील तत्व या तो ड्यूटेरेटेड ट्राइग्लिसिन सल्फेट (DTGS) या लिथियम टैंटलेट (LiTaO) हैं।) तथा ये डिटेक्टर परिवेश के तापमान पर कार्य करते हैं और अधिकांश नियमित अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त संवेदनशीलता प्रदान करते हैं। इस प्रकार सर्वोत्तम संवेदनशीलता प्राप्त करने के लिए स्कैन का समय सामान्यतः कुछ सेकंड होता है। इस प्रकार उच्च संवेदनशीलता या तेज प्रतिक्रिया की आवश्यकता वाली स्थितियों के लिए कूल्ड फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्टरों को नियोजित किया जाता है। मध्य-आईआर में तरल नाइट्रोजन ठंडा पारा कैडमियम टेल्यूराइड (एमसीटी) डिटेक्टर सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। इन डिटेक्टरों के साथ इंटरफेरोग्राम को 10 मिलीसेकंड के रूप में मापा जा सकता है। नियर-आईआर सिस्टम में अनकूल्ड इंडियम गैलियम आर्सेनाइड फोटोडायोड या DTGS सामान्य विकल्प हैं। दूर-आईआर में बहुत संवेदनशील तरल-हीलियम-कूल्ड सिलिकॉन या जर्मेनियम बोलोमीटर का उपयोग किया जाता है जहां स्रोत और बीमस्प्लिटर दोनों अक्षम हैं।

बीम फाड़नेवाला

बीम-स्प्लिटर और कम्पेसाटर प्लेट के साथ सरल व्यतिकरणमापी

एक आदर्श बीम-स्प्लिटर आपतित विकिरण का 50% संचारित और परावर्तित करता है। चूंकि, चूंकि किसी भी सामग्री में ऑप्टिकल ट्रांसमिटेंस की सीमित सीमा होती है, कई बीम-स्प्लिटर्स को व्यापक वर्णक्रमीय सीमा को कवर करने के लिए दूसरे के स्थान पर उपयोग किया जा सकता है। मध्य-आईआर क्षेत्र के लिए बीम्सप्लिटर सामान्यतः जर्मेनियम-आधारित कोटिंग के साथ केबीआर से बना होता है जो इसे अर्ध-चिंतनशील बनाता है। KBr 25 μm (400 सेमी^-1) इसलिए सीज़ियम आयोडाइड या थैलियम हलाइड्स या KRS-5 का उपयोग कभी-कभी सीमा को लगभग 50 माइक्रोन (200 सेमी^-1) तक बढ़ाने के लिए किया जाता है) तथा यहाँ पर ZnSe एक विकल्प है जहां नमी वाष्प समस्या हो सकती है किन्तु लगभग 20μm (500 सेमी^-1) CaF₂ के निकट आईआर के लिए सामान्य सामग्री को उपयोग करते हैं। इस प्रकार केबीआर की तुलना में नमी के प्रति कठोर और कम संवेदनशील दोनों है, किन्तु इसका उपयोग लगभग 8 माइक्रोन (1,200 सेमी^-1) से अधिक नहीं किया जा सकता है)। साधारण रूप से माइकलसन इंटरफेरोमीटर में बीम बीमप्लिटर से दो बार उपयोग में लाया जाता है किन्तु दूसरा केवल एक बार इसे निर्वाहित किया जाता है। इसे ठीक करने के लिए समान मोटाई की अतिरिक्त कम्पेसाटर प्लेट सम्मलित की गई है। सुदूर-आईआर बीमप्लिटर अधिकतम बहुलक फिल्मों पर आधारित होते हैं और सीमित तरंग दैर्ध्य सीमा को कवर करते हैं।

क्षीण कुल प्रतिबिंब

Main article: तनु कुल प्रतिबिंब

तनु कुल परावर्तन (एटीआर) एफटीआईआर स्पेक्ट्रोफोटोमीटर का सहायक है जो ठोस या पतली फिल्म के नमूनों की सतह के गुणों को उनके थोक गुणों के अतिरिक्त मापने के लिए है। सामान्यतः, एटीआर में नमूना स्थितियों के आधार पर लगभग 1 या 2 माइक्रोमीटर की प्रवेश गहराई होती है।

फूरियर रूपांतरण

अभ्यास में इंटरफेरोग्राम में मंदता के असतत मूल्यों के लिए मापी गई तीव्रता का सेट होता है। इस प्रकार लगातार मंदता मूल्यों के बीच का अंतर स्थिर है। इस प्रकार, असतत फूरियर रूपांतरण की आवश्यकता है। फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म (FFT) एल्गोरिथम का उपयोग किया जाता है।

स्पेक्ट्रल सीमा

सुदूर अवरक्त

सबसे पहले एफटीआईआर स्पेक्ट्रोमीटर दूर-अवरक्त सीमा के लिए विकसित किए गए थे। इसका कारण अच्छे ऑप्टिकल प्रदर्शन के लिए आवश्यक यांत्रिक सहनशीलता के साथ करना है, जो उपयोग किए जा रहे प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से संबंधित है। दूर अवरक्त के अपेक्षाकृत लंबे तरंग दैर्ध्य के लिए अन्तर की सीमा 10 माइक्रोन तक की सहनशीलता तक सीमित होती है, जबकि रॉक-नमक क्षेत्र के लिए सहनशीलता 1 माइक्रोन से उत्तम होती है। राष्ट्रीय भौतिक प्रयोगशाला (यूनाइटेड किंगडम) में विकसित क्यूब इंटरफेरोमीटर विशिष्ट उपकरण था। और ग्रब पार्सन्स द्वारा विपणन किया गया। यह गतिमान दर्पण को चलाने के लिए स्टेपर मोटर का उपयोग करता था, प्रत्येक चरण पूरा होने के पश्चात डिटेक्टर प्रतिक्रिया को रिकॉर्ड करता था।

मध्य-अवरक्त

सस्ते माइक्रो कंप्यूटरों के आगमन के साथ, स्पेक्ट्रोमीटर को नियंत्रित करने, डेटा एकत्र करने, फूरियर रूपांतरण करने और वर्णक्रम प्रस्तुत करने के लिए समर्पित कंप्यूटर का होना संभव हो गया। इसने रॉक-नमक क्षेत्र के लिए एफटीआईआर स्पेक्ट्रोमीटर के विकास के लिए प्रोत्साहन प्रदान किया। अल्ट्रा-हाई प्रिसिजन ऑप्टिकल और मैकेनिकल घटकों के निर्माण की समस्याओं को हल करना था। उपकरणों की विस्तृत श्रृंखला अब व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है। चूंकि उपकरण डिजाइन अधिक परिष्कृत हो गया है, बुनियादी सिद्धांत वही रहते हैं। इस प्रकार आजकल, इंटरफेरोमीटर का गतिमान दर्पण स्थिर वेग से चलता है, और इंटरफेरोग्राम का नमूना हीलियम-नियॉन लेजर द्वारा जलाए जाने वाले द्वितीयक इंटरफेरोमीटर के किनारों में शून्य-क्रॉसिंग ढूंढकर ट्रिगर किया जाता है। आधुनिक एफटीआईआर प्रणालियों में निरंतर दर्पण वेग की कड़ाई से आवश्यकता नहीं होती है, जब तक कि लेजर फ्रिंज और मूल इंटरफेरोग्राम को उच्च नमूना दर के साथ साथ रिकॉर्ड किया जाता है और फिर स्थिर ग्रिड पर पुन: प्रक्षेपित किया जाता है, जैसा कि जेम्स डब्ल्यू ब्रॉल्ट द्वारा अग्रणी है। इस प्रकार यह परिणामस्वरूप इन्फ्रारेड वर्णक्रम पर बहुत अधिक तरंग संख्या सटीकता प्रदान करता है और तरंग संख्या अंशांकन त्रुटियों से बचाता है।

निकट-अवरक्त

Main article: समीपस्थ-अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी

निकट-अवरक्त क्षेत्र रॉक-नमक क्षेत्र और लगभग 750 एनएम पर दृश्यमान वर्णक्रम क्षेत्र के प्रारंभ के बीच तरंग दैर्ध्य सीमा को फैलाता है। इस प्रकार इस क्षेत्र में मौलिक स्पंदनों के अधिस्वर देखे जा सकते हैं। यह मुख्य रूप से औद्योगिक अनुप्रयोगों जैसे प्रक्रिया नियंत्रण और रासायनिक इमेजिंग में उपयोग किया जाता है।

अनुप्रयोग

एफटीआईआर का उपयोग उन सभी अनुप्रयोगों में किया जा सकता है जहां अतीत में फैलाव वाले स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग किया गया था (बाहरी लिंक देखें)। इसके अतिरिक्त, उत्तम संवेदनशीलता और गति ने आवेदन के नए क्षेत्रों को खोल दिया है। स्पेक्ट्रा को उन स्थितियों में मापा जा सकता है जहां बहुत कम ऊर्जा डिटेक्टर तक पहुंचती है और स्कैन दर 50 स्पेक्ट्रा प्रति सेकंड से अधिक हो सकती है। फूरियर ट्रांसफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग फूरियर ट्रांसफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी, रसायन विज्ञान, सामग्री और जीव विज्ञान अनुसंधान क्षेत्रों के भूविज्ञान अनुप्रयोगों में किया जाता है।

नैनो और जैविक सामग्री

एफटीआईआर का उपयोग हाइड्रोफोबिक झिल्ली वातावरण में विभिन्न नैनोमैटेरियल्स और प्रोटीन की जांच के लिए भी किया जाता है। ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटीन अध्ययन के लिए रीढ़ की हड्डी के साथ किसी दिए गए साइट पर सीधे ध्रुवीयता निर्धारित करने के लिए एफटीआईआर की क्षमता को दिखाते हैं। एफटीआईआर की सहायता से विभिन्न कार्बनिक और अकार्बनिक नैनोमैटिरियल्स और उनके मात्रात्मक विश्लेषण के साथ सम्मलित बांड सुविधाओं को किया जा सकता है।

माइक्रोस्कोपी और इमेजिंग

एक इन्फ्रारेड माइक्रोस्कोप नमूनों को देखे जाने की अनुमति देता है और स्पेक्ट्रा को 5 माइक्रोन के रूप में छोटे क्षेत्रों से मापा जाता है। छवियों को लीनियर या 2-डी सरणी डिटेक्टरों के साथ माइक्रोस्कोप के संयोजन से उत्पन्न किया जा सकता है। स्थानिक रिज़ॉल्यूशन दसियों हज़ार पिक्सेल के साथ 5 माइक्रोन तक पहुँच सकता है। छवियों में प्रत्येक पिक्सेल के लिए वर्णक्रम होता है और किसी भी तरंग दैर्ध्य या तरंग दैर्ध्य के संयोजन पर तीव्रता दिखाने वाले मानचित्रों के रूप में देखा जा सकता है। इससे नमूने के भीतर विभिन्न रासायनिक प्रजातियों के वितरण को देखा जा सकता है। विशिष्ट अध्ययनों में पारंपरिक हिस्टोपैथोलॉजी के विकल्प के रूप में ऊतक वर्गों का विश्लेषण करना और फार्मास्युटिकल टैबलेट की एकरूपता की जांच करना सम्मलित है।

विवर्तन सीमा के नीचे नैनोस्केल और स्पेक्ट्रोस्कोपी

FTIR के स्थानिक रिज़ॉल्यूशन को माइक्रोमीटर स्केल के नीचे निकट-क्षेत्र स्कैनिंग ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप | स्कैनिंग नियर-फ़ील्ड ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी प्लेटफ़ॉर्म में एकीकृत करके और उत्तम बनाया जा सकता है। संबंधित विधि को नैनो-एफटीआईआर कहा जाता है और अल्ट्रा-छोटी मात्रा (एकल वायरस और प्रोटीन कॉम्प्लेक्स) में सामग्री पर और 10 से 20 एनएम स्थानिक रिज़ॉल्यूशन के साथ ब्रॉडबैंड स्पेक्ट्रोस्कोपी करने की अनुमति देता है।

क्रोमैटोग्राफी में डिटेक्टर के रूप में एफटीआईआर

एफटीआईआर की गति यौगिकों से स्पेक्ट्रा प्राप्त करने की अनुमति देती है क्योंकि वे गैस क्रोमैटोग्राफ द्वारा अलग किए जाते हैं। चूंकि इस प्रकार जीसी-एमएस (गैस क्रोमैटोग्राफी-मास स्पेक्ट्रोमेट्री) की तुलना में इस विधि का बहुत कम उपयोग किया जाता है जो अधिक संवेदनशील है। इस प्रकार जीसी-आईआर विधि आइसोमर्स की पहचान करने के लिए विशेष रूप से उपयोगी है, जो उनके स्वभाव से समान द्रव्यमान वाले होते हैं। विलायक सम्मलित होने के कारण तरल क्रोमैटोग्राफी अंश अधिक कठिन होते हैं। उल्लेखनीय अपवाद जेल पर्मिएशन क्रोमेटोग्राफी का उपयोग करके पॉलीइथाइलीन में आणविक आकार के कार्य के रूप में चेन ब्रांचिंग को मापना है, जो कि क्लोरीनयुक्त सॉल्वैंट्स का उपयोग करना संभव है, जिनका प्रश्न में क्षेत्र में कोई अवशोषण नहीं है।

टीजी-आईआर (थर्मोग्रैविमेट्रिक विश्लेषण-इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोमेट्री)

एक सामग्री के रूप में विकसित गैस को मापने से वजन घटाने को मापने के द्वारा प्रदान की गई है। इस प्रकार विशुद्ध रूप से मात्रात्मक जानकारी के पूरक के लिए प्रजातियों की गुणात्मक पहचान की अनुमति मिलती है।

प्लास्टिक और सम्मिश्र में जल सामग्री का निर्धारण

एफटीआईआर विश्लेषण का उपयोग अधिक पतले प्लास्टिक और समग्र भागों में पानी की मात्रा निर्धारित करने के लिए किया जाता है, सामान्यतः इस प्रकार प्रयोगशाला सेटिंग में। इस तरह के एफटीआईआर तरीकों का लंबे समय से प्लास्टिक के लिए उपयोग किया जाता रहा है, और 2018 में समग्र सामग्री के लिए विस्तारित हो गया, जब क्राउक्लिस, गगनी और एक्टरमेयर द्वारा विधि प्रस्तुत की गई थी। एफटीआईआर पद्धति लगभग 5,200 सेमी-1 पर अवशोषक बैंड की अधिकतम सीमा का उपयोग करती है जो सामग्री में वास्तविक जल सामग्री से संबंधित है।

यह भी देखें

• असतत फूरियर रूपांतरण – Type of Fourier transform in discrete mathematics - समान दूरी वाले डेटा में आवधिकता की गणना के लिए
• फूरियर रूपांतरण – Mathematical transform that expresses a function of time as a function of frequency
• फूरियर रूपांतरण स्पेक्ट्रोस्कोपी
• कम से कम वर्ग वर्णक्रमीय विश्लेषण - असमान दूरी वाले डेटा में आवधिकता की गणना के लिए

बाहरी संबंध

• Infracord spectrometer photograph
• The Grubb-Parsons-NPL cube interferometer Spectroscopy, part 2 by Dudley Williams, page 81
• infrared materials Properties of many salt crystals and useful links.
• University FTIR lab example from University of Bristol