主题:【原创】“连载热电尼高利《Advanced FT-IR Spectroscopy》”之中文翻译版

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光声信号相位既可以单独使用也可以其他调制变频率器联用,但通常后者在断层分析所提供的信息要比前者详细的多。为了得到正确的光声相位信号,需要对光声相位进行校正。校正采用具有强吸收的物质(如:碳黑填充橡胶或玻璃碳)来建立“表观相位”作为参考值。
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相位光声光谱有多种方法可应用于断层分析。第一种途径是直接使用同相(I)和正交(Q)光谱。通过使用表面相位参考,同相光谱提高了表面吸收性,正交光谱则提高了基层的吸收性。第二种途径可以是旋转检测相位至试验-和-错误路径(译注:难以理解该词汇汉译,请看原文)或通过系统地、连续旋转来消除光谱中某些波段,也可以改变相关波段的强度作为检测相位角的函数。通过比较所选波段的相位旋转曲线中的“消失的”角度(波节,译注:振动体的静止点),就可以得到定量结果。在数学上,相位旋转可以简单的用矢量运算得到:
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此处的θ是初始“检测”相位角,α是用于旋转光谱(或干涉图)的相位角。由相位旋转产生的新的“同相”  和“正交” 光谱对不同深度样品信号的提高取决于α值。断层分析的第三途径是使用相位数据根据公式(3-8)计算由同时采集到的同相和正交相光谱所生成的相位光谱θ(σ)而实现的。采用连续相位旋转曲线法通过消失角得到的相差也可以由相位光谱通过更加直接、少许处理的途径得到。
li5678
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由于测定参考物和样品时仪器相位的重复性存在问题,所以测定光声相位的绝对值是不现实的。然而,同一光谱中不同波段的相差具有高度的重复性。由基于此,相差就成为简单概念上的普通理论模型,且非常适用于每层用特殊波段标记的离散层物质,可用数学公式(3-6)和(3-7)来描述3.3.3章节中的两个特殊案例。在此相差模型中,相关变量(厚度、吸光性、热散射、调制频率等等)由光声相位的每个信息决定。因此这些物理参数也可以通过使用此模型和S2ΦM傅立叶变换红外光声光谱技术进行定量测定。
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3.3.6 步进扫描相位调制(S2ΦM)傅立叶变换红外光声光谱:实验
光声光谱参考。由于仅有被吸收的红外光能产生热波成为可被光声检测器接受的信号,所以光声单光束光谱是样品的未修正“吸收”光谱。光谱范围内的光源强度、分束器效率和检测器相应值的变化都可使用在全波数范围内具有高吸收的参考样品加以校正。通常对于连续扫描和步进扫描光声光谱断层分析,使用具有强吸收的玻璃碳(或高含量碳黑填充橡胶,含碳两不小于60%)作为参考物质。由于参考物质在整个中红外区域具有强吸收,其幅度频谱可作为校准光声光谱的参考物质,用来校准之前所提到的变量参数。另外,几乎所有的吸收均来自于强吸收物质的表层,因此其又能作为表层参考物质来计算步进扫描相位调制断层分析实验的相位。当选用适当的参考物质时,如图3.6所示的ΦM相关的相位设定按钮按下后同相(I)通道具有最大光声信号,随后正交(Q)通道则显示最小。当此时的相位角计算完之后,ΦM相位的设定值将会被保存并保证在分析样品时使用同样的调制频率。最终样品的同相光谱的表面吸收性将得以提高,而样品的正交光谱的基层或深层吸收性也将会提高。
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软件设定窗口。用于S2ΦM实验的OMNIC SST设定窗口如图3.6所示。所有的实验参数均可在此窗口内设定完成。使用设定参数Start按钮可以进行简略设定扫描(在ZPD或中间震动点64点),并将结果显示在窗口中。相位角计算按钮在窗口的右下角,并且只有将玻璃碳黑置于光声池中后才能按下此按钮。此设定窗口也允许用户在采集数据之前对光声池上的光声增益进行调解进而优化信号。
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3.3.7傅立叶变换光声光谱断层分析实验
傅立叶变换光声光谱断层分析的理论、实验、光谱分析步骤已在之前的章节加以讨论。本章中将对一些多层样品的断层分析应用途径加以证明。调制频率-分辨和相位-分辨S2ΦM傅立叶变换光声光谱将着重作为实际分析中最流行的途径。另外,因为连续扫描光声光谱在数据采集方面较为简易和迅速,尽管其光谱解释还比较模糊,但也将被证明是一种非常有价值的诊断工具。通过在整个动镜移动范围内监测特征谱带的强度变化,其也可以获得一些有用断层分析光谱。在文献中报道的用于傅立叶变换光声光谱的其他断层分析途径(比如:时间分辨傅立叶变换光声光谱、二维傅立叶变换光声光谱和傅立叶变换线性光声光谱)本章中讲不做讨论。二维傅立叶变换光声光谱的概述将在第7章中加以简要介绍。
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ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物)上的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。此样品为较厚的ABS基层上涂覆0.9μm的PMMA层。图3.7所示的是取自一系列光学速率(0.0158-0.63cm/sec)下的连续扫描光声光谱。如图所示在较高的光学速率下调制频率也较高,采样深度相对较浅,因此光声光谱主要取决于表层的PMMA层。此图片是按照速率和相对调制频率呈递减趋势排列。在较低的速率下,采样深度较深,表层的光谱特性变得不再明显,因此基层的ABS特征谱带在光谱中占据主导位置。
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