13.4 : IR-Spektrometer

Es gibt zwei Hauptarten von Infrarot-Spektrophotometern (IR): dispersive IR-Spektrometer und Fourier-Transform-Infrarot-Spektrometer (FTIR). In einem dispersiven IR-Spektrometer wird ein von einem heißen Draht erzeugter Infrarotstrahl mithilfe von Spiegeln in zwei parallele Strahlen gleicher Intensität aufgeteilt. Ein Strahl durchdringt die Probe, während der andere ein Referenzstrahl ist. Die Strahlen bewegen sich dann durch den Monochromator, der die Strahlung in ein kontinuierliches Spektrum unterschiedlicher Frequenzen aufspaltet. Der Monochromator besteht aus einem schnell rotierenden Strahlzerhacker, der die Proben- und Referenzstrahlen abwechselt, bevor sie ein Beugungsgitter erreichen. Anschließend durchläuft die Strahlung den Thermoelementdetektor, der das Verhältnis zwischen den Intensitäten der beiden Strahlen misst. Das Signal vom Detektor wird verstärkt und das resultierende Spektrum wird mithilfe des Rekorders aufgezeichnet. Dispersive IR-Spektrometer zeichnen das Spektrum im Frequenzbereich auf, d. h. das Spektrum wird erfasst, während sich die Frequenz der Strahlung mit der Drehung des Beugungsgitters ändert.

In einem FTIR-Spektrometer wird die von der Quelle erzeugte Strahlung durch einen Strahlteiler geleitet. Ein Strahlteiler ist ein Spiegel, der in einem Winkel von 45° zur einfallenden Strahlung angebracht ist und den Strahl in abgelenkte und nicht abgelenkte Strahlungen aufspaltet. Diese Strahlungen werden später auf feste und bewegliche Spiegel fallen gelassen. Es ist wichtig zu beachten, dass die Bewegung der beiden Spiegel die Weglänge der Strahlen ändert und die von den Spiegeln reflektierte Strahlung im Strahlteiler kombiniert wird. Somit enthält der erzeugte kombinierte Strahl aufgrund der Unterschiede in der Weglänge der Strahlungen sowohl konstruktive als auch destruktive Interferenzmuster.

• Konstruktive Interferenz tritt auf, wenn die Spitzen zweier Wellen übereinstimmen, was zu einer Erhöhung der Amplitude der kombinierten Welle führt.
• Destruktive Interferenz tritt auf, wenn die Spitze einer Welle mit dem Tal einer anderen übereinstimmt, wodurch sich die Wellen gegenseitig aufheben und die Amplitude verringert wird.

Der resultierende kombinierte Strahl, der als Interferogramm bezeichnet wird, wird durch den Detektor geleitet. Der Detektor erkennt das durch die Probe veränderte Interferogramm und der FT-Prozess trennt die einzelnen Absorptionsfrequenzen aus dem Interferogramm.

FTIR-Spektrometer werden aufgrund ihrer schnelleren Arbeitsweise und höheren Empfindlichkeit den dispersiven IR-Spektrometern vorgezogen.