[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki26\/2021\/11\/10\/fourier-transform-spektroskopie-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki26\/2021\/11\/10\/fourier-transform-spektroskopie-wikipedia\/","headline":"Fourier-Transform-Spektroskopie \u2013 Wikipedia","name":"Fourier-Transform-Spektroskopie \u2013 Wikipedia","description":"Spektroskopie basierend auf Zeit- oder Raumbereichsdaten Fourier-Transform-Spektroskopie ist eine Messtechnik, bei der Spektren basierend auf Messungen der Koh\u00e4renz einer Strahlungsquelle","datePublished":"2021-11-10","dateModified":"2021-11-10","author":{"@type":"Person","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki26\/author\/lordneo\/#Person","name":"lordneo","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki26\/author\/lordneo\/","image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","url":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","height":96,"width":96}},"publisher":{"@type":"Organization","name":"Enzyklop\u00e4die","logo":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","width":600,"height":60}},"image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/2\/28\/Spectrum_of_blue_flame.svg\/300px-Spectrum_of_blue_flame.svg.png","url":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/2\/28\/Spectrum_of_blue_flame.svg\/300px-Spectrum_of_blue_flame.svg.png","height":"248","width":"300"},"url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki26\/2021\/11\/10\/fourier-transform-spektroskopie-wikipedia\/","wordCount":4466,"articleBody":"Spektroskopie basierend auf Zeit- oder Raumbereichsdaten  Fourier-Transform-Spektroskopie ist eine Messtechnik, bei der Spektren basierend auf Messungen der Koh\u00e4renz einer Strahlungsquelle gesammelt werden, unter Verwendung von Zeitbereichs- oder Raumbereichsmessungen der elektromagnetischen Strahlung oder einer anderen Art von Strahlung.  Es kann auf eine Vielzahl von Spektroskopiearten angewendet werden, einschlie\u00dflich optischer Spektroskopie, Infrarotspektroskopie (FTIR, FT-NIRS), Kernspinresonanz (NMR) und Magnetresonanzspektroskopie (MRSI),[1]Massenspektrometrie und Elektronenspinresonanzspektroskopie.  Es gibt mehrere Methoden zur Messung der zeitlichen Koh\u00e4renz des Lichts (siehe: Feld-Autokorrelation), darunter die kontinuierliche Welle Michelson oder Fourier-Transformation Spektrometer und dem gepulsten Fourier-Transform-Spektrographen (der empfindlicher ist und eine viel k\u00fcrzere Abtastzeit als herk\u00f6mmliche spektroskopische Techniken hat, aber nur in einer Laborumgebung anwendbar ist).Der Begriff Fourier-Transform-Spektroskopie spiegelt die Tatsache wider, dass bei all diesen Techniken eine Fourier-Transformation erforderlich ist, um die Rohdaten in das tats\u00e4chliche Spektrum umzuwandeln, und basiert in vielen F\u00e4llen in der Optik mit Interferometern auf dem Wiener-Khinchin-Theorem.Table of Contents  Konzeptionelle Einf\u00fchrung[edit]Messung eines Emissionsspektrums[edit]Messung eines Absorptionsspektrums[edit]Kontinuierliche Welle Michelson oder Fourier-Transformation Spektrograph[edit][edit]Gepulstes Fourier-Transform-Spektrometer[edit]Beispiele f\u00fcr gepulste Fourier-Transformations-Spektrometrie[edit]Freier Induktionszerfall[edit]Nanoskalige Spektroskopie mit gepulsten Quellen[edit]Station\u00e4re Formen von Fourier-Transform-Spektrometern[edit]Fellgett-Vorteil[edit]Siehe auch[edit]Verweise[edit]Externe Links[edit]Konzeptionelle Einf\u00fchrung[edit]Messung eines Emissionsspektrums[edit]  Ein Beispiel f\u00fcr ein Spektrum: Das Spektrum des Lichts, das von der blauen Flamme einer Butanfackel emittiert wird.  Die horizontale Achse ist die Wellenl\u00e4nge des Lichts und die vertikale Achse stellt dar, wie viel Licht von der Taschenlampe bei dieser Wellenl\u00e4nge emittiert wird.Eine der grundlegendsten Aufgaben in der Spektroskopie ist es, das Spektrum einer Lichtquelle zu charakterisieren: wie viel Licht bei jeder Wellenl\u00e4nge emittiert wird.  Der einfachste Weg, ein Spektrum zu messen, besteht darin, das Licht durch einen Monochromator zu leiten, ein Instrument, das das gesamte Licht blockiert au\u00dfer das Licht einer bestimmten Wellenl\u00e4nge (die nicht blockierte Wellenl\u00e4nge wird durch einen Knopf am Monochromator eingestellt).  Dann wird die Intensit\u00e4t dieses verbleibenden Lichts (einer Wellenl\u00e4nge) gemessen.  Die gemessene Intensit\u00e4t zeigt direkt an, wie viel Licht bei dieser Wellenl\u00e4nge emittiert wird.  Durch Variation der Wellenl\u00e4ngeneinstellung des Monochromators kann das gesamte Spektrum gemessen werden.  Dieses einfache Schema beschreibt tats\u00e4chlich, wie etwas Spektrometer funktionieren.Die Fourier-Transformations-Spektroskopie ist ein weniger intuitiver Weg, um dieselben Informationen zu erhalten.  Anstatt jeweils nur eine Wellenl\u00e4nge zum Detektor durchzulassen, l\u00e4sst diese Technik einen Strahl mit vielen verschiedenen Lichtwellenl\u00e4ngen gleichzeitig durch und misst die gesamt Strahlintensit\u00e4t.  Als n\u00e4chstes wird der Balken so modifiziert, dass er a . enth\u00e4lt unterschiedlich Kombination von Wellenl\u00e4ngen, was einen zweiten Datenpunkt ergibt.  Dieser Vorgang wird viele Male wiederholt.  Anschlie\u00dfend nimmt ein Computer all diese Daten und arbeitet r\u00fcckw\u00e4rts, um zu ermitteln, wie viel Licht bei jeder Wellenl\u00e4nge vorhanden ist.Genauer gesagt gibt es zwischen der Lichtquelle und dem Detektor eine bestimmte Konfiguration von Spiegeln, die einige Wellenl\u00e4ngen durchl\u00e4sst, andere jedoch blockiert (aufgrund von Welleninterferenzen).  Der Strahl wird f\u00fcr jeden neuen Datenpunkt modifiziert, indem einer der Spiegel bewegt wird;  dies \u00e4ndert den Satz von Wellenl\u00e4ngen, die durchgelassen werden k\u00f6nnen.  Wie bereits erw\u00e4hnt, ist eine Computerverarbeitung erforderlich, um die Rohdaten (Lichtintensit\u00e4t f\u00fcr jede Spiegelposition) in das gew\u00fcnschte Ergebnis (Lichtintensit\u00e4t f\u00fcr jede Wellenl\u00e4nge) umzuwandeln.  Es stellt sich heraus, dass die erforderliche Verarbeitung ein \u00fcblicher Algorithmus ist, der Fourier-Transformation genannt wird (daher der Name &#8220;Fourier-Transformations-Spektroskopie&#8221;).  Die Rohdaten werden manchmal als &#8220;Interferogramm&#8221; bezeichnet.  Aufgrund der bestehenden Anforderungen an die Computerausr\u00fcstung und der F\u00e4higkeit von Licht, sehr kleine Substanzmengen zu analysieren, ist es oft von Vorteil, viele Aspekte der Probenvorbereitung zu automatisieren.  Die Probe kann besser konserviert werden und die Ergebnisse sind viel einfacher zu replizieren.  Beide Vorteile sind wichtig, zum Beispiel in Testsituationen, die sp\u00e4ter rechtliche Schritte nach sich ziehen k\u00f6nnen, wie beispielsweise bei Arzneimittelproben.[2]Messung eines Absorptionsspektrums[edit]  Ein &#8220;Interferogramm&#8221; von einem Fourier-Transformations-Spektrometer.  Dies sind die &#8220;Rohdaten&#8221;, die in ein tats\u00e4chliches Spektrum Fourier-transformiert werden k\u00f6nnen.  Der Peak in der Mitte ist die ZPD-Position (&#8220;Zero Path Difference&#8221;): Hier passiert das gesamte Licht das Interferometer, da seine beiden Arme gleich lang sind.Die Methode der Fourier-Transformations-Spektroskopie kann auch f\u00fcr die Absorptionsspektroskopie verwendet werden.  Das wichtigste Beispiel ist die &#8220;FTIR-Spektroskopie&#8221;, eine g\u00e4ngige Technik in der Chemie.Im Allgemeinen besteht das Ziel der Absorptionsspektroskopie darin, zu messen, wie gut eine Probe Licht bei jeder unterschiedlichen Wellenl\u00e4nge absorbiert oder durchl\u00e4sst.  Obwohl sich Absorptionsspektroskopie und Emissionsspektroskopie prinzipiell unterscheiden, sind sie in der Praxis eng verwandt;  jede Methode der Emissionsspektroskopie kann auch f\u00fcr die Absorptionsspektroskopie verwendet werden.  Zun\u00e4chst wird das Emissionsspektrum einer Breitbandlampe gemessen (dies wird als &#8220;Hintergrundspektrum&#8221; bezeichnet).  Zweitens das Emissionsspektrum derselben Lampe durch die Probe scheinen gemessen wird (dies wird als &#8220;Probenspektrum&#8221; bezeichnet).  Die Probe absorbiert einen Teil des Lichts, wodurch sich die Spektren unterscheiden.  Das Verh\u00e4ltnis des &#8220;Probenspektrums&#8221; zum &#8220;Hintergrundspektrum&#8221; steht in direktem Zusammenhang mit dem Absorptionsspektrum der Probe.Dementsprechend kann die Technik der &#8220;Fourier-Transformations-Spektroskopie&#8221; sowohl zur Messung von Emissionsspektren (zum Beispiel des Emissionsspektrums eines Sterns), und Absorptionsspektren (zum Beispiel das Absorptionsspektrum einer Fl\u00fcssigkeit).Kontinuierliche Welle Michelson oder Fourier-Transformation Spektrograph[edit]  Das Fourier-Transformations-Spektrometer ist nur ein Michelson-Interferometer, aber einer der beiden vollreflektierenden Spiegel ist beweglich, so dass eine variable Verz\u00f6gerung (in der Laufzeit des Lichts) in einem der Strahlen enthalten ist.Der Michelson-Spektrograph \u00e4hnelt dem im Michelson-Morley-Experiment verwendeten Instrument.  Das Licht der Quelle wird durch einen halbversilberten Spiegel in zwei Strahlen geteilt, einer wird von einem festen Spiegel und einer von einem beweglichen Spiegel reflektiert, was eine Zeitverz\u00f6gerung einf\u00fchrt \u2013 das Fourier-Transformations-Spektrometer ist nur ein Michelson-Interferometer mit einem beweglichen Spiegel .  Die Strahlen interferieren, wodurch die zeitliche Koh\u00e4renz des Lichts bei jeder unterschiedlichen Zeitverz\u00f6gerungseinstellung gemessen werden kann, wodurch der Zeitbereich effektiv in eine r\u00e4umliche Koordinate umgewandelt wird.  Durch Messungen des Signals an vielen diskreten Positionen des beweglichen Spiegels kann das Spektrum unter Verwendung einer Fourier-Transformation der zeitlichen Koh\u00e4renz des Lichts rekonstruiert werden.  Michelson-Spektrographen sind in der Lage, Beobachtungen von sehr hellen Quellen mit sehr hoher spektraler Aufl\u00f6sung zu beobachten.  Der Michelson- oder Fourier-Transform-Spektrograph war f\u00fcr Infrarotanwendungen zu einer Zeit beliebt, als die Infrarot-Astronomie nur \u00fcber Einzelpixel-Detektoren verf\u00fcgte.  Abbildende Michelson-Spektrometer sind eine M\u00f6glichkeit, wurden aber im Allgemeinen durch abbildende Fabry-P\u00e9rot-Instrumente ersetzt, die einfacher zu bauen sind.[edit]Die Intensit\u00e4t als Funktion der Wegl\u00e4ngendifferenz (auch als Retardation bezeichnet) im Interferometer P{displaystyle p}  und Wellenzahl \u03bd~=1\/\u03bb{displaystyle {tilde {nu}}=1\/lambda}  ist [3]ich(P,\u03bd~)=ich(\u03bd~)[1+cos\u2061(2\u03c0\u03bd~p)],{displaystyle I(p,{tilde {nu}})=I({tilde {nu}})[1+cos left(2pi {tilde {nu }}pright)],}wo ich(\u03bd~){displaystyle I({tilde {nu}})}  ist das zu bestimmende Spektrum.  Beachten Sie, dass dies nicht erforderlich ist f\u00fcr ich(\u03bd~){displaystyle I({tilde {nu}})}  von der Probe vor dem Interferometer moduliert werden.  Tats\u00e4chlich platzieren die meisten FTIR-Spektrometer die Probe hinter dem Interferometer im Strahlengang.  Die Gesamtintensit\u00e4t am Detektor betr\u00e4gtich(P)=(P,\u222b0\u221eich(P,\u03bd~)D\u03bd~)=(P,\u222b0\u221eich(\u03bd~)[1+cos\u2061(2\u03c0\u03bd~p)]D\u03bd~) f\u00fcr alle gew\u00fcnschten Werte von P.{displaystyle {begin{ausgerichtet}I(p)&#038;=left(p,int_{0}^{infty}I(p,{tilde {nu}})d{tilde { nu }}right)\\&#038;=left(p,int _{0}^{infty}I({tilde {nu}})[1+cos(2pi {tilde {nu }}p)],d{tilde {nu}}right){text{ f\u00fcr alle gew\u00fcnschten Werte von }}p.end{aligned}}}Dies ist nur eine Fourier-Cosinus-Transformation.  Die Umkehrung gibt uns unser gew\u00fcnschtes Ergebnis in Bezug auf die gemessene Gr\u00f6\u00dfe ich(P){displaystyle I(p)}:ich(\u03bd~)=4\u222b0\u221e[I(p)\u221212I(p=0)]cos\u2061(2\u03c0\u03bd~P)DP.{displaystyle I({tilde {nu}})=4int _{0}^{infty}left[I(p)-{frac {1}{2}}I(p=0)right]cos(2pi{tilde{nu}}p),dp.}Gepulstes Fourier-Transform-Spektrometer[edit]Ein gepulstes Fourier-Transformations-Spektrometer verwendet keine Transmissionstechniken[definition needed].  In der allgemeinsten Beschreibung der gepulsten FT-Spektrometrie wird eine Probe einem Erregungsereignis ausgesetzt, das eine periodische Reaktion hervorruft.  Die H\u00e4ufigkeit der periodischen Reaktion, die durch die Feldbedingungen im Spektrometer bestimmt wird, zeigt die gemessenen Eigenschaften des Analyten an.Beispiele f\u00fcr gepulste Fourier-Transformations-Spektrometrie[edit]Bei der magnetischen Spektroskopie (EPR, NMR) wird als energetisierendes Ereignis ein Mikrowellenpuls (EPR) oder ein Radiofrequenzpuls (NMR) in einem starken Umgebungsmagnetfeld verwendet.  Dadurch werden die magnetischen Partikel schr\u00e4g zum Umgebungsfeld gedreht, was zu einer Drehung f\u00fchrt.  Die Kreiselspins induzieren dann einen periodischen Strom in einer Detektorspule.  Jeder Spin weist eine charakteristische Gyrationsfrequenz (relativ zur Feldst\u00e4rke) auf, die Informationen \u00fcber den Analyten enth\u00fcllt.Bei der Fourier-Transformations-Massenspektrometrie ist das anregende Ereignis die Injektion der geladenen Probe in das starke elektromagnetische Feld eines Zyklotrons.  Diese Teilchen bewegen sich im Kreis und induzieren einen Strom in einer festen Spule an einem Punkt ihres Kreises.  Jedes wandernde Teilchen weist ein charakteristisches Zyklotron-Frequenz-Feld-Verh\u00e4ltnis auf, das die Massen in der Probe aufdeckt.Freier Induktionszerfall[edit]Die gepulste FT-Spektrometrie bietet den Vorteil, dass eine einzelne, zeitabh\u00e4ngige Messung erforderlich ist, die einen Satz \u00e4hnlicher, aber unterschiedlicher Signale leicht entfalten kann.  Das resultierende zusammengesetzte Signal hei\u00dft a freier Induktionszerfall, weil das Signal typischerweise aufgrund von Inhomogenit\u00e4ten in der Abtastfrequenz oder einfach einem nicht behebbaren Signalverlust aufgrund eines entropischen Verlusts der gemessenen Eigenschaft abf\u00e4llt.Nanoskalige Spektroskopie mit gepulsten Quellen[edit]Gepulste Quellen erm\u00f6glichen die Verwendung von Fourier-Transformations-Spektroskopie-Prinzipien in optischen Rasternahfeld-Mikroskopietechniken.  Insbesondere beim Nano-FTIR, wo die Streuung einer scharfen Sondenspitze verwendet wird, um Spektroskopie von Proben mit nanoskaliger r\u00e4umlicher Aufl\u00f6sung durchzuf\u00fchren, macht eine Hochleistungsbeleuchtung von gepulsten Infrarotlasern eine relativ kleine Streueffizienz (oft < 1%) wett. der Sonde.[4]Station\u00e4re Formen von Fourier-Transform-Spektrometern[edit]Neben den scannenden Formen von Fourier-Transformations-Spektrometern gibt es eine Reihe von station\u00e4ren oder selbst gescannten Formen.[5]  W\u00e4hrend die Analyse der interferometrischen Ausgabe \u00e4hnlich der eines typischen Scanning-Interferometers ist, gibt es erhebliche Unterschiede, wie in den ver\u00f6ffentlichten Analysen gezeigt.  Einige station\u00e4re Formen behalten den Vorteil des Fellgett-Multiplex bei, und ihre Verwendung im Spektralbereich, in dem Detektorrauschgrenzen gelten, ist \u00e4hnlich wie bei den Abtastformen des FTS.  Im durch Photonenrauschen begrenzten Bereich wird der Einsatz station\u00e4rer Interferometer durch spezielle Ber\u00fccksichtigung des Spektralbereichs und der Anwendung diktiert.Fellgett-Vorteil[edit]Einer der wichtigsten Vorteile der Fourier-Transform-Spektroskopie wurde von PB Fellgett, einem fr\u00fchen Verfechter der Methode, aufgezeigt.  Der Fellgett-Vorteil, auch als Multiplex-Prinzip bekannt, besagt, dass beim Erhalten eines Spektrums, wenn das Messrauschen durch das Detektorrauschen dominiert wird (das unabh\u00e4ngig von der Leistung der auf den Detektor einfallenden Strahlung ist), ein Multiplex-Spektrometer wie ein Fourier-Transformations-Spektrometer f\u00fchrt zu einer relativen Verbesserung des Signal-Rausch-Verh\u00e4ltnisses im Vergleich zu einem \u00e4quivalenten Scanning-Monochromator in der Gr\u00f6\u00dfenordnung der Quadratwurzel von m, wo m ist die Anzahl der Abtastpunkte, aus denen das Spektrum besteht.  Wenn der Detektor jedoch von Schrotrauschen dominiert wird, ist das Rauschen proportional zur Quadratwurzel der Leistung, daher ist das Rauschen f\u00fcr ein breites Boxcar-Spektrum (kontinuierliche Breitbandquelle) proportional zur Quadratwurzel von m, also den Fellgett-Vorteil genau kompensieren.  Bei Linienemissionsquellen ist die Situation noch schlimmer und es gibt einen deutlichen &#8220;Multiplex-Nachteil&#8221;, da das Schrotrauschen einer starken Emissionskomponente die schw\u00e4cheren Komponenten des Sepectrums \u00fcberw\u00e4ltigt.  Schrotrauschen ist der Hauptgrund daf\u00fcr, dass die Fourier-Transformations-Spektrometrie f\u00fcr ultraviolette (UV) und sichtbare Spektren nie beliebt war.Siehe auch[edit]Verweise[edit]^ Antoine Abragam.  1968. Prinzipien der Kernmagnetischen Resonanz, Cambridge University Press: Cambridge, Gro\u00dfbritannien.^ Halbautomatischer Einleger f\u00fcr Infrarot-Mikrospektrometriehttp:\/\/www.opticsinfobase.org\/viewmedia.cfm?uri=as-57-9-1078&#038;seq=0^ Peter Atkins, Julio De Paula.  2006. Physikalische Chemie, 8. Aufl.  Oxford University Press: Oxford, Gro\u00dfbritannien.^ Hegenbarth, R;  Steinmann, A;  Mastel, S;  Amarie, S.;  Huber, AJ;  Hillenbrand, R;  Sarkisov, SY;  Gie\u00dfen, H (2014). &#8220;Hochleistungs-Femtosekunden-Mittel-IR-Quellen f\u00fcr s-SNOM-Anwendungen&#8221;. Zeitschrift f\u00fcr Optik. 16 (9): 094003. Bibcode:2014JOpt&#8230;16i4003H.  mach:10.1088\/2040-8978\/16\/9\/094003.^ William H. Smith US-Patent 4.976.542  Digital Array Scanned Interferometer, ausgegeben am 11. Dezember 1990Externe Links[edit]"},{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BreadcrumbList","itemListElement":[{"@type":"ListItem","position":1,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki26\/#breadcrumbitem","name":"Enzyklop\u00e4die"}},{"@type":"ListItem","position":2,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki26\/2021\/11\/10\/fourier-transform-spektroskopie-wikipedia\/#breadcrumbitem","name":"Fourier-Transform-Spektroskopie \u2013 Wikipedia"}}]}]