Aufbau eines FTIR-Spektrometers

  1. Prinzip - Aufbau eines Spektrometers
  2. Innenleben eines Spektrometers

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Prinzip - Aufbau eines Spektrometers

Betrachten wir den typischen Aufbau eines FTIR-Spektrometers. Er ist, abgesehen von der konkreten Form der Interferometereinheit für nahezu alle Geräte identisch.

Prinzipskizze eines FT-Spektrometers

Das durch die Lichtquelle 1 erzeugte Licht wird mit Hilfe eines Ellipsoidspiegels in eine Bildebene fokussiert, in der sich ein Blendenrad 3 mit Blenden unterschiedlicher Größe befindet. Das Blendenrad dient dazu, die Größe der Lichtquelle zu verändern. Dies ist, wie weiter unten beschrieben, notwendig, um die Größe der Lichtquelle der Auflösung des Spektrometers anzupassen. Anschließend wird das von der Blende 3 ausgehende Licht durch den Parabolspiegel 4 nach Unendlich abgebildet (parallelisiert). Im Interferometer, bestehend aus Strahlteiler 5, Referenzarm 6 und Meßarm 7, erfolgt die Interferenz. Das das Interferometer verlassende Licht wird mit einem Parabolspiegel 8 auf die im Probenraum 9 befindliche Probe 10 fokussiert. Die in der Probe ausgeleuchtete Fläche (Durchmesser des Fokuspunkts) entspricht einem optischen Abbild der Blende 3, deren Größe der der Blende 3 proportional ist. Je höher die Auflösung ist, mit der gemessen wird, um so kleiner muß aus optischen Gründen der Durchmesser der Blende 3 sein. Entsprechend verkleinert sich auch der in der Probe 10 ausgeleuchtete Bereich. Das die Probe 10 verlassende Licht wird durch einen Ellipsoidspiegel 11 auf den Detektor 12 abgebildet.

Zusätzlich zum zur Messung genutzten IR-Licht wird der Strahl eines Lasers 13 mit einer Optik 14 aufgeweitet und durch den Spiegel 15 in den Strahlengang eingespiegelt. In kommerziellen Geräten werden dazu ausschließlich HeNe-Laser bei 632,9 nm (15803 cm-1, rotes Licht) verwendet. Das Laserlicht ist konzentrisch parallel zum IR-Licht orientiert und transmittiert das Interferometer dem IR-Licht simultan. Entsprechend entstehen simultan die Interferenzen des Laserlichts. Dieses Licht wird nach dem Interferometer mit einem Spiegel 16 aus dem Strahlengang ausgeblendet und einem separaten Detektor 17 zugeführt. Der Laser erzeugt eine monochromatische Interferenz. Durch die gute Definiertheit und hohe Konstanz der Wellenlänge des Lasers kann aus dieser Interferenz die Spiegelposition sehr genau bestimmt.

In der Praxis wird mit der Interferenz des Laserlichts die Aufnahme der einzelnen Meßpunkte des polychromatischen Interferogramms des IR-Lichts gesteuert. Dadurch ist die Aufnahme des IR-Interferogramms an sehr genau bestimmten, äquidistanten Spiegelpositionen gegeben. Da sich bei einer polychromatischen Interferenz der Nullpunkt des Spiegelwegs (ZRP) im Maximum des Interferogramms befindet, ist dessen Position leicht festzustellen. Die Spiegelpositionen aller anderen Meßpunkte lassen sich durch Abzählen der Punkte vom ZRP aus und multiplizieren mit dem äquidistanten Spiegelweg-Abstand der HeNe-Interferenzen zuordnen.

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Innenleben eines Spektrometers

Die praktische Umsetzung am Beispiel des FTIR-Spektrometers "Excalibur FTS-3000" der Firma Bio-Rad zeigt nachfolgendes Bild.

Innenleben eines Spektrometers

Der Ellipsoidspiegel 11 (in der Skizze oben) ist hier zusätzlich als Drehspiegel ausgelegt. Durch Drehen des Spiegel kann das Licht wahlweise - je nach Nutzerwunsch - zu dem einen oder anderen Detektor geleitet werden. Damit läßt sich zwischen zwei Detektoren umschalten.

Umschaltungen nach diesem gleichen Prinzip sind bei den meisten Spektrometern sowohl für Lichtquellen als auch für Detektoren orderbar.

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