FTIR Spektroskop, Entstehung eines Interferograms

s_maende · Anmeldungsdatum: 07.11.2020 Beiträge: 1 Wohnort: Baden-Württemberg

Hey,
ich sitze gerade an einer Seminararbeit und ich komme nicht so recht weiter. Ich studiere pharmazeutische Biotechnologie und somit nicht all zu bewandert in Physik. Ich versuche die Funktionsweise eines FTIR Spektroskops (Michelson interferometer) zu verstehen.
Es wird zwar eher in der Chemie und in der Biotechnologie verwendet, jedoch kann mir bei meiner Frage wohl eher ein Physiker helfen.

Mit dem Strahlengang, der Interferometrie, molekularen Schwingungen und auch mit der Fourir-Transformation der Ergebnisse komm ich klar. Jedoch versteh ich nicht, was der Detektor am Ender exakt misst, um auf das Interferogram zu kommen.

Ich würde gerne mal meine Vorstellung schildern und wäre froh über Antworten, wo genau mein Problem liegt smile

Bei dieser Art der Spektroskopie werden Strahlen aller Wellenlängen im Infrarotbereich auf einmal benutzt. Dieser werden am Strahlungsteiler aufgeteilt. Durch zwei Spiegel (einer davon beweglich) werden sie zurückgeworfen, wobei wieder jeweils 50% der Wellen Richtung Probe gehen. Dabei interferieren diese Strahlen miteinander. (Ich hoffe soweit alles richtig) Dann gehen sie durch die Probe und von bestimmten Wellenlängen wird mehr, von manchen weniger absorbiert. Danach treffen die Strahlen auf den Detektor.

1. Meine Frage ist nun, was genau misst der Detektor. Soweit ich weiß die Intensität, also die Amplitude aller miteinander interferierenden Strahlen? (ich hab kein plan :c)
2. Und die Bewegung des Spiegels verschiebt sozusagen diesen Teil der Schalen auf der x-Achse. Aber warum wird bei jeder Bewegung genau eine Wellenlänge/Wellenzahl gemessen. Theoretisch müssten doch wenn die Spiegel den gleichen Abstand haben auch alle Strahlen wenn sich nich nach dem halbdurchlässigen spiegel wieder vereinen, wieder in Phase sein oder?
3.Undwarum wird pro Spiegelposition nur eine Wellenlänge/Wellenzahl gemessen?

4. Meine Hauptvermutung ist, dass pro Spiegelposition genau eine Wellen länge maximal konstruktiv interferiert und bei dieser Wellenlänge dann die stärkste Lichtintensität herrscht. Aber es interferieren soweit ich weis alle Wellen miteinander und nicht nur Wellen gleicher Wellenlänge oder?

Ich stell mir im Kopf einfach tausende Wellen vor, die miteinander interferieren und natürlich weiß ich, dass durch die Verschiebung auf der x-Achse sich der Graf ändert, aber wie man dabei Rückschlüsse auf irgendetwas schließen kann ist mir unklar.

Also eine Schilderung was genau am Detektor ankommt und passiert würde mir sicher sehr helfen.

Danke schon mal an die, die sich alles durchlesen und versuchen mir zu helfen smile

Mfg Matthias[/code]

yellowfur · Moderator Anmeldungsdatum: 30.11.2008 Beiträge: 804

Hallo Matthias und willkommen beim Physikerboard!

Ich gehe die Fragen einfach mal der Reihe nach durch:

1.) Die gemessene Intensität ist der zeitliche Mittelwert des Betragsquadrates der miteinander interferierenden elektromagnetischen Felder, also etwas wie

2.) Dadurch, dass du den einen Spiegel verschiebst und den Referenzspiegel festhältst, wird die Laufzeit des Lichtes

oder genauer, der zurückgelegte Abstand

des Lichtes wichtig. Für konstruktive Interferenz am Detektor muss die gerade betrachtete Wellenlänge nach Weg durch die Probe (und Weg zum beweglichen Spiegel) einem Vielfachen des Weges des Referenzpfades (fester Spiegel) entsprechen und natürlich spielt die Absorption eine Rolle. Du misst aber nicht nur eine Wellenlänge, in diesem Setup kannst du effizient alle auf einmal messen, nur wird jede anders von der Probe beeinflusst, wenn der Brechungsindex

(was bei komplexem Brechungsindex auch Absorption beinhaltet).

3.) Du misst alle Wellenlängen auf einmal, und je nach Effekt der Probe wird eine gewisse Anzahl der Wellenlängen einen besonders schwachen und eine gewisse Anzahl Wellenlängen einen besonders starken Beitrag zum Gesamtergebnis beitragen. Du misst aber die Intensität abhängig von der Spiegelposition des beweglichen Spiegels (bei festem Referenzspiegel), also

4.) Wie gesagt kann konstruktive Interferenz mehrmals auftauchen bei einer Spiegelposition, aber sobald man den beweglichen Spiegel verschiebt, ändert sich das unterschiedlich für unterschiedliche Wellenlängen. Sobald du genug Spiegelpositionen (Datenpunkte) hast, hast du genug Information, um mit der Fourier-Transformation von der Ortsinformation

auf die spektrale Information

zu schließen.

Hilft dir das weiter? smile