Informationen zur FT-IR Messmethode

Funktionsweise eines FT-IR Interferometers
Ein Interferometer moduliert den von der IR-Quelle erzeugten Lichtstrahl. Der Lichtstrahl, der alle Wellenlängen im mittleren IR-Bereich enthält, wird an einem halbdurchlässigen Strahlteiler aufgeteilt. Die beiden Teilstrahlen legen im Interferometer verschiedene Wegstrecken zurück, werden zurück reflektiert und treffen sich wieder am Strahlteiler. Dort interferieren beide Teilstrahlen miteinander. Die Weglängen beider Lichtstrahelen werden periodisch verändert. Ist die Länge des Weges beider Teilstrahlen gleich, sind alle Wellen in Phase. Das Signal beider Wellen verstärkt sich dann zu einem Maximum. In dieser Interferometerposition zeigt das interferogramm für alle Wellenlängen ein Maximum (Center Burst). Ist der Weglängenunterschied der beiden Teilstrahlen gerade die Hälfte einer bestimmten Wellenlänge, so wird die Welle ausgelöscht. Mit der stetigen Veränderung der Interferometerposition und damit des Unterschiedes der Weglängen für beide Lichtstrahlen treten nun abwechselnd Verstärkungen und Auslöschungen aller Wellenlängen auf. Für jede Sinuswelle mit gegebener Wellenlänge resultiert eine neue Sinuswelle, die vom Wegunterschied der Teilstrahlen (bzw. von der Interferometerposition) abhängt. Sinuswellen mit anderen Wellenlängen ergeben andere Sinuswellen, die ihre Maxima bei anderen Interferometerpositionen haben. Die Überlagerung aller interferierenden Wellen zusammen, die der Detektor letztendlich registriert, ergeben das Interferogramm. Es enthält die Informationen sämtlicher Wellenlängen gleichzeitig (Fellgett Vorteil / Multiplex- Vorteil). Da keine Blenden oder Gitter zur Auftrennung der Wellenlängen verwendet werden, trifft der gesamte Strahl den Detektor und es resultiert ein hoher Energiedurchsatz (Jacquinot Vorteil / Throughput Vorteil).
Simultan wird ein Laser mit viel kleinerer Wellenlänge eingestrahlt und dessen Interferogramm an einem separaten Detektor erfaßt. Da die Laserwellenlänge konstant und bekannt ist, kann aus den Daten der Laser- Interferogramm- Maxima sowie der Lage des Center Burst, der Weglängenunterschied beider Teilstrahlen bei den verschiedenen Interferometerpositionen bestimmt werden. Damit ergibt sich eine hohe Wellenlängengenauigkeit und Stabilität des Spektrums (Connes Vorteil).
Die Fourier- Transformation erlaubt es, aus einem Interferogramm die Anteile der Einzelwellen zu berechnen. Nach der Fourier- Analyse des Interferogramms ergibt sich ein Transmissionsspektrum. Der Logarithmus aus Nullspektrum dividiert durch das Probespektrum ergibt das bekannte IR-Spektrum einer Probe, in dem die Absorption (Extinktion) bei jeder Wellenlänge angezeigt wird.

CALCMET- Auswertesoftware für Gasgemische
Die "CALCMET für Windows" Software dient zur Steuerung des Analysators, führt aber auch die Auswertung der IR-Spektren durch. Die Software arbeitet mit Standard- Windows- Befehlen im Klartext und mit Symbolen. Die Software enthält alle benötigten Funktionen für Gasmessungen. Unwichtige Funktionen wurden weggelassen.
Messbibliothek, Messkomponenten und Messzeit werden einfach vorgegeben. Zur Quantifizierung wird eine patentierte Routine angewendet, die auch starke Bandenüberlagerungen verschiedener Komponenten automatisch berücksichtigt. Die Software bestimmt den Anteil der vorgegebenen Komponentenspektren im Summenspektrum. Diejenige lineare Kombination der Kalibrierspektren, die den kleinsten Unterschied zum Messspektrum aufweist, stellt die Lösung dar. Aus den entsprechenden Anteilen der Spektren und den bekannten Kalibrierkonzentrationen wird die Ist- Konzentration in Sekunden errechnet. Die Konzentrationen von bis zu 30 Komponenten lassen sich in einem Gasgemisch simultan bestimmen. Aus dem oben Gesagten geht hervor, daß automatisch alle Bandenüberlagerungen berücksichtigt werden. Zur Analyse werden alle Absorptionen in Wellenlängenbereichen und nicht nur einzelne Linien herangezogen. Auch spektral sehr ähnliche Komponenten lassen sich so meist nebeneinander selektiv bestimmen.
In einer Bibliothek sind mehr als 200 Spektren gängiger Gase und Dämpfe bereits vorgegeben, so daß sich diese ohne Gemischkalibrierung sofort nebeneinander messen lassen. Der Anwender hat nichts mit Gemischkalibrierung, Peakauswahl, PLS- Rechnungen bzw. PLS- Programmierungen zu tun. Die Mathematik der Quantifizierung läuft automatisch im Hintergrund der Calcmet Software ab.
Die Umstellung auf andere Applikationen ist dementsprechend mit nur wenigen Bedienbefehlen zu bewerkstelligen, sofern die Kalibrierspektren einmal vorliegen. Der Analysator zeigt nach jeder Spektrenmessung sofort das Konzentrationsergebnis der Komponenten an. Der Verlauf der Konzentrationen von 5 Gasen kann gegen die Zeit on-line angezeigt werden. Alle Spektren und Ergebnistabellen werden gespeichert und können in andere Programme zur Weiterverarbeitung exportiert werden.