傅里叶变换光谱学

傅里叶变换光谱学是一种测量技术，根据对辐射源相干性的测量，使用电磁或非电磁辐射的时域或空间域测量来收集光谱。 它可以应用于多种类型的光谱学，包括光学光谱学、红外光谱学（FTIR、FT-NIRS）、核磁共振（NMR）和磁共振波谱成像（MRSI）、质谱和电子自旋共振光谱。

有几种测量光的时间相干性的方法，包括连续波和脉冲傅里叶变换光谱仪或傅里叶变换光谱仪。傅里叶变换光谱学一词反映了这样一个事实 在所有这些技术中，需要进行傅立叶变换以将原始数据转换为实际光谱，并且在涉及干涉仪的光学领域的许多情况下，傅里叶变换基于维纳-辛钦定理。

光谱学中最基本的任务之一是表征光源的光谱：每个不同波长发射多少光。 测量光谱最直接的方法是让光通过单色仪，这种仪器可以阻挡除特定波长的光以外的所有光（未阻挡的波长由单色仪上的旋钮设置）。 然后测量该剩余（单波长）光的强度。 测得的强度直接表示在该波长下发射了多少光。 通过改变单色仪的波长设置，可以测量全光谱。 这个简单的方案实际上描述了一些光谱仪的工作原理。

傅里叶变换光谱学是一种不太直观的获取相同信息的方法。 该技术不是一次只允许一个波长通过检测器，而是让包含许多不同波长的光的光束同时通过，并测量总光束强度。 接下来，光束被修改为包含不同的波长组合，给出第二个数据点。 这个过程重复多次。 之后，计算机获取所有这些数据并反向计算每个波长有多少光。

更具体地说，在光源和检测器之间，有特定配置的镜子，允许某些波长通过但阻挡其他波长（由于波干涉）。 通过移动其中一个镜子，为每个新数据点修改光束； 这改变了可以通过的波长集。

如前所述，需要计算机处理才能将原始数据（每个反射镜位置的光强度）转换为所需的结果（每个波长的光强度）。 事实证明，所需的处理是一种称为傅里叶变换的通用算法（傅里叶变换光谱学因此得名）。 原始数据有时称为干涉图。 由于现有的计算机设备要求，以及光分析极少量物质的能力，将样品制备的许多方面自动化通常是有益的。 样本可以更好地保存，结果更容易复制。 这两种好处都很重要，例如，在以后可能涉及法律诉讼的测试情况下，例如涉及药物样本的情况。

傅里叶变换光谱学的方法也可用于吸收光谱。 主要示例是 FTIR 光谱，这是化学中的一种常用技术。

一般来说，吸收光谱的目标是测量样品吸收或传输每个不同波长的光的能力。 尽管吸收光谱和发射光谱在原理上有所不同，但在实践中却有着密切的联系； 任何发射光谱技术也可用于吸收光谱。 首先，测量宽带灯的发射光谱（这称为背景光谱）。 其次，测量通过样品照射的同一盏灯的发射光谱（这称为样品光谱）。 样品会吸收一些光，导致光谱不同。 样品光谱与背景光谱的比值与样品的吸收光谱直接相关。

因此，傅里叶变换光谱学的技术既可以用于测量发射光谱（例如，恒星的发射光谱），也可以用于测量吸收光谱（例如，液体的吸收光谱）。

迈克尔逊光谱仪类似于迈克尔逊-莫雷实验中使用的仪器。 来自光源的光被半镀银镜分成两束，一束从固定镜反射，一束从可移动镜反射，这引入了时间延迟——傅里叶变换光谱仪只是一个带有可移动镜的迈克尔逊干涉仪。