Спектрометры среднего и дальнего инфракрасного диапазона с фурье-преобразованием
Принцип работы современного инфракрасного спектрометра показан на рисунке 57.1. Его ключевым элементом служит интерферометр Майкельсона. Свет с широкой полосой длин волн попадает на интерферометр Майкельсона, который регистрирует спектр интенсивностью I как функцию расстояния δ подвижного зеркала от стационарного, называемого интерферограммой.
Если источник света содержит одну частоту, то интерферограмма будет содержать только одну косинусоиду, как показано на рисунке 57.1. Если источник света содержит две частоты, то интерферограмма представлена двумя косинусоидами. Математически интерферограмма есть сумма всех косинусоид (частот) от ν1 до νn, содержащихся в источнике.
Типичная интерферограмма показана на рисунке 57.2(а). Отметим, что сигнал I(δ) содержит сильный максимум при δ=0, поскольку в этом случае все косинусоиды имеют одну и ту же фазу. Помещение образца в интерферометр Майкельсона приводит к появлению новых частот в спектре.
Рис. 57.1. Принципиальная схема получения интерферограммы с помощью интерферометра Майкельсона (объяснение в тексте)
Упрощенная схема современного инфракрасного спектрометра представлена на рис. 57.2а. Источником света служит тело, нагретое до температуры (1000-1200оC), имеющее максимум интенсивности излучения в интервале 4000-400 см-1. Исходный луч света расщепляется на два с помощью кристалла германия и направляется по двум оптическим путям: один - на подвижное, а другой - на неподвижное зеркало. Отраженный от них свет собирается и, пройдя через образец, падает на ИК-детектор (обычно охлаждаемый жидким азотом теллурид кадмия и ртути). Интенсивность компоненты определенной длины волны меняется как косинус разности длины оптического пути δL от расщепителя луча до неподвижного и подвижного зеркал. Частота каждой функции косинуса обратно пропорциональна соответствующей ИК-длине волны (т.е. волновому числу 
). Спектр (детектируемая ИК-интенсивность как функция ) получается в результате Фурье-преобразования интерферограммы, в котором суммирование заменено интегрированием.
Рис. 57.2. (а) Схема ИК-ФП спектрометра. Непрерывное излучение широкополосного ИК-источника модулируется интерферометром Майкельсона. Исходный луч расщепляется, попадая на два зеркала. Свет, отраженный от подвижного и неподвижного зеркал, снова собирается и, пройдя через образец, падает на ИК-детектор. Разность длины оптических путей очень точно измеряется с помощью гелий-неонового лазера (не показан). (б) Компьютер преобразует оцифрованную интерферограмму в ИК-спектр с помощью преобразований Фурье. Отметим, что частотный спектр образца, изображенный в нижней части рисунка, нормирован на спектр растворителя
Серьезным преимуществом ИК-ФП спектрометров является существенно более высокая точность разрешения по длине волны (волновому числу) в сравнении с дисперсионными. Достигается это с помощью второго интерферометра, который стыкуется с основным и сканирует движущееся зеркало интерферометра Mайкелсона лучом гелий-неонового лазера (Рис. 57.2). Для этой цели движущееся зеркало покрывается с двух сторон алюминием. Интерферограмма, соответствующая источнику с одной частотой, будет строгой косинусоидой, нулевое значение которой дает возможность прокалибровать инфракрасную интерферограмму с высокой точностью по длине волны. Это позволят достичь реального разрешения по волновому числу в 0.1 см-1, тогда как волновое разрешение дисперсионного прибора составляет не более 2 см-1.
Другое серьезное преимущество ИК-ФП спектрометров перед дисперсионными состоит в существенно большем отношении сигнал-шум, достигаемым за одно и то же время измерения.