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spectrum3光譜儀（spectrum3光譜儀構(gòu)造鉑金艾爾默參考文獻）

發(fā)布時間：2023-04-08 14:33:54 稿源：創(chuàng)意嶺閱讀： 127

大家好！今天讓創(chuàng)意嶺的小編來大家介紹下關(guān)于spectrum3光譜儀的問題，以下是小編對此問題的歸納整理，讓我們一起來看看吧。

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本文目錄:

1、最近要買一臺紅外光譜儀，看了儀器的配置指標(biāo)，其中的P-P指標(biāo)一項是：優(yōu)于8.68*10-6Abs，誰能告訴我
2、求助拉曼光譜儀的分辨率和光譜分辨率
3、什么是光譜效應(yīng)
4、科學(xué)家是用什么方法觀測到和記錄原子的光譜的波長和頻率的？

spectrum3光譜儀（spectrum3光譜儀構(gòu)造鉑金艾爾默參考文獻）

一、最近要買一臺紅外光譜儀，看了儀器的配置指標(biāo)，其中的P-P指標(biāo)一項是：優(yōu)于8.68*10-6Abs，誰能告訴我

信噪比（signal-to-noise ratio，簡記為SNR ），顧名思義，就是信號值與噪聲值的比，這一比值當(dāng)然是越高越好?？墒?，翻遍《GB/T 21186-2007 傅立葉變換紅外光譜儀》，《GB/T 6040-2002 紅外光譜分析方法通則》（見紅外光譜相關(guān)標(biāo)準與檢定規(guī)程大合集）以及其他的一些行業(yè)性、地方性的檢定規(guī)程（國家級的傅里葉變換紅外光譜儀檢定規(guī)程至今還未出臺），甚至中國藥典，愣是找不到關(guān)于信噪比的只言片語的定義。信噪比指標(biāo)對紅外儀器性能的評判很重要，怎么會找不找呢？且慢，注意標(biāo)準中屢屢提到的“基線噪聲”（100%T線噪聲）XXXX:1或1:XXXX，還往往標(biāo)了P-P或RMS，這不就是我們熟悉的信噪比的表示方法嗎？哈哈，總算找到你了。

艱難的看過標(biāo)準上的描述（沒辦法，中國國標(biāo)寫的水平就是高??？），為了各位同學(xué)能夠順利讀懂，我將它寫為白話現(xiàn)代漢語版：

紅外信噪比，是通過基線（100%T線）噪聲來表征。也就是，在樣品室中不放樣品的情況下（空光路），測得一條假定理想的100%T透射光譜。信號，當(dāng)然就是100%T了，如果沒有噪聲，那么這條光譜將是一條嚴格的縱坐標(biāo)為100%T的直線，但是，實際情況是噪聲總是存在的，這就使得這條光譜的各個波數(shù)點上的值不見得一定是100%T，可能高一些（比如100.1%T），也可能低一些（比如99.9%T）。P-P（峰-峰值）噪聲的意思就是說剛才測得的那條光譜在某一段波數(shù)區(qū)間內(nèi)（比如2200~2100cm-1）的最大值與最小值之差，比如說是100.1%T-99.9%T=0.2%T。前面說了，信號是假定為100%T，那么，根據(jù)信噪比的定義，信號值/噪聲值，比如100%T/0.2%T=500（注意此處單位相消，也就是說，信噪比用信號噪聲比值表示的話，是一個無量綱的數(shù)）。此時，我們可以說，這臺紅外光譜儀的信噪比是500:1。換句話說，我們知道了P-P（峰-峰值）噪聲，我們也就自然知道了 P-P值信噪比；同理，我們知道了P-P值信噪比，比如500:1，那么我們很自然的也能利用噪聲=信號/信噪比，即100%T/500=0.2%T，得到P-P噪聲值的大小為0.2%T。

有人說，為了避免小概率事件的發(fā)生（此君是彩票迷，鑒定完畢?。肼曋祽?yīng)該用更具代表性和統(tǒng)計性的 RMS（均方根值）噪聲來表示。那啥是RMS呢？我不得不祭出萬惡的數(shù)學(xué)公式（霍金一部《時間簡史》，只用了一個公式。我這個小小的原創(chuàng)這么早就出公式了。我不如霍金。。。）

設(shè){Y1, Y2, Y3, …YN}為給定波數(shù)區(qū)間內(nèi)N個連續(xù)波數(shù)點對應(yīng)的縱坐標(biāo)值（按照前述條件下，為一系列%T透過率值），則這些值的均值為：

均方根（root mean square，簡記為RMS）偏差為：

如果不用公式，通俗地講，均方根值就是一組數(shù)的平方的平均值的平方根；均方根偏差就是一組數(shù)與這組數(shù)均值之差的平方的平均值的平方根。所以，你瞧，我早早放棄了只用文字敘述，還是看看萬惡的公式吧。顯然，用上式求得的一條光譜在某波數(shù)（橫坐標(biāo)）區(qū)間內(nèi)全部N個數(shù)據(jù)點縱坐標(biāo)值的均方根偏差就作為了RMS噪聲的度量。

一般對紅外光譜來講，P-P（峰-峰值）噪聲會比RMS（均方根值）噪聲大5倍左右，換句話說，RMS噪聲的絕對數(shù)值更小，換算成信噪比時就更大，所以你發(fā)現(xiàn)用RMS值表示的信噪比往往看起來都很漂亮也就不奇怪了，因為它比P-P值表示的信噪比大了5倍（而且，顯然參與運算的波數(shù)點越多，這一倍數(shù)還會增加）。

上面的“基線噪聲”都是用了100%T基線，對應(yīng)的是透射光譜的透過率表示形式；國際上越來越多的地方采用透射光譜的吸光度表示形式，此時的“基線”自然變成了0A基線。該“零基線”上的噪聲單位，顯然也就變成了A（吸光度單位，有時寫做AU）。此時，計算P- P噪聲和RMS噪聲的方法與前面完全一樣。但是，因為這些基線都是在樣品室中不放樣品的情況下（空光路）測得的，所以此時的信號應(yīng)該是0A，如果直接計算信噪比的話，0/噪聲=0，顯然得不到明確的有意義數(shù)值。所以有很多同學(xué)這個地方就會糊涂了，由吸光度表示的基線噪聲值，怎么得到信噪比？在此，zwyu 獨家奉獻推導(dǎo)過程（呵呵，反正市面上所有的資料里都沒寫，可能覺得太簡單了吧。）：

前面講到，因為測量吸光度基線噪聲時，假定的信號就是 0A（相當(dāng)于沒有信號），導(dǎo)致所有的計算歸零。那么，繞開這一“歸零窘境”的關(guān)鍵就是不用0A，而采用等效的100%T，因為前面用100%T基線噪聲時計算信噪比已經(jīng)證明是行得通的。所以，要做的工作就是將0A基線時的噪聲等效為100%T基線時的噪聲。由吸光度與透射率之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系：

設(shè)此時信號為1（即100%），考慮到將A坐標(biāo)下的噪聲A-0轉(zhuǎn)換到%T坐標(biāo)下的噪聲1-T（為簡化起見，將100%記為1，T則不再乘100），則根據(jù)信噪比SNR的定義，

這里的A就是0A基線下給出的基線噪聲值（如果你怕將它和吸光度單位A混淆，請自行將公式中的變量A換為任意字母代替）。后面我會結(jié)合實例，驗證我這一推導(dǎo)公式。顯然A值越小，得到的信噪比越大，也就是說基線噪聲值越小越好，這也與我們的認知相一致。

看罷這粉墨登場的諸多款紅外光譜儀和它們的參數(shù)，我不知道諸位同學(xué)暈了嗎？反正，如本文開頭所述，玩了一輩子紅外光譜的翁老爺子暈了。。。

老爺子之所以會暈的原因，不是他老人家紅外經(jīng)驗少，更不是看的不認真，而是——各個標(biāo)準之間，各個紅外廠商的宣傳資料之間，對紅外信噪比實際測量時的諸多具體參數(shù)設(shè)置，根本不一致（用翁老爺子的原話就是“測定的條件不相同”）。或許，“因編者水平有限，難免會出現(xiàn)一些錯誤和疏漏”；或許，本來就是有人希望搞出這種不一致來以混淆視聽；或許，家家有本難念的經(jīng)。。?？傊嗔烁魑煌瑢W(xué)了。

先拋開這些讓人糾結(jié)的具體參數(shù)，只看最終的結(jié)果。我們很容易發(fā)現(xiàn)，紅外廠商之間最通用的信噪比表示方法一般有兩種：5S（秒鐘）P-P值信噪比和1Min（分鐘）P-P值信噪比，但也有只給出了5S P-P值信噪比（如Varian）或只給出了1Min P-P值信噪比（如Shimadzu）的例外。為了統(tǒng)一起見，需要知道5S和1Min P-P值信噪比之間的換算關(guān)系。

在這里，提前談一下掃描時間（在實際參數(shù)設(shè)置時，更直接的說，是掃描次數(shù)）這一參數(shù)對紅外信噪比的影響。因為測量紅外光譜時，檢測器噪聲占了總噪聲的主要部分，而檢測器噪聲又與信號水平不成正比，或者說是噪聲是隨機的且與信號電平無關(guān)。那么，我們很容易想到通過多次測量求均值的辦法來提高信噪比。而從數(shù)學(xué)上可以證明，n次測量平均的結(jié)果是信噪比可以提高到1次測量的倍。比如，4次疊加平均信噪比提高2倍，16次疊加平均信噪比提高4倍，32次疊加平均信噪比提高5.6倍，64次疊加平均信噪比提高8倍，128次疊加平均信噪比提高11.3倍。。。我們一般在使用紅外光譜儀（FTIR）進行測量時，常選的疊加平均次數(shù)是16或32，這也是因為此時能達到最經(jīng)濟的效能。次數(shù)過少，信噪比提高的有限；次數(shù)過多，測量時間會很長，反而得不償失。而且注意這里說的是FTIR，對于光柵紅外來講，掃一次全譜甚至需要幾到幾十分鐘的時間，現(xiàn)代的實驗人員不會瘋狂到疊加平均多次從而花掉一天的時間來得到一張光譜。而對FTIR來說，掃一次全譜花掉的時間只有1S左右，完全可以多次掃描疊加平均來有效的提高信噪比。那么，問題來了，1Min掃描相比5S掃描，多掃了多少次呢？或者說，1Min掃描，紅外光譜儀內(nèi)部疊加掃描了多少次，5S掃描，又是疊加多少次呢？幸運的是，前述各廠家給出信噪比指標(biāo)的時候，都使用的是分辨率為4cm-1時的數(shù)據(jù)，也就是說，此時掃描時間和掃描次數(shù)基本上成一個簡單的正比關(guān)系。5S:60S=1:12，可以簡單的認為，1Min掃描的次數(shù)是5S掃描次數(shù)的12倍，套用前面給出的關(guān)系，也就是說，預(yù)期信噪比可以提高3.5倍。讓我們來看一下這兩個信噪比數(shù)據(jù)都給出了的廠家提供的數(shù)據(jù)：

Thermo/Nicolet公司的iS10：1Min P-P值信噪比:5S P-P值信噪比=35000:10000=3.5，完全符合我們的推論。

PE公司的Spectrum 100 ：1Min P-P值信噪比:5S P-P值信噪比=36000:10500=3.4，基本符合。

Bruker 公司的TENSOR 37：1Min P-P值信噪比:5S P-P值信噪比=45000:8000=5.6，與我們的預(yù)期值偏差較大。我們注意到這兩個數(shù)據(jù)Bruker公司將它標(biāo)為了“可達”，而不是“最少”（標(biāo)為“最少”的，只有5S P-P值信噪比=6000:1這一個數(shù)據(jù)）。換句話說，1Min掃描信噪比能夠比5S掃描提高5.6倍，這只是可能發(fā)生的最好情況，而不是一定保證的數(shù)據(jù) 。由于我們前面給出的“n次測量平均的結(jié)果是信噪比可以提高到1次測量的倍” 這一結(jié)論已經(jīng)是理想情況下的數(shù)值了，實際情況可能還達不到這一效果，那么，Bruker公司的提高5.6倍，遠超理論上限值3.5倍的數(shù)據(jù)，又是怎么來的呢？這就又不得不提到一個掃描速度的問題。前面說過，現(xiàn)代的FTIR掃一次全譜（4000~400cm-1）花掉的時間只有1S左右，當(dāng)然，它有“左”也有“右”了。如果掃描一次正好需要1S時間，那么，5S內(nèi)，光譜儀共掃了5次，1Min內(nèi)，共掃了60次，這就是我們前面用到的數(shù)據(jù)。但是，如果1次掃描需要花費的時間不止1S呢？比如說，是1.5S，那么，光譜儀在5S內(nèi)的完整掃描次數(shù)只有3次（還有1次未完成，不參與疊加平均），而在1Min時間內(nèi)能夠正好完成40次掃描，理論上1Min掃描信噪比能提高3.7倍，比之前的3.5倍高了一些。更極端一點，假定完成1次掃描恰好需要2.51S，則5S內(nèi)只能完成1次完整掃描（剩下的2.49S白忙乎了），而1Min內(nèi)能夠完成23次完整掃描，理論上信噪比能提高4.8倍，比之前估計的3.5倍又提高了不少。但這與5.6倍還是有一定距離。到這兒，zwyu也解釋不下去了。但好在Bruker公司的宣傳資料也很明顯的提示我們了，5.6倍的提高只是“最好情況”，所以我們在這也不必再深究“為什么”了，不過請正在使用TENSOR 37或27的朋友，告訴我一下在光譜分辨率為4cm-1時，使用DTGS檢測器，其它參數(shù)全部使用默認設(shè)置，掃描4000~400cm-1全譜一次需要多長時間？連續(xù)掃描1Min又能掃描完成幾次？謝謝！

好了，不考慮Bruker數(shù)據(jù)的特殊情況，采用3.5倍這一比較正常的換算系數(shù)，我們可以很容易的得知：

Agilent/Varian公司的640-IR：5S P-P值信噪比=6000，1Min P-P值信噪比=6000*3.5=21000

Shimadzu公司的IRPrestige-21：5S P-P值信噪比=40000/3.5=11000，1Min P-P值信噪比=40000

順便看一下國產(chǎn)的FTIR

北京瑞利的WQF-510：5S P-P值信噪比=3000/3.5=850，1Min P-P值信噪比=3000（我看到的資料中只是給出了32次掃描的RMS值信噪比為15000:1，前面提過，RMS值信噪比一般是P-P值信噪比的5 倍，所以32次掃描的 P-P值信噪比為3000:1；又因為據(jù)我觀察，正常掃描情況，WQF-510用4cm-1分辨率掃完4000~400cm-1全譜1次的時間絕對不止 1S，所以我們可以暫時認為其32次掃描時間接近于1Min）

天津港東的FTIR-650：5S P-P值信噪比=15000/3.5=4200，1Min P-P值信噪比=15000（我看到的資料中只寫有P-P值信噪比為15000:1，而沒有注明時間；寫了時間的那份資料里的信噪比數(shù)值又讓我崩潰且沒標(biāo)明是P-P值。所以姑且認為這里的掃描時間是1Min，大家存疑也就是了。當(dāng)然，也十分歡迎國產(chǎn)儀器的廠方專家前來指正）

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二、求助拉曼光譜儀的分辨率和光譜分辨率

我知道高利通他們公司的，以前有用過

拉曼光譜分辨率：~8 cm-1

光譜分辨率 (Spectrum Resolution)

FWHM 0.83nm@577nm

FWHM 0.90nm@785nm

三、什么是光譜效應(yīng)

光譜spectrum光源所發(fā)光波經(jīng)分光儀器分離后的各種不同波長成分的有序排列.分光儀器包括成像系統(tǒng)和色散系統(tǒng)兩部分,前者可將一狹縫成一實像,后者可使不同波長的光彼此分開（見光譜儀）.當(dāng)用復(fù)色光照明狹縫時,就得到一...

四、科學(xué)家是用什么方法觀測到和記錄原子的光譜的波長和頻率的？

這個現(xiàn)有的方法實在是太多了。光譜學(xué)一直是一個很熱門的方向。一般簡單來說分為吸收譜和發(fā)射譜，之后再利用光譜儀分析就可以知道具體對應(yīng)波長了。