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Innovation Messtechnik 2017

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Fouriertransformations-Infrarotspektrometer

Mario Hirth

Günther Hannesschläger

Die FTIR (= Fourier-Transformations-Infrarot) - Spektroskopie ist ein wichtiges Werkzeug in der chemischen Analyse, insbesondere von organischen Verbindungen. Das Gerät, das im Rahmen dieses Projektseminares entsteht, soll Studenten die Funktionsweise der FTIR-Spektroskopie näherbringen und für die Identifikation der wichtigsten chemischen Verbindungen geeignet sein.
Wesentlicher Bestandteil des Gerätes ist ein Michelson-Interferometer. Ein IR-Lichtstrahl wird durch einen Strahlteiler in zwei Komponenten aufgeteilt, ein Teil wird auf einen starren und einer auf einen beweglichen Planspiegel geführt, später werden diese wieder vereinigt. Wenn die beiden Strahlen einen gleichlangen Weg zurücklegen, dann addieren sie sich wieder zum Ursprünglichen, diesen Punkt (die Position des beweglichen Spiegels) nennt man Weisspunkt. Besteht allerdings eine Wegdifferenz, so interferieren die zwei Strahlen, wodurch der Strahl entweder verstärkt oder abgeschwächt wird, Spezialfälle sind die konstruktive und die destruktive Interferenz (siehe Bild 1).

Die Intensität des resultierenden Strahls wird nun über die Wegdifferenz aufgetragen, man erhält das Interferogramm (B). Eine Inverse Fourier-Transformation des Interferogramms ergibt das Spektrum (A) des Lichtstrahles (siehe Bild 2).

Vor dem Auftreffen am Detektor wird der Lichtstrahl durch eine Küvette, die das zu analysierende Material (Gas bzw. Flüssigkeit) enthält, geschickt. Dadurch werden stoffspezifisch bestimmte Spektralanteile herausgefiltert, die den Resonanzfrequenzen der enthaltenen Moleküle entsprechen. Anhand dieser Anteile kann auf chemische Verbindungen im untersuchten Stoff geschlossen werden.

Bild 3 zeigt den Gesamtaufbau des FTIR-Spektrometers.

Eine erste Herausforderung war bis jetzt die Beschaffung geeigneter Bauteile, da für den IR-Bereich Materialien (zB Detektor, Strahlteiler, etc.) nur von wenigen Firmen vertrieben werden und relativ teuer sind. Des weiteren gilt es zu beachten, dass Infrarotlicht für das menschliche Auge unsichtbar ist, wir also mit anderen Methoden feststellen müssen, ob der Lichtstrahl unseren Anforderungen entspricht.

Dezember 2004