Van hozzáférése? | lépjen be
AGROMILK Analitikai Kft. - Foss tej, hús és boranalizáló műszerek: Winescan, Oenofoss, Milkoscan, Foodscan
Foss0afossprofiannborcfmmprofoss

A működési elvről

A baktérium számláló Bactoscan és a sejtszámláló Fossomatic készülékek mérési módszere az Áramlási citometria, erről részletes magyar nyelvű leírás az alábbi linken, a Debreceni Egyetem Orvostudományi Kar honlapján érhető el:


Áramlási citometria


A Meatmaster készülék mérési elvéről, a Röntgen fotoelektron spektroszkópiáról pedig a Magyar Tudományos Akadémia Atommagkutató Intézetének honlapján érhető el magyar nyelvű leírás:

Az elektronspektroszkópia 




A FOSS többi műszerének mérési elve az infravörös spektroszkópia.

Az infravörös spektroszkópia

Az infravörös spektroszkópia,  amely a rezgési spektroszkópia egyik formája , az analitikai kémia egyik elterjedt mérési módszere.

A módszer lényege, hogy a vizsgálandó mintát besugározzuk az infravörös sugárzás tartományába  eső elektromágneses sugárzással és a mintán áteső (transzmisszió) , vagy a mintáról visszaverődő (reflexió) , a minta molekuláris tulajdonságai által módosított sugárzás változását mérjük.


A rezgési spektroszkópia további módszerei a Raman spektroszkópia, a neutron molekulaspektroszkópia, az alagútelektron spektroszkópia és a elektronszórásos rezgési spektroszkópia

Spektrális tartományok


Az elektromágneses sugárzás infravörös tartományát három részre osztjuk: 

- közeli-infravörös (NIRnear infrared)

- közép-infravörös (MIRmiddle infrared

távoli-infravörös (FIR far infrared

Nevük a látható fény spektrumához viszonyított helyzetükre utal.

 A távoli-infravörös tartomány, melynek hullámszám-tartománya kb. 400–10 cm‒1 (1000–30 μm), közvetlenül a mikrohullámú tartománnyal szomszédos, ennek energiája a legkisebb. Ez csak rotációs spektroszkópiára használható. 

A közép-infravörös tartomány, melynek hullámszáma kb. 4000–400 cm‒1 (30–1,4 μm) a fundamentális rezgések és a kapcsolódó rotációs-vibrációs rezgések vizsgálatára alkalmas. Ez a leghasználhatóbb analitikai tartomány, ezzel lehetséges a legpontosabb mérés, azonban a kis energiaszint miatt csak pár mikron vastag mintaréteg, így főleg folyadékok vizsgálata lehetséges csak.

A  közeli-infravörös tartomány  (NIR), melynek hullámszáma kb. 14 000–4000 cm‒1 (1,4–0,8 μm), a legnagyobb energiájú , itt felhangok vagy harmonikus rezgések jöhetnek létre. A nagy energiaszint miatt képes vastag mintarétégen is áthatolni, azonban ezen műszerek pontossága elmarad a közép-infra tartományban mérő készülékekétől,a kalibrációjuk pedig komplexebb feladat.


Az infravörös spektrum jellegzetes csoport-rezgései










 Az infravörös tartomány fő részeire jellemző rezgések:

  1. távoli infravörös tartomány (10–300 cm‒1): nehézatomok vegyérték- és deformációs rezgései, torziós rezgések, kristályrács rezgései, némely forgási átmenet.
  2. a közép infravörös tartomány (300–4000 cm‒1): vegyérték és deformációs rezgések tartománya.
    1. ujjlenyomat tartomány (deformációs rezgések) (300–1500 cm‒1): adott vegyületre jellemző és egyedi.
    2. vegyértékrezgések tartománya (1500–4000 cm‒1): Jellegzetes csoportok rezgései találhatók meg itt. Ez a tartomány így nem a vegyületre, hanem a bennük található csoportokra karakterisztikus.
  3. közeli infravörös tartomány (NIR = Near Infrared, 4000–12 500 cm‒1): ebben a tartományban főképp a felhangok és a kombinációs sávok jelennek meg.


A Foss gyárt a közép- és  a közeli-infravörös tartományban mérő műszereket is, a mérendő minta tipusa dönti el, hogy melyik az optimális megoldás.


A közép-infra tartományban rendkívül jó   a műszerek pontossága ,azonban a sugárzás energiája kicsi, így csak  pár mikron vastag mintarétegen tud áthatolni. Ennek köszönhetően a közép infra műszerek csak folyadékok, pl tej vagy bor  vizsgálatára használhatók, mivel ott a küvettában mindössze 30-40 mikron vastag mintán kell áthatolni.  Ide tartoznak a Milkoscan, Winescan és Oenofoss készülékek. 


A közeli-infra tartományban ( NIR)  kevésbé pontos a mérés és sokkal bonyolultabb a kalibráció ,azonban a közeli-infra sugárzás előnye a nagy enegiaszint, aminek köszönhetően akár több cm vastag mintán is képes áthatolni. Emiatt a NIR készülékek szilárd termékek, pl. sajtok vagy húskészítmények mérésére is alkalmasak. Mivel ezeknél igen nagy a mérendő komponensek koncentrációja ( pl. 30-50% a zsír, stb.) , ezért nem probléma a közép infra műszerekhez viszonyított gyengébb pontosság.

Tejnél vagy boroknál viszont alacsony koncentrációban előforduló komponenseket mérünk, így ezeknél rendkívül nagy pontosságra van szükség, ezért itt nem használhatók a nagy áthatoló képességű közeli-infra (NIR, FT-NIR) műszerek, csak a nagy pontosságú ,de kis áthatoló képességű közép-infra tartományban mérők .

Ez az oka, hogy nem kombinálhatók a szilárd minta analizáló műszerek a folyadékvizsgálókkal, ugyanis a folyadékvizsgáló közép-infra tartományban mérő műszer sugárzása  nem képes áthatolni a vastag szilárd mintán,  a szilárd mintán is áthatolni képes közeli-infra műszer viszont nem elég pontos a folyadéktejek vagy borok analizálására. A szilárd minták oldása , majd folyadékvizsgálóval történő analizálása pedig nem járható út, mert az oldás során leromlik a pontosság.

Ezért pl. a sajtok és a folyadéktejek csak két külön műszerrel , külön elven ( az egyik közeli, a másik közép infra) mérhetők megfelelően, a kettő nem kombinálható.


Az infravörös sugárzás hatásai a molekulákra


molekuláknak három jellegzetes mozgástípusuk van:

  • transzláció (elmozdulás)
  • rotáció (elfordulás)
  • vibráció (rezgés)

A transzláció és rotáció a legkisebb energiát igénylő mozgásfajták, melyek már az infravörös sugárzásnál kisebb energiájú mikrohullámú sugárzással is gerjeszthetők. Ezen mozgások során a molekulán belüli szögek és távolságok közel állandóak, így az egész molekula végzi a mozgást. A rezgések esetében a molekulán belüli kötésszögek és távolságok változnak, a molekula átlagos helyzete és orientációja változatlan marad. A rezgések nagyobb energiát képviselnek így a rezgési állapotok megváltoztatása energia szempontjából legalább infravörös sugárzással kell hogy történjen.

A molekulák rezgései


A valóságban az infravörös (IR = infrared) spektrumban (vagyis a teljes IR tartományban az anyag által okozott változás) nem 3N–6 vagy 3N–5 jelet látunk. Egyes tényezők a jelek (sávok) számát növelik:

Egy N atomból álló molekulának 3N–6 független rezgése van (lineáris molekula esetében 3N–5). Ez abból következik, hogy minden atom a tér 3 irányba mozoghat szabadon (például x, y, z). Ebből le kell számítani a teljes molekula együttes elmozdulását (3 irány) és elfordulását (3 irány, de ha a molekula lineáris, vagyis az atomok egy egyenesre esnek, akkor ezen egyenes szerinti elforgatás nem változtat a molekulán, így ekkor csak 2 irány). 

A független rezgéseket normálrezgéseknek nevezzük. A normálrezgések során az egész molekula ugyanazzal a frekvenciával rezeg, ezt a frekvenciát nevezzük normálfrekvenciának.

  • felhangok, az alapállapotból történő gerjesztés nem az első, hanem a magasabb energiaállapotokba történik.
  • kombinációs és differenciasávok, melyek két normálrezgés összegénél és különbségénél jelentkezhetnek bizonyos szimmetriafeltételek esetén.

Ezek általában kicsi intenzitással jelentkeznek, így a legtöbb spektrumban nincs jelentős hatásuk. Más tényezők a spektrum sávjainak csökkenését okozzák:

  • degeneráció – két vagy több normálrezgés frekvenciája megegyezik.
  • nem minden normálrezgés IR-aktív (az IR-aktivitás feltétele, hogy a molekula rezgése során változzon a dipólusmomentuma, ha ez nem történik meg, az infravörös színképre az adott rezgés nem lesz hatással).
  • igen kis intenzitású sávok nem emelkednek ki a zajból, ezért nem különböztethetők meg.

A rezgések típusai:

  • Vegyértékrezgés (kötésnyúlás) – két atom közötti kötés nyúlik illetve rövidül. Ez a rezgéstípus nagyobb energiájú.
Szimmetrikus
vegyértékrezgés
Aszimmetrikus
vegyértékrezgés
Symmetrical stretching.gifAsymmetrical stretching.gif
  • Deformációs rezgések – A kötéstávolság nem változik csak a kötésszög. Ezen rezgésfajták kisebb energiájúak.
Ollózó
(síkbeli aszimmetrikus)
Kaszáló
(síkbeli szimmetrikus)
síkra merőleges
szimmetrikus
síkra merőleges
aszimmetrikus
Scissoring.gifModo rotacao.gifWagging.gifTwisting.gif

A deformációs rezgések közé tartozik még a torziós rezgés is, mely több atom esetében a térbeli torziós szög megváltozását jelenti.

A szerves -CH2 csoport atomjai hat különféle módon rezeghetnek: szimmetrikus vagy aszimmetrikus kötésnyúlássalollózó mozgássalhintázássalcsóválással vagy elfordulással, elcsavarodással:

Szimmetrikus
kötésnyúlás
Aszimmetrikus
kötésnyúlás
Ollózó mozgás
Symmetrical stretching.gifAsymmetrical stretching.gifScissoring.gif
Hintázó mozgásCsóváló (himbáló) mozgásCsavarodó (forduló) mozgás
Modo rotacao.gifWagging.gifTwisting.gif


Műszerek


Négy tipusuk van :

-  optikai szűrős készülékek, ez a technika mára elavult, ma már alig alkalmazzák

-  Fourier-transzformációs ( FTIR és FT- NIR ) infravörös spektrométerek

-  diszperzív monokromátorral dolgozó infravörös spektrométerek

-  DDA ( Diode Array )  készülékek


A FOSS gyárt FTIR, diszperzív monokromátoros és DDA műszereket is , az alkalmazás , a mérendő minta  tipusa dönti el, hogy a 3 közül melyik az optimális megoldás.


Az interferométert alkalmazó Fourier-transzformációs spektroszkópia (FTIR vagy FT-NIR )  előnye a nagy hullámszám-pontosság, melyet az interferométert vezérlő lézer monokromatikus fénye biztosít.  Hátránya ugyanakkor, hogy csak az 1100 nanométer feletti tartományban képes előállítani a spektrumot, itt pedig alacsony a sugárzás áthatoló képessége, mindössze pár mikron.  Így az FTIR/FT-NIR  műszer  transzmisszióban  csak folyadékok , szilárd anyagok esetén  pedig csak reflexióban és csak nagyon homogén minták mérésére használható .  Folyadékok esetén közép -infra tartományban transzmisszióval ez a legoptimálisabb mérési mód, azonban inhomogén szilárd minták , pl. sajt vagy hús mérésére az FTIR és FT-NIR sajnos nem alkalmas.


A nagy áthatoló képességű alacsony hullámhosszú, 1100 nanométer alatti   infravörös  tartományban csak a monokromátoros vagy DDA készülékek használhatók , ezekkel akár több cm vastag mintát is lehet transzmisszióval mérni .  


 A monokromátoros készülékek előnye a nagy felbontás,ezért inhomogén szilárd minták esetén ( pl. sajt, hús, gabona  stb ) ez az optimális megoldás .


A DDA készülékeknél kicsi a hullámszám felbontás, azonban ezen készülékek előnye, hogy nincs bennük mozgó alkatrész , nem érzékenyek a vibrációra , így üzemi körülmények , pl. csővezetékre vagy darálóra szerelve  ezek a készülékek az ideálisak. Mivel üzemi , in-line műszereknél általában mindig csak ugyanazt a mintát mérjük ( pl. savót ) , a minta összetétele pedig nagyon kis tartományban mozog csak ,ezért a kis hullámhossz felbontású DDA készülékek is megfelelő eredményt adnak.


Összefoglalva:  az FTIR az ideális a folyadékokra ( bor, tej) , a diszperzív monokromátor az ideális laborban a szilárd termékekre ( hús, sajt, gabona) , a DDA pedig az ideális az üzemben csővezetékre vagy darálóra szerelve in-line műszerként.


Transzmisszió vagy reflexió


Az infravörös spektroszkópia alapulhat az IR sugárzás

-  elnyelésén (abszorpció)

-  visszaverésén (reflexió)

-  kibocsátásán (emisszió)

Az  emissziós technikát csak az űrkutatásban használjuk, ezzel lehetséges a távoli égitestek összetételének a meghatározása.

A laboratóriumi praxisban  az abszorpciós vagy a reflexiós technikát használjuk. Ennek során az anyag az ő rezgéseinek megfelelő hullámszámú fényt nyeli el és a spektrumban abszorpciós sáv jelenik meg. A spektrum általában a transzmittanciát vagy az abszorbanciát ábrázolja a hullámszám függvényében.


A minta típusától függően a spektrum transzmissziós (a mintán áthatoló)  vagy reflexiós (a mintáról visszaverődő) üzemmódban vehető fel.


A FOSS gyárt transzmissziós  és reflexiós  készülékeket is, a minta tipusa dönti el, hogy melyik az optimális megoldás. 


Inhomogén mintáknál ( pl. hús vagy sajt)  csak a teljes mintán áthatoló transzmissziós módszer a célravezető,ezeknél  a minta felületéről visszaverődő sugárzást mérő reflexiós készülékekkel nem kapnánk pontos ,reprezentatív eredményt.

Bizonyos mintákon ( pl. tejpor, savófehérje por)  nem képes áthatolni az infravörös sugárzás, ezért ezeket kizárólag reflexiós üzemmódban lehet mérni. Azonban ezek a porok igen homogén anyagok, így a visszaverődő sugárzás is reprezentatív, pontos eredményt ad.

Ezért az analizálandó minta tipusa dönti el, hogy transzmissziós ( pl. Foodscan) vagy reflexiós ( pl. DS2500 )  NIR készüléket használunk -e. 

A reflexiós műszerekkel is lehetséges az áthatoló mintát mérni, ez az úgynevezett transzflexió. Itt nem a minta felületéről visszaverődő sugárzást méri a műszer, mint a refelxiónál, hanem  mintán áthatol az infrafény, majd az ellentétes oldalán elhelyezett tükör visszaveri, így a mintán ismét áthatolva jut vissza a detektorba. 

A transzflexiót  olyankor alkalmazzák  , ha az üzem főleg olyan mintákat mér, amelyeken nem képes áthatolni az infrasugárzás, azaz pl. tejport, de néha előfordul olyan minta is, pl. sajt vagy vajkrém ,amelyeknél csak transzmisszióval lehetséges reprezentatív mérés. 


Az infraforrás


Az infravörös sugárzás szélessávú forrásaiként az adott tartományban sugárzó eszközöket használnak. A közeli infravörös tartományban többnyire halogén lámpát, a közép infravörös tartományban az ideális izzó fekete test sugárzását megközelítő izzó kerámia vagy szilícium-karbid elemeket (Globar) használnak. A közép-infravörös tartományban használt források a távoli tartomány egy részében is alkalmazhatóak, a nagyon alacsony hullámszámú tartományokra azonban nagynyomású higanygőzlámpákat használnak.


A Detektor


A detektor típusát elsősorban a vizsgált hullámhossz-tartomány határozza meg. A NIR-tartományban szilícium alapú detektorokat, indium-gallium-arzenid (InGaAs) vagy ólom-szulfid (PbS) detektorokat használnak. A közép infravörös tartományban leggyakrabban használt szobahőmérsékletű detektor a DTGS (deuterált triglicil-szulfát) detektor. Nagyobb érzékenység eléréséhez cseppfolyós nitrogénnel hűtött MCT (higany-kadmium-tellurid) detektor alkalmas.



A kalibráció  az az algoritmus, amelynek segítségével a számítógép a műszer által felvett infravörös elnyelési spektrumból kiszámolja az egyes kémiai komponensek koncentrációját.

A kalibráció az infravörös műszerek lelke, a legkritikusabb tényező a műszer használhatóságát illetően. Különösen kritikus a kalibráció  az olyan rendkívül komplex mátrixok esetén, mint a többszáz féle összetevőből álló biológiai eredetű minták, pl. húsok, tejtermékek vagy borok esetén. A húsok vagy tejtermékek pl. több, mint száz féle fehérjéből, és ugyancsak több, mint száz féle zsírból állnak, ez pedig mind befolyással van a mérésre, mert mind más spektrumot ad.

A boroknál a legkritikusabb a helyzet, mivel ott nemcsak a változatosság igen nagy, de rendkívül alacsony tartományban , gyakran 1g/liter alatt kell precízen mérni az összetevőket, ami különösen nagy pontosságot tesz szükségessé.

Ezért a  húsok, tejtermékek és borok esetén üzemi körülmények között is használható, stabil ,a minta apró változásaira nem érzékeny kalibrációt csak óriási , többtízezer referenciamintás adatbázissal  lehet készíteni, ami sokévig tartó és euromilliókat felemésztő feladat.

Ez az oka, hogy a komplex ,biológiai eredetű minták mérésére a helyi kalibráció készítés nem realitás, enélkül pedig nem pontos a mérés így az általános célú NIR és FT-NIR készülékek nem tudták megvetni a lábukat az élelmiszeriparban.

Ezért van az, hogy az élelmiszeripari analizáló műszerek területén  a Foss gyakorlatilag az egyetlen szereplő a piacon  , mivel a Foss az egyetlen cég, amely képes volt Euro tízmilliókat költeni a több, mint 100 ezer referenciamintával készült gyári ANN kalibrációk kifejlesztésére, így a Foss műszerei a legkomplexebb biológiai eredetű helyi minták mérésére is azonnal üzemszerűen használhatók.


A kalibráció fejlesztése

Ez a gyakorlatban úgy történik, hogy lemérjük a mintákat a műszerrel, azaz felvesszük a spektrumot,  majd párhuzamosan lemérjük a referencia módszerrel is. Ezt követően a spektrumok és a referenciamódszerrel kapott analitikai eredmények segítségével a lentebb vázolt kemometriai eljárásokkal felállítható  a kalibrációs egyenlet . 



A kemometriában háromféle módszert alkalmazhatunk:

1. MLR ( többszörös lineáris regresszió)
2. PLS ( parciális legkisebb négyzetek )
3. ANN ( mesterséges ideghálózat)


1. MLR

Az MLR módszer a legegyszerűbb, ezt a kezdetleges fix optikai szűrős műszereknél alkalmazták a 90-es évekig, azonban  ma már  nem alkalmazzák.


2. PLS

A teljes spektrummal dolgozó műszerek kalibrálását többnyire a PLS  módszerrel végzik, a Foss kivételével valamennyi műszergyártó ezt alkalmazza, aminek a viszonylagos egyszerűsége az oka.  Hátránya, hogy csak  szűk adatbázis kezelésére alkalmas, ezért a pontos mérés igen szűk tartományban lehetséges csak.

Ez az oka, hogy  PLS kalibráció esetén sok külön kalibrációt, termékprogramot kell készíteni a minta összetételének megfelelően, pl. külön kalibráció szükséges a 0-5% , a 5-10%, a 10-15%, stb.  zsírtartalmú mintákra. Ezenkívül, mivel az adalékanyagok is befolyásolják a mérést , minden fűszertipust és adalékanyagot tartalmazó mintánál külön-külön  kalibrációkra  van szükség, ezeket is ugyancsak makrokomponens koncentrációk szerinti sávokra bontva. Ez egy tipikus húsüzem esetén azt jelenti, hogy többszáz kalibrációs termékprogramot kell készíteni, ami hónapokig , sőt gyakran évekig tartó munka.

Boroknál még nehezebb a helyzet, mivel itt jóval kisebb a komponensek koncentrációja, azaz jóval nagyobb pontosságra van szükség,  emellett sokkal nagyobb a minta változatossága. Ezért PLS módszerrel gyakorlatilag lehetetlen használható kalibrációt készíteni borokra, minden borászatnak évjáratonként és fajtánként külön helyi kalibrációkat kellene fejleszteni,ami a gyakorlatban nem megvalósítható.
Ezért az olyan rendkívül komplex , biológiai  eredetű mátrixok, mint a húskészítmények, a sajtok vagy a borok PLS kalibrációt alkalmazó műszerekkel nem, vagy csak nagyon nehézkesen mérhetők.

3. ANN

Az  igen komplex biológiai eredetű termékek , élelmiszerek analizálásra szakosodott  Foss, a világon egyedüliként a műszereit  legkomplexebb kalibrációs módszerrel , az ANN-nel (mesterséges ideghálózat, Artificial neural network  ) fejlesztett, sajtok és húskészítmények esetén több, mint 138 ezer, boroknál több, mint 60 ezer  referenciamintával készült gyári kalibrációval szállítja. 

A módszer előnye, hogy óriási adatbázisokat tud egyben kezelni, ami akár többszázezer , rendkívül változatos,sokezer féle bor, húskészítmény vagy sajt referenciamintát tartalmazó kalibráció fejlesztését is lehetővé tette.
Így egyetlen kalibrációs termékprogrammal lehetséges akár a világ összes húskészítményét vagy sajtját pontosan analizálni, azok összetételétől, illetve a használt adalékanyagoktól, fűszerektől függetlenül.   Az ANN kalibrációnál nem szükséges makrokomponens koncentráció szerinti  sávok , illetve  fűszerek vagy receptúrák   szerint  külön termékprogramokat készíteni, mert a PLS-tól eltérően ez mindent egyben képes kezelni.

A gyári ANN kalibrációnak köszönhetően  a Foss műszerek egyedülálló módon a bekapcsolás után azonnal üzemszerűen használhatók a helyi termékek pl. ,sajtok vagy  húskészítmények pontos mérésére,  semmilyen helyi kalibrálásra nincs szükség

A gyári ANN lehetővé tette a globális bor kalibráció elkészítését is, amelynek 60 ezer referenciamintás adatbázisába  a világ minden borvidékéről, az összes szőlőfajtából származó mintákat beépítettek, így bárhol azonnal használható a műszer , helyi kalibrációs munkára nincs szükség. 


A többtízmillió Euro költséggel fejlesztett , azonnal használható  gyári ANN kalibráció az, ami a FOSS műszereket a világon egyedüliként alkalmassá teszi húskészítmények, tejtermékek és borok üzemszerű pontos analizálására, ez az egyik legfőbb oka, hogy a világban az élelmiszer és agrártermék analizáló műszerek piacán a FOSS piaci részesedése közel 100%, a nagy nemzetközi élelmiszer ipari cégek pedig kivétel nélkül mind Foss műszereket használnak.


A Fourier-transzformációs infravörös spektroszkópia (FTIR)


Fourier-transzformációs infravörös spektroszkópia (FTIR-spektroszkópia) a  Foss folyadék analizáló műszereinek, a Winescan, Milkoscan és Oenofoss készülékeknek a mérési elve.

Az FTIR  olyan analitikai mérési módszer, melynek segítségével szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú anyagok abszorpciós, emissziós, fotokonduktív vagy Raman-szórásának infravörös spektrumát határozzák meg. Az FTIR-spektrométer széles spektrális tartományban gyűjt egyidejűleg spektrális adatokat. 

A Fourier-transzformációs infravörös spektroszkópia kifejezés arra utal, hogy a nyers adatoknak tényleges spektrummá alakításához a Fourier-transzformációt alkalmazzák.


Bármelyik abszorpciós spektroszkópiai módszert (FTIR, UV-látható stb.) nézzük, mindegyikük célja annak mérése, hogy valamely anyag milyen mértékben nyeli el fényt(elektromágneses energiát) az egyes hullámhosszokon

Ennek legegyszerűbb módja a diszperziós spektroszkópia, melynél egy monokromatikus fénnyel sugározzák be a mintát, megmérik mennyi fényt nyel el, majd minden egyes hullámhosszra megismétlik az eljárást. 

A Fourier-transzformációs infravörös spektroszkópia esetében kevésbé magától értetődő ugyanennek a spektrális információnak a megszerzése. Ennél az analitikai módszernél nem monokromatikus fénnyel, hanem egyidejűleg nagyon sok frekvenciát tartalmazó fénysugárral sugározzák be a mintát, majd azt mérik, hogy az így besugárzott energia mekkora részét nyeli el a minta. Ezután a fénysugarat úgy módosítják, hogy másféle frekvenciakombinációkból álljon, így egy második mért adatpont jön létre. Ezt a folyamatot újabb és újabb frekvenciakombinációkkal megismétlik, majd a számítógép az adatok alapján kiszámítja, hogy az egyes hullámhosszaknál mekkora az elnyelés.

 Az említett fénysugár forrása egy szélessávú sugárzó (fényforrás), mely a mérendő hullámhosszak teljes spektrumát tartalmazza.

 A sugár egy Michelson-interferométerbe kerül. Az interferométer egy sugárosztóból, valamint tükrökből álló optikai elrendezés, a tükrök közül az egyik motoros működtetésű. Ennek a tükörnek a mozgatása azt eredményezi, hogy az áthaladó fény minden egyes hullámhossza periodikusan kioltódik illetve erősítődik a hulláminterferencia következtében. A különböző hullámhosszak különböző ütemben modulálódnak, így az interferométerből kilépő fény spektruma pillanatról-pillanatra más lesz.

 A nyers adatoknak (fényelnyelés az egyes tükörpozíciókban) a kívánt spektrummá (fényelnyelés az egyes hullámhosszaknál) konvertálásához számítógépre van szükség. A feldolgozás Fourier-transzformációs algoritmussal végezhető el, ebből származik a módszer neve is.

 A nyers adatokat interferogramnak is nevezik.



Michelson-interferométer


A Michelson-interferométer elrendezése egy FTIR-spektrométerben

Az FTIR-spektrometriai alkalmazásra kialakított Michelson-interferométerben egy sugárzó fekete testnek megfelelő polikromatikus infravörös forrásból származó kollimált fényt egy sugárosztóra irányítanak. Ideális esetben a beeső fény 50%-a a fix tükörre vetül, 50%-a a mozgó tükörre jut tovább. A két tükörről visszavert fény ismét a sugárosztóra kerül, így ideális esetben az eredeti fény 50%-a jut a mintakamrába, ahol a mintára fókuszálják. A mintán áthaladva a fény a detektorba jut. Az interferométer két karja közti optikai útkülönbséget retardációnak nevezik. Az interferogram a retardáció változtatásával jön létre a különböző retardációs értékekhez tartozó detektorjel regisztrálásával. Minta nélküli állapotban az interferogramot főként a forrásintenzitás eloszlása, a sugárosztó hullámhosszfüggő hatásfoka határozza meg. Az interferogram maximuma nulla retardációnál található, ezen a ponton az összes hullámhosszon konstruktív interferencia jön létre, ettől távolodva lecsengő, hullámzó jel látható. Minta jelenléte esetén az interferogramot a minta abszorpciós sávjainak jelenléte modulálja.










Felbontás

Az interferogram a hosszúságtartományban értelmezendő. A Fourier-transzformáció (FT) invertálja a tartományt, ezért az interferogram Fourier-transzformáltja a reciprok hosszúságtartományon, vagyis a hullámszámtartományon értelmezhető. A hullámszám per centiméterben értelmezett spektrális felbontás megegyezik a centiméterben mért maximális retardáció reciprokával. Ily módon 4 cm−1 felbontás érhető el, ha a maximális retardáció 0,25 cm; ez jellemző az olcsóbb FTIR-berendezésekre.

Ennél lényegesen nagyobb felbontás érhető el a maximális retardáció növelésével. Ez nem egyszerű feladat, mivel a mozgó tükörnek csaknem tökéletesen párhuzamos utat kell bejárnia. Ezen a műszaki problémán segít, ha a síktükröt saroktükrös elrendezéssel helyettesítik. A saroktükrös elrendezés esetében a visszavert sugár a tükör helyzetétől függetlenül minden esetben párhuzamos a beeső sugárral. 

Connes 1966-ban megmérte a Vénusz atmoszférájának hőmérsékletét felvéve a bolygó CO2 atmoszférájának rotációs-vibrációs spektrumát 0,1 cm−1 felbontással.

Michelson maga is megkísérelte interferométerének segítségével két komponensére felbontani a hidrogén Hα emissziós sávját a hidrogénatom spektrumában. 

A jelenleg kereskedelmi forgalomban kapható legnagyobb felbontású FTIR-spektrométer felbontása 0,0009 cm−1.A fényerőelőny különösen fontos a nagy felbontású spektrométerek esetében, mivel hasonló felbontású diszperzív műszer esetében a monokromátor belépő és kilépő réseinek nagyon keskenynek kellene lennie.

Sugárosztó

A sugárosztó nem készülhet közönséges üvegből, mert az nem átlátszó a 2,5 μm-nél hosszabb infravörös sugárzás számára. A sugárosztó anyagát a spektrális tartománytól függően választják meg. Közép infravörös tartományban (MIR) a leggyakoribb sugárosztó anyag a KBr, közeli infravörösben (NIR) a kvarc, távoli infravörösben (FIR) pedig a polietilén fólia. Mivel az egyes anyagok spektrális tartománya korlátozott, széles tartomány lefedéséhez sugárosztócserére lehet szükség.

A Fourier transzformáció

Az interferogram a gyakorlatban diszkrét retardációs értékekhez felvett intenzitássorozatot jelent. Az egymást követő retardációs értékek közötti különbség állandó. Emiatt diszkrét Fourier-transzformációra van szükség. A számításokban a gyors Fourier-transzformációt alkalmazzák

gyors Fourier-transzformáció (FFT = Fast Fourier Transform) a diszkrét Fourier-transzformált kiszámítására szolgál.

A sor:






ahol