傅里叶变换微波光谱仪的信号采集与数据处理研究

傅里叶变换微波光谱仪能精确测量分子的转动跃迁谱线,是量子化学和天文化学领域的重要实验工具。傅里叶变换微波光谱仪常利用混频器对高频微波分子信号进行下变频至低频后进行采样,并进行多次累加平均以提高信噪比。为了寻求高效、灵敏和准确的分子转动光谱检测方案,设计了零差式(Homodyne)和外差式(Heterodyne)两种不同的检测方案,提出了时域数据累加平均和频域数据累加平均两种不同的数据处理方案。以稀释在载气氩气中0.5%的羰基硫(OCS)分子为标准样品,对以上方案在差频200 MHz和0.4 MHz处分别进行了实验验证。研究结果表明,外差式检测灵敏度高于零差式检测,但设备成本更高;频域数据累加平均较时域数据累加平均的信噪比好,但数据处理量大,数据处理耗时较长。

宽带傅里叶变换微波光谱技术在络合物与化学反应研究中的应用

基于啁啾脉冲线性调频技术的宽带微波光谱仪在测量分子转动跃迁谱线的效率上较传统的窄带光谱仪优势明显,已成为众多分子转动光谱实验室必备的实验仪器。本研究设计搭建了频率覆盖1～18 GHz的宽带傅里叶变换微波光谱仪,采用零差式检测方案并结合多脉冲自由感应衰减技术,单次扫描带宽约2 GHz。以稀释在氩气中0.5%的OCS分子为标准样品,宽带微波光谱仪同时成功检测出6种同位素异数体的分子转动跃迁信号。在此基础上,测量了Ar-OCS二元范德华络合物的分子转动光谱,并对叔丁醇与HCl的反应进行了实时监测。