5.2　红外光谱仪的信噪比

红外光谱仪的信噪比是衡量仪器质量高低的重要技术指标之一，仪器的信噪比越高，仪器的性能越好。测量仪器的信噪比就是测量红外光谱仪基线噪声，噪声小表明仪器的信噪比高、性能好。基线噪声可以用两种方法表示：①透射率光谱100% 基线的峰-峰值；②吸光度光谱0基线的峰-峰值。

在中红外区，不同波数处仪器的能量不同，中间部分（比如3000～1500 cm−1）能量最高。高波数端（4000～3000 cm−1）比低波数端（1500～400 cm−1）能量降低得慢。如图5.6所示，2000 cm−1左右能量最高；1800～450 cm−1，能量从约1.00单位降为0；而从4000～2400 cm−1，能量从约1.00单位降为0.30。能量高处信噪比大，能量低处信噪比小。

图5.6　不同波数处能量的差别

这种现象源于光源的特点。中红外频率中间部分是光源器件红外辐射能量最高的区间，高频端和低频端都比较低，低频端能量降低得更快。

中红外区的不同波段仪器的噪声大小不同。为避开空气中CO2和H2O的影响，测量仪器的噪声通常选用2600～2500 cm−1或2200～2100 cm−1区间。红外光谱仪信噪比（signal-to-noise ratio）的表示方法有透射率法和吸光度法。表5.4列出了对不同级别仪器透射率信噪比的要求。

表5.4　不同级别仪器对透射率信噪比的要求

5.2.1　红外光谱仪信噪比的透射率表示法

样品室不放样品，选4 cm−1分辨率，分别用相同的扫描次数（通常是6次）进行背景模式和样品模式扫描，得到透射率光谱。在100%线上截取2600～2500 cm−1区间或2200～ 2100 cm−1区间，将基线纵坐标满刻度放大，测量峰-峰值N透射率，用100除以N透射率，即得仪器的透射率信噪比SNR透射率，即：SNR透射率 = 100/N透射率，见图5.7～图5.9。

图5.7　透射率光谱在4000～675 cm−1区间基线的噪声

图5.8　透射率光谱在2200～2100 cm−1区间基线的噪声

图5.9　透射率光谱在2600～2500 cm−1区间基线的噪声

5.2.2　红外光谱仪信噪比的吸光度表示法

不在样品室放样品，在4 cm−1分辨率条件下（光阑可最大），分别用相同的扫描次数（通常是6次）进行背景模式和样品模式扫描，得到吸光度光谱。把0基线中2600～2500 cm−1区间或2200～2100 cm−1区间纵坐标满刻度放大，测量峰-峰值N吸光度，用1除以N吸光度即得到仪器的吸光度信噪比SNR吸光度，即：SNR吸光度=1/N吸光度，见图5.10。

图5.10　吸光度光谱在2200～2100 cm−1区间基线的噪声

5.2.3　红外光谱仪信噪比实测示例

不在样品室放样品，选择“扫描背底”和“扫描样品”各6次，得到图5.7。选择透射率光谱在2200～2100 cm−1区间基线的噪声得到图5.8。其信噪比SNR=100/(99.926− 99.903)=4348。图5.9为透射率光谱在2600～2500 cm−1区间基线的噪声，其信噪比SNR= 100/(99.922−99.897)=4000，说明选择的透射率光谱区间不同，信噪比会稍有差异。这是因为在中红外区，光源器件在不同频率区间能量有差别。

图5.10为吸光度光谱在2200～2100 cm−1区间基线的噪声，其信噪比SNR=1/[(4.2−3.2)× 10−4]=10000。在同一区间透射率光谱计算得到的信噪比为4348，说明在同一区间用透射率光谱和吸光度光谱计算得到的信噪比的数值不同。

综上所述，红外光谱仪只有在同一实验条件下检测（比如光通量、扫描次数、分辨率），然后采用相同的测量方法（比如吸光度法、100%透射率法）得到的信噪比才有可比性。