很難讀懂標準上的描述(沒辦法，中國國標寫作水平高！？)，好讓同學們看得通順，我就寫成白話文現代漢語版:
紅外信噪比的特征是基線(100%T線)噪聲。即在樣品室中沒有放置樣品(空光路)的條件下，測量壹個假想的理想100%T透射光譜。信號，當然是100%T，如果沒有噪聲，那麽這個譜會是壹條嚴格的直線，縱坐標是100%T，但實際情況是噪聲壹直存在，這就使得這個譜的每個波數點上的值不壹定是100%T，而可能更高(例如， 100% t峰峰值(peak-to-peak)噪聲是指在某個波數區間內(例如2200~2100cm-1)剛剛測得的頻譜的最大值與最小值之差，例如100.1% t-99.9% t .前面已經提到，假設信號為100%T，那麽 至此，我們可以說這臺紅外光譜儀的信噪比為500:1。換句話說，我們知道P-P(峰峰值)噪聲，自然就知道P-P信噪比；同樣，我們知道P-P值的信噪比，比如500:1，那麽我們自然可以用噪聲=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。
有人說是為了避免小概率事件的發生(這位先生是彩民，鑒定完畢！)，噪聲值應該用更有代表性和統計性的RMS(均方根值)噪聲來表示。那麽什麽是RMS呢？我不得不犧牲邪惡的數學公式(霍金的《時間簡史》只用了壹個公式。我小小的創意這麽早就把公式算出來了。我不如霍金。。。)
設{{Y1，Y2，Y3，…YN}，...yn}為給定波數區間內n個連續波數點對應的縱坐標值(根據上述條件的壹系列%T透過率值)，則這些值的平均值為:
均方根(RMS)偏差為:
如果不用公式，壹般來說，均方根值是壹組數的平方的平均值的平方根；均方根偏差是壹組數與這組數的平均值之差的平方的平均值的平方根。所以，妳看，我放棄寫作只是早了點，所以我們來看看邪惡的公式。顯而易見，由上述公式得到的某壹波數(橫坐標)區間內壹個頻譜的所有n個數據點的縱坐標值的均方根偏差作為均方根噪聲的度量。
壹般來說，對於紅外光譜，P-P(峰峰值)噪聲比RMS(均方根值)噪聲大5倍左右，換句話說，RMS噪聲的絕對值更小，換算成信噪比就更大，所以妳發現用RMS值表示的信噪比往往看起來很美也就不足為奇了，因為它比P-P值表示的信噪比大5倍(而且很明顯，參與運算的波點數越多)
以上“基線噪聲”均采用100%T的基線，對應透射光譜的透過率表達式；世界上越來越多的地方使用透射光譜的吸光度表達式，此時的“基線”自然成為0A基線。“零基線”上的噪聲單位明顯變成了a(吸光度單位，有時寫成AU)。此時，計算峰峰值噪聲和均方根噪聲的方法與之前完全相同。但是因為這些基線都是在樣品室沒有樣品的情況下(空光路)測得的，所以此時的信號應該是0A。如果直接計算信噪比，0/ noise =0，顯然得不到明確有意義的數值。所以很多同學在這個地方都會很迷茫。如何從吸光度表示的基線噪聲值得到信噪比？這裏zwyu獨家奉獻推導過程(呵呵，反正市面上的資料都沒寫，可能太簡單了。):
如前所述，測量吸光度基線噪音時，假設信號為0A(相當於無信號)，這導致所有計算歸零。那麽，避免這種“置零困境”的關鍵就是用等效的100%T代替0A，因為已經證明用100%T基線噪聲計算信噪比是可行的。因此，要做的工作是將0A基線處的噪聲等效為100%T基線處的噪聲。從吸光度和透光率之間的轉換關系:
設信號為1(即100%)，考慮將A坐標中的噪聲A-0轉換為%T坐標中的噪聲1-T(為簡單起見，將100%記為1，T不乘以100)。
這裏A是0A基線下給出的基線噪音值(如果怕和吸光度單位A混淆，請用任意字母代替公式中的變量A)。後面我會用例子來驗證我的公式。顯然，a的值越小，信噪比越大，意味著基線噪聲值越小越好，這與我們的認知是壹致的。
看了很多以黑粉色出現的紅外光譜儀及其參數，不知道妳有沒有暈。反正就像本文開頭說的，玩了壹輩子紅外光譜的翁老師暈了。。。
老人之所以暈，不是他老人家紅外經驗少，也不是他不仔細看，而是各種紅外廠家的各種標準和宣傳資料中，紅外信噪比的實際測量有很多具體的參數設置(用翁老人的原話來說就是“測量條件不壹樣”)。或許，“由於編輯水平有限，難免會出現壹些錯漏”；也許，是有人想制造這種不壹致來混淆視聽；或許，家家有本難念的經。。。總之，對妳們所有人來說都很難。
先拋開這些糾結的具體參數，只看最後的結果。很容易發現，紅外廠商中常見的信噪比有兩種:5S(秒)P-P值信噪比和1Min(分)P-P值信噪比，但也有例外，只給出5S P-P值信噪比(如瓦裏安)或只給出1Min P-P值信噪比(如島津)。為了統壹起見，需要知道5S的信噪比與1Min P-P值的換算關系。
這裏先提前說壹下掃描時間(更直接的說是掃描次數)對紅外信噪比的影響。因為測量紅外光譜時探測器噪聲占總噪聲的主要部分，而探測器噪聲與信號電平不成正比，或者說噪聲是隨機的，與信號電平無關。那麽，我們就很容易想到通過多次測量取平均值的方法來提高信噪比。數學上可以證明，n次測量的平均結果就是信噪比可以提高到1倍。比如4疊平均信噪比提高2倍，16疊提高4倍，32疊提高5.6倍，64疊提高8倍，11.3倍。。。壹般我們用紅外光譜儀(FTIR)測量時，平均疊加數是16或32，這也是因為此時可以達到最經濟的效率。次數太少，信噪比提高有限；次數太多，衡量時間會很長，卻得不到回報。而且，我們這裏說的是FTIR。對於光柵紅外，掃描壹次全光譜甚至需要幾到幾分鐘。現代的實驗者不會瘋狂到用壹天的時間多次平均才得到壹個光譜。對於FTIR，壹次掃描全光譜只需要1S左右，可以多次掃描平均，有效提高信噪比。那麽，問題來了，1Min掃描比5S掃描多掃描多少倍？換句話說，1分鐘掃描，紅外光譜儀內部掃描了多少次，5S掃描了多少次？好在前面提到的廠商在給出信噪比指標的時候，都是使用分辨率為4cm-1的數據，也就是說掃描時間和掃描次數基本上是簡單的正比關系。5S:60S=1:12。可以簡單的認為1Min的掃描次數是5S的12倍，應用上面給出的關系，期望信噪比可以提高3.5倍。我們來看看這兩個SNR數據給出的廠商提供的數據:
Thermo/Nicolet公司的IS10: 1min P-P值信噪比:5S P-P值信噪比=35000:10000=3.5，完全符合我們的推斷。
譜100: 1min P-P值信噪比PE公司:5S P-P值信噪比=36000:10500=3.4，基本壹致。
張量37: 1min布魯克公司P-P信噪比:5S P-P信噪比=45000:8000=5.6，和我們的預期值相差很大。我們註意到，布魯克公司將這兩個數據標註為“可達”，而不是“最少”(標註為“最少”的數據只有5S P-P值的信噪比=6000:1)。換句話說，1Min掃描的信噪比可以比5S掃描高5.6倍，這只是可能的最好情況，並不是某個有保證的數據。由於n次測量的平均結果是信噪比可以提高到1次測量的結論已經是理想值，實際情況可能達不到這個效果。那麽，布魯克的數據增長5.6倍，遠超理論極限的3.5倍是怎麽來的？這就不得不提另壹個掃描速度的問題了。如前所述，現代FTIR掃描全光譜(4000~400cm-1)只需要1S左右。當然，它既有“左”，也有“右”。如果掃描壹次只需要1秒，那麽光譜儀* * *在5S內掃描5次，而* * *在1分鐘內掃描60次，這就是我們前面用到的數據。但是如果1掃描花費的時間超過1呢？舉個例子，如果是1.5S，那麽光譜儀在5S內只能完成三次掃描(還有1次掃描未完成，不參與疊加平均)，但在1Min內剛好可以完成40次掃描。理論上1Min的掃描信噪比可以提高3.7倍，高於之前的3.5倍。更極端的，假設完成1只需要2.51，5S內只能完成1(剩下的2.49S太忙)，而1Min內可以完成23次掃描，理論上信噪比提高了4.8倍，遠高於之前預估的3.5倍。但這離5.6倍還有壹定距離。至此，zwyu無法再解釋了。好在布魯克的宣傳資料也明確提醒我們，5.6倍的提升只是“最好的情況”，這裏不需要深究“為什麽”，但請告訴正在使用TENSOR 37或27的朋友，光譜分辨率為4cm-1時使用DTGS探測器，其他所有參數掃描默認設置為4000 ~ 400 cm。1Min可以連續掃描多少次？謝謝妳
好吧，不考慮布魯克數據的特殊情況，我們很容易知道，用相對正常的3.5倍的換算系數:
安捷倫/瓦裏安公司的640-IR: 5SP-P信噪比=6000，1Min P-P信噪比=6000*3.5=21000。
島津公司的Irprestige-21: 5 SP-P信噪比=40000/3.5=11000，1Min P-P信噪比=40000。
順便看壹下國產FTIR。
北京瑞利的WQF-510: 5SP-P信噪比=3000/3.5=850，1Min P-P信噪比=3000(我看到的資料只給出了32次掃描的均方根信噪比為15000:1。而且因為根據我的觀察，在正常掃描條件下，WQF-510以4cm-1的分辨率掃描4000~400cm-1全光譜1次的時間肯定是超過1S的，所以我們可以暫時認為它的32次掃描時間接近1Min)。
天津港東的FTIR-650:5S P-P-P信噪比=15000/3.5=4200，1Min P-P信噪比=15000(我看到的數據裏只寫了P-P信噪比15000: 65430。時間寫的文檔裏的信噪比值讓我再次崩潰，沒有註明P-P值。所以這裏姑且說掃描時間是1Min，大家都有疑問。當然也非常歡迎國產儀器的廠家專家前來指正)
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