L'espectroscòpia de transformada de Fourier (FTS) és una tècnica de mesura en què es recopilen espectres basats en mesures de la coherència d'una font radiativa, utilitzant mesures del domini temporal o espacial de la radiació, electromagnètica o no. Es pot aplicar a diversos tipus despectroscòpia, com ara l'espectroscòpia òptica, l'espectroscòpia d'infrarojos (FTIR, FT-NIRS), la ressonància magnètica nuclear (RMN) i la imatge espectroscòpica per ressonància magnètica (MRSI),Antoine Abragam. 1968. Principles of Nuclear Magnetic Resonance, Cambridge University Press: Cambridge, UK. l'espectrometria de masses i l'espectroscòpia de ressonància d'espín electrònic.

Hi ha diversos mètodes per mesurar la coherència temporal de la llum (vegeu: autocorrelació de camp), incloent-hi l'espectròmetre d'ona contínua i l'espectròmetre de transformada de Fourier pulsada o l'espectrògraf de transformada de Fourier. El terme "espectroscòpia de transformada de Fourier" reflecteix el fet que en totes aquestes tècniques es requereix una transformada de Fourier per convertir les dades en brut en l'espectre real, i en molts dels casos en òptica que implica interferòmetres, es basa en el teorema de Wiener-Khinchin.

Introducció conceptual Mesura d'un espectre d'emissió miniatura|300x300px|Un exemple d'espectre: l'espectre de llum emès per la flama blava d'un bufador de butà. L'eix horitzontal és la longitud d'ona de la llum i l'eix vertical representa quanta llum emet la llanterna a aquesta longitud d'ona. Una de les tasques més bàsiques de l'espectroscòpia és caracteritzar l'espectre d'una font de llum: quanta llum s'emet a cada longitud d'ona diferent. La manera més senzilla de mesurar un espectre és passar la llum a través d'un monocromador, un instrument que bloqueja tota la llum excepte la llum a una determinada longitud d'ona (la longitud d'ona no bloquejada s'estableix mitjançant un botó del monocromador). A continuació, es mesura la intensitat d'aquesta llum restant (d'una sola longitud d'ona). La intensitat mesurada indica directament quanta llum s'emet a aquesta longitud d'ona. Variant la configuració de la longitud d'ona del monocromador, es pot mesurar tot l'espectre. Aquest esquema senzill descriu, de fet, com funcionen alguns espectròmetres.

L'espectroscòpia de transformada de Fourier és una manera menys intuïtiva d'obtenir la mateixa informació. En lloc de permetre que només una longitud d'ona passi al detector, aquesta tècnica deixa passar un feix que conté moltes longituds d'ona de llum diferents alhora i mesura la intensitat total del feix. A continuació, el feix es modifica per contenir una combinació diferent de longituds d'ona, donant un segon punt de dades. Aquest procés es repeteix moltes vegades. Després, un ordinador pren totes aquestes dades i treballa cap enrere per deduir quanta llum hi ha a cada longitud d'ona.

Per ser més específics, entre la font de llum i el detector, hi ha una certa configuració de miralls que permet que algunes longituds d'ona passin però en bloqueja d'altres (a causa de la interferència de les ones). El feix es modifica per a cada nou punt de dades movent un dels miralls; això canvia el conjunt de longituds d'ona que poden passar-hi.

Com s'ha esmentat, cal un processament informàtic per convertir les dades en brut (intensitat de la llum per a cada posició del mirall) en el resultat desitjat (intensitat de la llum per a cada longitud d'ona). El processament necessari resulta ser un algorisme comú anomenat transformada de Fourier (d'aquí el nom "espectroscòpia de transformada de Fourier"). Les dades en brut de vegades s'anomenen "interferograma". A causa dels requisits d'equipament informàtic existents i la capacitat de la llum per analitzar quantitats molt petites de substància, sovint és beneficiós automatitzar molts aspectes de la preparació de la mostra. La mostra es pot conservar millor i els resultats són molt més fàcils de replicar. Tots dos beneficis són importants, per exemple, en situacions de proves que posteriorment poden implicar accions legals, com ara les que impliquen mostres de fàrmacs.Semiautomated depositor for infrared microspectrometry http://www.opticsinfobase.org/viewmedia.cfm?uri=as-57-9-1078&seq=0

Mesura d'un espectre d'absorció miniatura|Un "interferograma" d'un espectròmetre de transformada de Fourier. Aquestes són les "dades en brut" que es poden transformar en un espectre real mitjançant la transformada de Fourier. El pic al centre és la posició ZPD ("diferència de camí zero"): aquí, tota la llum passa a través de l' interferòmetre perquè els seus dos braços tenen la mateixa longitud. El mètode de l'espectroscòpia de transformada de Fourier també es pot utilitzar per a l'espectroscòpia d'absorció. L'exemple principal és l'"espectroscòpia FTIR", una tècnica comuna en química.

En general, l'objectiu de l'espectroscòpia d'absorció és mesurar com de bé una mostra absorbeix o transmet la llum a cada longitud d'ona diferent. Tot i que l'espectroscòpia d'absorció i l'espectroscòpia d'emissió són diferents en principi, a la pràctica estan estretament relacionades; qualsevol tècnica d'espectroscòpia d'emissió també es pot utilitzar per a l'espectroscòpia d'absorció. Primer, es mesura l'espectre d'emissió d'una làmpada de banda ampla (això s'anomena "espectre de fons"). En segon lloc, es mesura l'espectre d'emissió de la mateixa làmpada que brilla a través de la mostra (això s'anomena "espectre de la mostra"). La mostra absorbirà part de la llum, cosa que farà que els espectres siguin diferents. La relació entre l'"espectre de la mostra" i l'"espectre de fons" està directament relacionada amb l'espectre d'absorció de la mostra.

En conseqüència, la tècnica d'"espectroscòpia de transformada de Fourier" es pot utilitzar tant per mesurar espectres d'emissió (per exemple, l'espectre d'emissió d'una estrella) com espectres d'absorció (per exemple, l'espectre d'absorció d'un líquid).

Espectrògraf de Michelson o de transformada de Fourier d'ona contínua miniatura|250x250px|L'espectròmetre de transformada de Fourier és simplement un interferòmetre de Michelson, però un dels dos miralls totalment reflectants és mòbil, cosa que permet incloure un retard variable (en el temps de viatge de la llum) en un dels feixos. L'espectrògraf de Michelson és similar a l'instrument utilitzat en l'experiment de Michelson-Morley. La llum de la font es divideix en dos feixos mitjançant un mirall mig platejat, un es reflecteix en un mirall fix i l'altre en un mirall mòbil, cosa que introdueix un retard temporal: l'espectròmetre de transformada de Fourier és simplement un interferòmetre de Michelson amb un mirall mòbil. Els feixos interfereixen, permetent mesurar la coherència temporal de la llum a cada configuració de retard de temps diferent, convertint eficaçment el domini temporal en una coordenada espacial. Fent mesures del senyal en moltes posicions discretes del mirall mòbil, l'espectre es pot reconstruir mitjançant una transformada de Fourier de la coherència temporal de la llum. Els espectrògrafs de Michelson són capaços d'observar fonts molt brillants amb una resolució espectral molt alta. L'espectrògraf de transformada de Michelson o de Fourier va ser popular per a aplicacions d'infrarojos en una època en què l'astronomia infraroja només tenia detectors d'un sol píxel. Els espectròmetres de Michelson d'imatge són una possibilitat, però en general han estat substituïts pels instruments d'imatge de Fabry-Pérot, que són més fàcils de construir.

Extracció de l'espectre La intensitat en funció de la diferència de longitud de trajectòria (també denotada com a retard) a l'interferòmetre i nombre d'ona ésPeter Atkins, Julio De Paula. 2006. Physical Chemistry, 8th ed. Oxford University Press: Oxford, UK.

on és l'espectre a determinar. Tingueu en compte que no és necessari per a a ser modulada per la mostra abans de l'interferòmetre. De fet, la majoria d'espectròmetres FTIR col·loquen la mostra després de l'interferòmetre a la via òptica. La intensitat total al detector és

Això és només una transformada del cosinus de Fourier. La inversa ens dóna el resultat desitjat en termes de la quantitat mesurada :

Espectròmetre de transformada de Fourier pulsada Un espectròmetre de transformada de Fourier pulsada no utilitza tècniques de transmitància. En la descripció més general de l'espectrometria FT pulsada, una mostra s'exposa a un esdeveniment energitzant que provoca una resposta periòdica. La freqüència de la resposta periòdica, tal com es regeix per les condicions de camp a l'espectròmetre, és indicativa de les propietats mesurades de l'analit.

Exemples d'espectrometria de transformada de Fourier pulsada En espectroscòpia magnètica (EPR, RMN), un pols de microones (EPR) o un pols de radiofreqüència (RMN) en un camp magnètic ambiental fort s'utilitza com a esdeveniment energitzant. Això gira les partícules magnètiques en un angle respecte al camp ambiental, provocant una giració. Els girs giratoris indueixen llavors un corrent periòdic en una bobina detectora. Cada espín presenta una freqüència característica de giració (relativa a la intensitat del camp) que revela informació sobre l'analit.

En l'espectrometria de masses per transformada de Fourier, l'esdeveniment energitzant és la injecció de la mostra carregada en el fort camp electromagnètic d'un ciclotró. Aquestes partícules viatgen en cercles, induint un corrent en una bobina fixa en un punt del seu cercle. Cada partícula viatgera presenta una relació freqüència-camp característica del ciclotró que revela les masses de la mostra.

Decaïment per inducció lliure L'espectrometria de FT pulsada ofereix l'avantatge de requerir una única mesura dependent del temps que pot deconvolucionar fàcilment un conjunt de senyals similars però diferents. El senyal compost resultant s'anomena decaïment per inducció lliure, perquè normalment el senyal decaurà a causa d'inhomogeneïtats en la freqüència de mostra o simplement a una pèrdua irrecuperable del senyal a causa de la pèrdua entròpica de la propietat que es mesura.

Espectroscòpia a nanoescala amb fonts pulsades Les fonts pulsades permeten la utilització dels principis de l'espectroscòpia de transformada de Fourier en tècniques de microscòpia òptica de camp proper. Particularment en nano-FTIR, on la dispersió d'una punta de sonda afilada s'utilitza per realitzar espectroscòpia de mostres amb resolució espacial a nanoescala, una il·luminació d'alta potència de làsers infrarojos pulsats compensa una eficiència de dispersió relativament petita (sovint <1%) de la sonda.

Formes estacionàries d'espectròmetres de transformada de Fourier A més de les formes d'escaneig dels espectròmetres de transformada de Fourier, hi ha diverses formes estacionàries o autoescanejades.William H. Smith Digital Array Scanned Interferometer, issued Dec. 11, 1990 Tot i que l'anàlisi de la sortida interferomètrica és similar a la de l'interferòmetre d'escaneig típic, hi ha diferències significatives, tal com es mostra a les anàlisis publicades. Algunes formes estacionàries conserven l'avantatge del multiplex de Fellgett, i el seu ús a la regió espectral on s'apliquen els límits de soroll del detector és similar a les formes d'escaneig del FTS. A la regió limitada per soroll fotònic, l'aplicació d'interferòmetres estacionaris ve dictada per consideracions específiques per a la regió espectral i l'aplicació.

Avantatge de Fellgett