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拉曼光谱仪的组成阅读次数 [2201] 发布时间 :2017-06-13

  拉曼光谱仪的组成


  任何拉曼光谱仪有三个主要组成部分:激发源、取样装置和检测器。虽然这三个组成部分以不同的形式在过去几年中,现代拉曼仪器已经开发利用激光作为激发源,光谱仪的探测器,和显微镜或光纤探头的采样装置。


  由于拉曼光谱是基于测量波长(或频率)变化的能力,所以必须使用单色激发源。虽然激光通常是最好的激发源,但并非所有的激光都适用于拉曼光谱,因此,至关重要的是,激光频率是非常稳定的,并且不是模式跳变,因为这将导致拉曼频移的误差。由于光激发光源的锐度和稳定性直接影响拉曼峰的质量,因此使用干净的窄带宽激光也很重要。


  决定用于拉曼光谱仪的哪种激光器的最后一个考虑因素是波长。从上一节中可以看出,波长越短,拉曼信号的功率就越强。然而,正如已经说过的,这不是唯一的考虑,特别是在处理有机分子时。大多数有机分子会发出荧光,高能量的激发(短波长)的光子。虽然荧光通常被认为是一个低光水平的过程中,它还可以使信号在拉曼光谱如图5所示。这是因为拉曼效应是由入射光子中非常小的一部分(大约1在107)组成的。因此,可见激光通常只用于无机材料,如碳纳米管。


  

拉曼光谱仪的组成

在不同的激发波长的荧光干扰的拉曼谱图表明R-5的比较


  对于有机分子,重要的是将激光波长转换到近红外,以尽量减少荧光,而不超过CCD光谱检测限。由于其可用性和事实,他们允许没有光谱范围和分辨率的牺牲最大荧光减少,785nm二极管激光器已成为行业标准。与无机分子的敏感性增加,获得532nm的激光是最好的选择,因为荧光不再是一个问题。


  正如前面所讨论的,拉曼散射非常微弱,因此往往需要较长的积分时间才能收集足够的光子来测量可辨别的信号。这使得使用一个TE冷却光谱仪,以减少暗噪声的要求。对于极低浓度或弱拉曼散射,可能需要使用后缩CCD进一步提高分光计的灵敏度。通过蚀刻探测器只有几微米厚,一个电子被吸收时,通过基于Beer定律的检测器的概率大大降低。这使得探测器的灵敏度从最大量子效率35%提高到90%以上。


  由于拉曼光谱的高度选择性,它们可能含有相当接近的峰。根据应用程序,可能需要解决这些密集的峰,这需要使用高分辨率光谱仪。通常标准的光谱仪的配置是532nm波长785nm激光激发,激发波长也可定制。这些光谱仪可以提供多种配置,专为宽光谱范围和高分辨率设计。典型的光谱范围可从65cm-1低(过滤器依赖)为4000cm-1高光谱分辨率,用细如3cm-1。


  在测量样品时,没有一种更有效的方法将激光引导到样品上,采集拉曼散射,并将其定向到分光计,而不是光纤探头。


  拉曼探针必须能够将单色激发源(通常是激光)引导和聚焦到样品上,收集散射光,然后将其定向到分光计。图R-6显示了一个典型的用于拉曼探针设计。


拉曼光谱仪的组成

典型设计图R-6拉曼探针


  由于纯信号对拉曼光谱非常重要,在到达样品之前,在激发源的光路中放置一个窄带带通滤波器。需要注意的是,由于拉曼效应极其微弱的信号,必须在0o角正常样本收集。这会引起瑞利散射的干扰,因此,在将它引向分光计之前,必须通过长通滤波器来滤除所收集的信号。


  光纤所提供的灵活性不仅允许探头被取样到固体样品中,而且还允许它浸入实验室和工艺环境中的液体或泥浆中(用于实时动态测量)。它也可以连接到显微镜,试管架,以及大量的采样附件。