拉曼光譜儀的工作原理

當(dāng)一束頻率為v0的單色光照射到樣品上后，分子可以使入射光發(fā)生散射。大部分光只是改變光的傳播方向，從而發(fā)生散射，而穿過分子的透射光的頻率，仍與入射光的頻率相同，這時(shí)，稱這種散射稱為瑞利散射；還有一種散射光，它約占總散射光強(qiáng)度的 10^-6～10^-10，該散射光不僅傳播方向發(fā)生了改變，而且該散射光的頻率也發(fā)生了改變，從而不同于激發(fā)光（入射光）的頻率，因此稱該散射光為拉曼散射。在拉曼散射中，散射光頻率相對(duì)入射光頻率減少的，稱之為斯托克斯散射，因此相反的情況，頻率增加的散射，稱為反斯托克斯散射，斯托克斯散射通常要比反斯托克斯散射強(qiáng)得多，拉曼光譜儀通常大多測(cè)定的是斯托克斯散射，也統(tǒng)稱為拉曼散射。散射光與入射光之間的頻率差v稱為拉曼位移，拉曼位移與入射光頻率無(wú)關(guān)，它只與散射分子本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)。拉曼散射是由于分子極化率的改變而產(chǎn)生的（電子云發(fā)生變化）。拉曼位移取決于分子振動(dòng)能級(jí)的變化，不同化學(xué)鍵或基團(tuán)有特征的分子振動(dòng)，ΔE反映了特定能級(jí)的變化，因此與之對(duì)應(yīng)的拉曼位移也是特征的。這是拉曼光譜可以作為分子結(jié)構(gòu)定性分析的依據(jù)。

便攜式拉曼光譜儀關(guān)鍵部件

一臺(tái)完整的拉曼光譜儀通常由激光器(光源)、樣品外光路、色散系統(tǒng)、信號(hào)接收系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)幾大部分組成。相對(duì)于好的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，便攜式拉曼設(shè)備的內(nèi)部部件更簡(jiǎn)單且模塊化程度更高，其關(guān)鍵的零部件包括光源模塊、光譜儀模塊以及拉曼探頭三樣。國(guó)產(chǎn)拉曼采用的光譜儀相較進(jìn)口產(chǎn)品存在一定差距，主要體現(xiàn)在光譜分辨率、噪聲控制等方面。在激光光源模塊領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外拉曼大部分選用的激光器在體積和能量方面基本一致，主要在線寬和輸出穩(wěn)定方面存在差異。但僅針對(duì)便攜式拉曼設(shè)備的應(yīng)用來說，以上幾個(gè)關(guān)鍵部件國(guó)內(nèi)外廠商的技術(shù)水平相差已經(jīng)不大，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品正在靠近國(guó)外同類產(chǎn)品的水平。

為什么測(cè)試時(shí)一些光譜給出十分強(qiáng)的背景信號(hào)，而這些信號(hào)湮蓋了拉曼信號(hào)？

一些發(fā)熒光或磷光的樣品在測(cè)量時(shí)會(huì)給出非常高的背景光譜。令人遺憾的是這些是樣品材料的本征性質(zhì)，是激光輻照下無(wú)法避免的結(jié)果，而且通常情況下熒光比拉曼信號(hào)更強(qiáng)。盡管這樣，我們?nèi)钥刹扇∫恍┐胧p少或減輕熒光副作用。

猝滅：一些樣品可采用測(cè)試前將激光輻照在表面一段時(shí)間對(duì)熒光進(jìn)行猝滅以減小熒光光譜的背景增強(qiáng)拉曼信號(hào)。猝滅的時(shí)間根據(jù)樣品不同可從幾分鐘到幾小時(shí)。值得注意的是：猝滅效應(yīng)是呈指數(shù)衰減的，一開始就可觀察到。

共焦模式：采用共焦模式測(cè)量強(qiáng)光下輻照的小體積樣品時(shí)熒光將會(huì)大大降低。該法也同樣適合有熒光襯底的樣品，例如被熒光物質(zhì)基體包裹的樣品。

改變激發(fā)激光的波長(zhǎng)：有時(shí)改變波長(zhǎng)是僅有可行的避免熒光干擾的方法。

如果拉曼實(shí)驗(yàn)室里有太多的室內(nèi)光源比如熒光、白熾燈或日光燈等，這會(huì)在測(cè)試光譜上出現(xiàn)不必要的背景信號(hào)。因此在測(cè)試的時(shí)候應(yīng)將室內(nèi)光關(guān)閉或降到很小或用遮光罩將樣品臺(tái)罩住以避免外界的雜散光進(jìn)入光譜儀。