拉曼光谱仪及其多单色器系统原理简介

自20世纪60年代激光光源发现以来，拉曼光谱得到了迅速发展，应用范围越来越广。在这段时间里，人们对激光拉曼光谱进行了大量卓有成效的研究工作，开发了一些新的激光拉曼光谱仪，其中比较重要的有色散型激光拉曼光谱仪和傅里叶变换拉曼光谱仪。

1.色散型激光拉曼光谱仪　色散型激光拉曼光谱仪使用的是可见光源，其仪器结构与紫外—可见分光光度计基本类似，主要包括激光光源、样品室、单色器和检测器四个部分，如图6-23所示。

（1）激光器。对光源最主要的要求是具有高单色性，并且照射在样品上能产生足够强度的散射光。激光是拉曼光谱仪的理想光源，常用连续气体激光器，如波长为514.5nm和488.0nm的氩离子激光器，波长为632.8nm的He—Ne激光器，也可选用可调谐激光器等。尽管采用的激光波长各不相同，但所得到的激光拉曼光谱图的拉曼位移并不因此而改变，只是拉曼光谱图上的光强度不同而已。

图6-23　激光拉曼光谱仪的示意图

（2）样品室。为选取某一固定波长的激光并降低杂射光的影响，在激光器和样品之间有一个由光栅、反射镜和狭缝组成的前置单色器。样品室一般在与激光成90°角的方向观测拉曼散射，称为90°照明方式，此外还有180°照明方式等。

（3）单色器。从样品室收集的拉曼散射光，通过入射狭缝进入单色器。激光束激发样品产生拉曼散射时，也会产生很强的瑞利散射，对于粉末样品以及样品室器壁等还有很强的反射光，这些光都会被聚透镜收集进入单色器而产生很多杂射光，主要分布在瑞利散射附近，会严重影响拉曼信息检测，这就需要有单色器的存在。色散型拉曼光谱仪采用多单色器系统，如双单色器、三单色器。最好是带有全息光栅的双联单色器，能有效消除杂散光，使与激光波长非常接近的弱拉曼线得到检测。

（4）检测器。由于拉曼散射光处于可见光区，所以可使用光电倍增管作为检测器。拉曼光谱仪的检测器将检测到的光信号转变成电信号。由于拉曼散射光信号非常弱，因此要求检测器具有较高的灵敏度。(www.xing528.com)

2.傅里叶变换近红外激光拉曼光谱仪　傅里叶变换拉曼光谱仪以近红外激光为激发光源，并引进了傅里叶变换红外光谱仪中常用的傅里叶变换技术，是20世纪90年代前后发展起来的一种新型拉曼光谱测试仪器。

傅里叶变换近红外及拉曼光谱仪由近红外激光光源、样品室、迈克尔逊干涉仪、滤光片组、检测器组成。检测器信号经放大后由计算机收集处理。

（1）近红外激光光源。采用Nd-YAG（掺钕的钇铝石榴石）激光器代替可见光激光器，产生波长为1.064μm的近红外激发光，它的能量低于荧光所需阈值，从而避免了大部分荧光对拉曼谱带的影响。

（2）迈克尔逊干涉仪。与FT-IR使用的干涉仪一样，只是为了适合于近红外激光而使用氟化钙分束器。整个拉曼光谱范围的散射光经干涉仪得到干涉图，并用计算机进行快速傅里叶变换后，就可得到拉曼散射强度随拉曼位移变化的拉曼光谱图。

（3）样品室。傅里叶变化拉曼光谱仪有一系列适用于不同需要的样品池，所有样品池都可被置于一标准样品板中。

（4）滤光组片。拉曼光谱的特点是拉曼效应极其微弱，拉曼散射的强度仅为激发光强度的10-9左右，样品在激光照射后所产生的拉曼散射处于强大的激光背景噪声之中。为滤除很强的瑞利散射光，使用一组干涉滤光组片。干涉滤光片根据光学干涉原理制成，它由折射率高度不同的多层材料交替组合而成。

（5）检测器。采用在室温下工作的高灵敏度铟镓砷检测器或以液氮冷却的锗检测器。