拉曼光谱仪的原理和结构-科邦实验室

拉曼光谱仪的原理及结构
拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼(Raman)所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。

作为分子光谱领域最为活跃的仪器类别之一，拉曼光谱仪器的应用也越来越光。

下面小编，给您介绍一下拉曼光谱分析仪的原理及结构。

1.激光拉曼光谱原理
当一束频率为v0的单色光照射到样品上后，分子可以使入射光发生散射。

大部分光只是改变光的传播方向，从而发生散射，而穿过分子的透射光的频率，仍与入射光的频率相同，这时，称这种散射称为瑞利(Rayleigh)散射；还有一种散射光，它约占总散射光强度的10^-6~10^-10，该散射光不仅传播方向发生了改变，而且该散射光的频率也发生了改变，从而不同于激发光（入射光）的频率，因此称该散射光为拉曼(Raman)散射。

在拉曼散射中，散射光频率相对入射光频率减少的，称之为斯托克斯散射，因此相反的情况，频率增加的散射，称为反斯托克斯散射，斯托克斯散射通常要比反斯托克斯散射强得多，拉曼光谱仪通常大多测定的是斯托克斯散射，也统称为拉曼散射。

斯托克斯线(Stokes)：基态分子跃迁到虚能级后不会到原处基态，而落到另一较高能级发射光子，发射的新光子能量hv'显然小于入射光子能量hv，△V就是拉曼散射光谱的频率位移。

反斯托克斯线(anti-Stokes)：发射光子频率高于原入射
光子频率。

拉曼位移(Raman shift)：△V即散射光频率与激发光频之差。

拉曼位移与入射光频率无关，它只与散射分子本身的结构有关。

拉曼散射是由于分子极化率的改变而产生的（电子云发生变化）。

拉曼位移取决于分子振动能级的变化，不同化学键或基团有特征的分子振动，ΔE反映了指定能级的变化，因此与之对应的拉曼位移也是特征的。

这是拉曼光谱可以作为分子结构定性分析的依据。

2、拉曼光谱仪分类及结构
拉曼光谱仪一般由光源、外光路、色散系统、及信息处理与显示系统五部分组成。

①激发光源：常用的有Ar离子激光器，Kr离子激光器，He-Ne激光器，Nd-YAG 激光器，二极管激光器等。

②样品装置：样品放置方式，包括直接的光学界面，显微镜，光纤维探针和样品。

③滤光器：激光波长的散射光（瑞利光）要比拉曼信号强几个数量级，必须在进入检测器前滤除，另外，为防止样品不被外辐射源照射，需要设置适宜的滤波器或者物理屏障。

④单色器和迈克尔逊干涉仪：有单光栅、双光栅或三光栅，一般使用平面全息光栅干涉器一般与FTIR上使用的相同，为多层镀硅的CaF2或镀Fe2O3的CaF2分束器。

也有用石英分束器及扩展范围的KBr分束器。

⑤检测器：传统的采用光电倍增管，目前多采用CCD探测器，FTRaman常用的检测器为Ge或InGaAs检测器。

拉曼光谱仪又细分为激光拉曼光谱仪(laser Raman spectroscopy)和傅立叶变换-拉曼光谱仪(FT-Ramanspectroscopy)。

其结构组成及特点如下：
（1）激光拉曼光谱仪(laser Raman spectroscopy)
激光光源：He-Ne激光器，波长632.8nm；Ar激光器，波长514.5nm，488.0nm；散射强度∝1/λ；单色器：光栅，多单色器；检测器：光电倍增管，光子计数器。

激光拉曼光谱因与红外光谱有着相同的波长范围且操作相对简单，因此备受重视。

所具有的优点如下：光源频率可调、分辨性好，分辨率高、谱峰常为尖峰，样品用量少（常规用量2~2.5ug,微量操作时用量为0.06ug）、只有少量的倍频及组频、样品测试范围广涵盖水溶液样品。

激光拉曼光谱仪中的激光易激发出荧光，从而影响测定结果。

为了避免弊端，研制了新型的傅里叶变换近红外激光拉曼光谱仪和共焦激光光谱仪。

（2）傅立叶变换-拉曼光谱仪(FT-Ramanspectroscopy)
光源：Nd-YAG钇铝石榴石激光器（1.064μm）；检测器：高灵敏度的铟镓砷探头。

激光光源、试样室、迈克尔逊干涉仪、特殊滤光器、检测器组成。

优点：避免了荧光干扰；精度高；消除了瑞利谱线；测试速度快。