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拉曼光谱仪结构概述

2022.1.18

色散型激光拉曼光谱仪的结构示意见图1。该仪器主要由激光源、外光路系统(样品室)、单色仪、放大系统及检测系统五部分组成。样品经来自激光源的可见激光激发,其绝大部分为瑞利散射光,少量的各种波长的斯托克斯散射光,还有更少量的各种波长的反斯托克斯散射光,后两者即为拉曼散射。这些散射光由反射镜等光学元件收集,经狭缝照射到光栅上,被光栅色散,连续地转动光栅使不同波长的散射光依次通过出口狭缝,进入光电倍增管检测器,经放大和记录系统获得拉曼光谱。

图1 色散型激光拉曼光谱仪结构示意图

1-激光源;2-外光路系统;3-样品室;4-光栅;

5单色仪;6-光电倍增管;7-放大器;8-记录仪

图2 FT-Raman光谱仪的光路图

1-液氮冷却错检测器;2-空间性滤光片;3-介电体光片;4-移动镜;5-分束器;

6-固定镜;7-样品室;8-抛物面聚光镜;9-200mm透镜;10-Nd:YAG激光器

图3是FT-Raman光谱仪的光路图。干涉仪和FTIR光谱仪是相同的,检测器是氮冷却的锗检测器,通常在仪器中使用截断滤光片以限制比光源波长大的辐射到达检测器上。初期的FT -Raman光谱仪是在FTIR光谱仪上加一FT-Raman附件,两者共用一个迈克尔逊干涉仪。图3是 Nicolet800型FTIR与FT- Raman光谱仪光路图,左边是FTIR光路系统,右边为FT-Raman附件,采用Nd:YAG激光器(掺钕的钇-铝-镓石榴石激光器)为激发光源(近红外,1064nm)。被样品散射后的近红外光的收集方式有反射式和折射式两种,激发光与拉曼辐射之间的夹角通常为90°或者180°,使用光学过滤器滤去占散射光绝大部分的瑞利散射光,光学系统为迈克尔逊干涉仪,分束器为多层涂Si的CaF₂,检测器为液氮冷却的Ge二极管或 InGaAs检测器。

图3 FTIR及FT- Raman光谱仪光路图

R-处于FT- Raman工作状态时,拉曼辐射由此方向进入干涉仪,且反射镜处于虚线状态;

1-红外光源;2-白光光源;3-附加出口;4-品室;5-检测器聚光镜;

6-激光器;7-检测器1;8-检测器2;9-Nicolet博里叶变换拉曼检测器;

10-激光棱镜;11-动镜;12-分束器;13-固定镜

目前已生产出专用的FT-Raman光谱仪,图4是伯乐公司专用FT-Raman光谱仪平面图。其结构由五部分组成:①光源部分,包括Nd:YAG激发光源及其快门,光源的可变衰减器,功率表,He-Ne激光器和白光光源;②样品仓,包括样品架,散射光的半透镜和聚集光学镜以及x、y、z三维样品位置调节器,在半透镜上方有安装偏振器的支架;③光学过滤器;④迈克尔逊干涉仪;⑤锗检测器。