如何选择拉曼光谱仪的光学元件？
导语：在上期中，我们对拉曼光谱及其便携式光谱仪作了简单的介绍，这次就让我们来看看光谱仪光学模块的内部构造吧。便携式拉曼光谱仪的光学模块主要包括激发光源、拉曼探头以及分光系统。
激发光源的选择
拉曼散射的产生需要光进行激发。由于拉曼散射的光强较弱，所以拉曼光谱仪的理想激光光源必须具有良好单色性，高强度和良好的偏振性。
目前，大多数的拉曼光谱仪使用波长为532nm和785nm的激光源，另外还有 633nm，1064nm等波长。拉曼位移与选用的激光源波长是多少nm无关。虽然同一样品用不同激光照射所产生的频移相同，但仍需要对激光光源的波长进行选择。
激光光源的波长越小，拉曼散射光强越大，但拉曼信号也越容易被荧光遮蔽。对于生物样本，如果采用 532nm的激光，拉曼信号会被荧光背景遮蔽，这种情况下，使用633nm或785nm的激发波长可以有效地降低荧光背景。
使用波长较长的激光源时如1064nm，拉曼散射光强低，为了让拉曼散射光容易观察，就需要增大激光源的功率，或者提高曝光时间。对于生物样本，用波长较长的激光源显然具有更好的效果，但也需要主要光强的问题。
因此，需要综合考虑荧光背景噪声和激光器的激光功率。由于785nm激光器的荧光背景噪声较小，而且通常785nm激光器的激光功率比532nm和633nm激光器强，与1064nm激光器相比，785nm的激发光产生的拉曼信号更强并且不需要很长的曝光时间。所以785nm波长的激光器是便携式拉曼光谱仪的理想选择。
激光探头的原理
拉曼探头的功能是传导，收集，还有滤波。相应的拉曼探头的主要组成部分是入射光纤、收集光纤、滤波片等。
从激光器输出的光由入射光纤导入，并照射到样品上。激光作用于样品并产生拉曼信号。接收光路收集拉曼信号。滤波片用于过滤瑞利散射（非拉曼散射）信号，同时保留拉曼散射信号。最后由收集光纤将拉曼散射信号传入分光系统。
拉曼探头的常用结构分为两种。
一种是双光纤的拉曼探头。简易原理如下图所示。入射光纤与收集光纤各为一根。激发光源从入口11处进入，经过透镜13和滤波片15，透镜17将光折射并使光聚焦于样品。透镜17收集来自于样品的拉曼散射光并过滤掉瑞利散射，最后经过滤波片16和透镜14将拉曼信号传入收集光纤中。
另一种是多光纤的拉曼探头。简易原理如下图所示。中间的光纤是入射光纤。周围的其余光纤都是收集光纤。由于收集光纤数量多，因此它的灵敏度较高。但同时价格也高于双光纤拉曼探头。
分光系统的原理
分光系统是光谱仪的最重要部分。分光系统是把包含多种波长成分的光分开，射向不同的方向，成为许多波长范围狭小的单色光，从而能够辨认出入射光的波长成分。
根据色散元件，分光系统可以分成两种类型：棱镜和光栅。
棱镜分光系统的光学仪器是三棱镜。它是一种透明材料并具有三角形剖面的光学仪器。由于棱镜所能提供的色散能力较弱，所以棱镜分光系统的分辨率较低，在现代光谱仪中已经基本被淘汰。这里就不在多做介绍。
光栅分光系统的工作原理是光的衍射。光栅可分为透射光栅和反射光栅。透射光栅是光学平板玻璃上具有相等间距的划线，划线处光线不能穿过，不是划线的地方则是光线可以穿过的狭缝；反射光栅是在金属镜上具有相等间距的划线，划线上发生漫反射，未划线处发生衍射，相当于一组衍射狭缝。通常采用反射光栅作为分光系统。
图中可以看出，不同波长的光在通过反射光栅之后具有不同的衍射角，实现了分光。反射光栅的色散能力越强，将波长差距很小的光分离开的能力就越强，意味着光栅的分辨率越高。因此，光栅的色散能力成为分光系统的首要考虑因素。
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