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反映了特定能級的變化，因此與之對應(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)。

拉曼光譜儀設(shè)備的市場展望

作為在分子光譜領(lǐng)域中發(fā)展很快的設(shè)備，拉曼光譜儀正在成為當(dāng)前儀器行業(yè)的焦點(diǎn)之一。 在早期階段，拉曼光譜分析設(shè)備一直是實(shí)驗(yàn)室用儀器的代表；然而隨著激光器、CCD檢測器等技術(shù)的進(jìn)步，便攜和手持式的設(shè)備成為了拉曼分析儀器一個(gè)新的發(fā)展趨勢——設(shè)備體積越來越小，操作越來越簡單，應(yīng)用也越來越廣泛。近兩年，由于安防、海關(guān)等領(lǐng)域現(xiàn)場快檢的需求增加，國內(nèi)的便攜/手持式的拉曼設(shè)備的市場迎來了迅速的增長。我們相信在未來的數(shù)年內(nèi)，隨著技術(shù)方案的成熟、設(shè)備成本的進(jìn)一步降低以及國家政策法規(guī)的完善，食品安全、藥品檢測等幾大領(lǐng)域的應(yīng)用也會(huì)逐漸成熟；屆時(shí)，便攜/手持式拉曼光譜儀的應(yīng)用會(huì)出現(xiàn)真正的突破，出現(xiàn)市場增長。

拉曼光譜儀為什么待測樣品的信號很弱？信噪比很差？

當(dāng)進(jìn)行樣品測試時(shí)發(fā)現(xiàn)拉曼光譜信號很弱，首先要檢查樣品是否正確放置在顯微鏡下并且處于聚焦?fàn)顟B(tài)。你也可以將測試區(qū)域移到樣品的另一個(gè)部位。同時(shí)檢查儀器是否處于常規(guī)狀態(tài)而不是處在共焦?fàn)顟B(tài)。如果激光功率小于100％，應(yīng)嘗試提高功率增強(qiáng)信號。如果光譜噪聲很大，可采用增加掃描積分時(shí)間或積分次數(shù)來提高信噪比。

增加掃描積分時(shí)間可以讓CCD獲取更多的拉曼信號，增強(qiáng)整個(gè)無關(guān)噪聲的特征。該法適宜于當(dāng)背景和拉曼信號都低的情景。當(dāng)兩者都不強(qiáng)時(shí)，增加積分時(shí)間只會(huì)增加CCD探測器飽和的機(jī)會(huì)。

對幾個(gè)特定的掃描光譜進(jìn)行數(shù)據(jù)疊加可以增強(qiáng)隨機(jī)背景噪聲下的拉曼信號，增加信噪比。

適當(dāng)選擇掃描積分時(shí)間和積分次數(shù)可獲得很大可能的曝光度增加信噪比。不過要注意一點(diǎn)：信噪比跟積分次數(shù)的平方根成正比，疊加四次可獲得二倍信噪比的提高。

另一個(gè)與信噪比密切相關(guān)的參數(shù)是信背比。如果背景部分很高，將會(huì)湮蓋拉曼信號只給出系統(tǒng)噪聲。

拉曼光譜儀怎樣避免被測試的樣品被激光燒毀？

當(dāng)你進(jìn)行樣品測試時(shí)，激光照射在樣品表面的能量是非常大的，尤其在采用NIR或UV激光激發(fā)時(shí)。尤其是一些樣品在光照下對熱或光是十分敏感的，這會(huì)導(dǎo)致測量信號包含樣品燒毀后的特征，而不是樣品本征的信號(例如，非晶碳膜在1500cm-1波數(shù)附近的本征峰在強(qiáng)光激發(fā)時(shí)會(huì)顯示出石墨化的碳峰)。通常遇到這樣的問題時(shí)，可在樣品測試前后通過顯微鏡白光像觀察樣品表面是否發(fā)生明顯變化，因此需選擇正確的激光功率來進(jìn)行測試。

為避免樣品表面燒毀，在開始測試時(shí)應(yīng)選用較低的激發(fā)功率，尤其用NIR或UV激光激發(fā)時(shí)。在保證樣品不被燒毀的前提下可提高激發(fā)功率以得到很強(qiáng)的信號。當(dāng)激光功率衰減到1％仍無法避免樣品燒毀時(shí)，可考慮轉(zhuǎn)換低倍物鏡以降低照射在樣品表面的功率密度。另外還可采用欠焦照射模式或線聚焦照射模式。如果問題是由于高功率二極管激光器引起的，可考慮轉(zhuǎn)換成低功率可見激發(fā)系統(tǒng)。