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拉曼光谱仪简介

  拉曼光谱仪是基于印度科学家拉曼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仪器。

拉曼光谱仪的发展简史

  印度物理学家拉曼于1928年用水银灯照射苯液体,发现了新的辐射谱线:在入射光频率ω0的两边出现呈对称分布的,频率为ω0-ω和ω0+ω的明锐边带,这是属于一种新的分子辐射,称为拉曼散射,其中ω是介质的元激发频率。与此同时,前苏联兰茨堡格和曼德尔斯塔报导在石英晶体中发现了类似的现象,即由光学声子引起的拉曼散射,称之谓并合散射。

  到1940年,拉曼光谱仪的地位一落千丈。主要是因为拉曼效应太弱(约为入射光强的10^-6),人们难以观测研究较弱的拉曼散射信号,更谈不上测量研究二级以上的高阶拉曼散射效应。并要求被测样品的体积必须足够大、无色、无尘埃、无荧光等等。所以40年代中期,红外技术的进步和商品化更使拉曼光谱仪的应用一度衰落。

  1960年以后,红宝石激光器的出现,使得拉曼散射的研究进入了一个全新的时期。由于激光器的单色性好,方向性强,功率密度高,用它作为激发光源,大大提高了激发效率。成为拉曼光谱仪的理想光源。随探测技术的改进和对被测样品要求的降低,目前在物理、化学、医药、工业等各个领域拉曼光谱仪得到了广泛的应用,越来越受研究者的重视。

  70年代中期,激光拉曼探针的出现,给微区分析注人活力。80代以来,美国Spex公司和英国Rrinshow公司相继推出,拉曼探针共焦激光拉曼光谱仪,由于采用了凹陷滤波器来过滤掉激发光,使杂散光得到yi制,这样入射光的功率可以很低,灵敏度得到很大的提高。

拉曼光谱仪的原理

  拉曼光谱仪一束频率为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。

拉曼光谱仪的结构

  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,拉曼光谱仪常用的检测器为Ge或InGaAs检测器。

拉曼光谱仪的分类

  拉曼光谱仪又细分为激光拉曼光谱仪和傅立叶变换-拉曼光谱仪。其结构组成及特点如下:

  1、激光拉曼光谱仪

  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

  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。


2005-04-12 浏览次数:3643次
本文来源:https://www.yiqi.com/daogou/detail_3136.html
延伸阅读
  • 拉曼光谱仪发展历程
    拉曼光谱仪主要适用于科研院所、高等院校物理和化学实验室、生物及医学领域等光学方面,研究物质成分的判定与确认;还可以应用于刑侦及珠宝行业进行毒品的检测及宝石的鉴定。

    04-12

  • 拉曼光谱仪的选购指南
    拉曼光谱仪在环境、地质、安检、物理、化学、检验检疫等领域都有应用,是一种应用广泛的分析仪器,但是由于种类繁多,所以在选购拉曼光谱仪的时候需要对拉曼光谱仪的性能、维护、售后等方面做全面的调研。

    04-12

  • 拉曼光谱技术的种类及特点
    随着拉曼光谱仪、激光技术的发展,拉曼光谱技术已发展了多种不同的分析技术,如傅里叶拉曼光谱、表面增强拉曼光谱、激光共振拉曼光谱、共焦显微拉曼光谱、光声拉曼技术、高温高压原位拉曼光谱技术。

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