唐山布鲁克拉曼光谱仪原理常用解决方案「泰科施普」

拉曼光谱仪的工作原理

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。散射光与入射光之间的频率差v称为拉曼位移，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反映了特定能级的变化，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。

便携式拉曼光谱仪关键部件

一台完整的拉曼光谱仪通常由激光器(光源)、样品外光路、色散系统、信号接收系统和信息处理系统几大部分组成。相对于好的实验室系统，便携式拉曼设备的内部部件更简单且模块化程度更高，其关键的零部件包括光源模块、光谱仪模块以及拉曼探头三样。国产拉曼采用的光谱仪相较进口产品存在一定差距，主要体现在光谱分辨率、噪声控制等方面。在激光光源模块领域，国内外拉曼大部分选用的激光器在体积和能量方面基本一致，主要在线宽和输出稳定方面存在差异。但仅针对便携式拉曼设备的应用来说，以上几个关键部件国内外厂商的技术水平相差已经不大，国产产品正在靠近国外同类产品的水平。

为什么我得到的光谱中总是有随机的、尖锐的谱线？

这些谱线一般被认为是宇宙射线。宇宙中的高能粒子辐照在CCD探测器上会导致电子的产生进而被相机解释为光的信号。宇宙射线在时间和产生的光谱位移上完全是随机的，它们有很大的强度、类似发射谱线、半高宽较小(<1.5m-1)。为确认宇宙射线的存在，你可马上重新扫描光谱会发现峰的消失。如果谱线依然存在，则很有可能是室内光线的干扰，可参见Q3问题的解答。

宇宙射线随着扫描***时间的增加出现的概率会增加，因此当你长时间扫描一个光谱时，必须避免宇宙射线在光谱中的出现，这可以通过软件中宇宙射线去除能完成。这是一些软件中包含的实验设置功能，当使用时，将在同一样品位置扫描三次（相当于积分三次），软件将比较这三次扫描获得的光谱并去除没有在所有光谱中出现的尖锐峰。

拉曼光谱仪为什么待测样品的信号很弱？信噪比很差？

当进行样品测试时发现拉曼光谱信号很弱，首先要检查样品是否正确放置在显微镜下并且处于聚焦状态。你也可以将测试区域移到样品的另一个部位。同时检查仪器是否处于常规状态而不是处在共焦状态。如果激光功率小于100％，应尝试提高功率增强信号。如果光谱噪声很大，可采用增加扫描积分时间或积分次数来提高信噪比。

增加扫描积分时间可以让CCD获取更多的拉曼信号，增强整个无关噪声的特征。该法适宜于当背景和拉曼信号都低的情景。当两者都不强时，增加积分时间只会增加CCD探测器饱和的机会。

对几个特定的扫描光谱进行数据叠加可以增强随机背景噪声下的拉曼信号，增加信噪比。

适当选择扫描积分时间和积分次数可获得很大可能的***度增加信噪比。不过要注意一点：信噪比跟积分次数的平方根成正比，叠加四次可获得二倍信噪比的提高。

另一个与信噪比密切相关的参数是信背比。如果背景部分很高，将会湮盖拉曼信号只给出系统噪声。