雷尼紹拉曼光譜儀的基本原理和儀器改進(jìn)

方魏 王梅 王興旺 賈俊

摘 要：該文簡述了激光拉曼光譜的發(fā)展歷史、原理以及在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用中的進(jìn)展。特別介紹了雷尼紹拉曼光譜儀的特點(diǎn)、性能、應(yīng)用范圍。現(xiàn)有雷尼紹拉曼光譜儀樣品臺(tái)還相對簡單，具有一定的局限性。因此在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對樣品臺(tái)進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了內(nèi)嵌式的樣品載物臺(tái)，可以適用于多種形態(tài)的樣品。

關(guān)鍵詞：激光拉曼光譜 雷尼紹 樣品臺(tái)

中圖分類號：TH744 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-3791（2016）03（c）-0066-02

Raman光譜儀的發(fā)展簡史20世紀(jì)70～80年代后才出現(xiàn)商品化的三光柵拉曼光譜儀，需要較大的激光功率，消耗大、靈敏度差、難于調(diào)節(jié)，多用在基礎(chǔ)的拉曼原理的物理研究上。1993年全球第一個(gè)推出商品化的新型拉曼光譜儀，開創(chuàng)了拉曼光譜儀實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的新時(shí)代，獲得多項(xiàng)專利。2003年全球第一個(gè)推出功能最全、自動(dòng)化程度最高的新一代拉曼光譜儀，加速了拉曼光譜儀在大多數(shù)常規(guī)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用。2002—2003年全球首先推出與其他類型儀器的聯(lián)用（原位檢測），開創(chuàng)了現(xiàn)代拉曼光譜儀應(yīng)用的新領(lǐng)域，已實(shí)現(xiàn)與以下儀器聯(lián)用的商品化。

1 拉曼光譜的應(yīng)用及與其他光譜技術(shù)的比較

拉曼與紅外——法則。

（1）互排法則：有對稱中心的分子其分子振動(dòng)對紅外和拉曼之一有活性，則另一非活性。

（2）互允法則：無對稱中心的分子其分子振動(dòng)對紅外和拉曼都是活性的。

inVia激光顯微共聚焦拉曼光譜儀設(shè)計(jì)和性能方面的優(yōu)勢。

2 雷尼紹拉曼光譜儀的特點(diǎn)

雷尼紹公司在1992年推出的RM系列激光拉曼光譜儀，在拉曼光譜領(lǐng)域開拓了一個(gè)新紀(jì)元。因此，于1993年獲得查爾斯王子科學(xué)發(fā)明獎(jiǎng)，1995年獲得英國女皇技術(shù)獎(jiǎng)和最佳科學(xué)儀器制造商獎(jiǎng)。2003年，雷尼紹公司推出了配置更加靈活，使用更加簡單，自動(dòng)化程度更高的InVia系列拉曼光譜儀。用戶可根據(jù)自己的需求選擇不同的功能模塊，及相應(yīng)的自動(dòng)化程度。雷尼紹拉曼光譜儀的激光和信號光路傳輸靈敏度很高（圖1）。因此能分辨出形貌和光譜精細(xì)復(fù)雜的樣品。數(shù)據(jù)可靠性儀器重復(fù)性和穩(wěn)定性好。具有更多波長選擇性，配置靈活性，升級及擴(kuò)展簡易。儀器使用的方便性、自動(dòng)化程度高。

2.1 整體性

雷尼紹拉曼光譜儀所有部件都固定于同一塊高穩(wěn)定性蜂窩狀鋁合金底板上，整體性強(qiáng)（圖2）。而且穩(wěn)定性明顯提高，設(shè)計(jì)激光器在機(jī)箱之外，便于散熱，避免了激光器散熱對儀器的影響。采用動(dòng)態(tài)三點(diǎn)定位技術(shù)提高穩(wěn)定性及重復(fù)性。

2.2 分立光路設(shè)計(jì)，光路獨(dú)立優(yōu)化

通光效率達(dá)最高，提高靈敏度，不同光路相互不影響，使調(diào)節(jié)方便、快速。

2.3 擴(kuò)數(shù)器

使光斑聚焦達(dá)光學(xué)極限，提高空間分辨率使光斑在焦平面內(nèi)連續(xù)可調(diào)，降低功率密度，實(shí)現(xiàn)快速整體成像。

2.4 Rayleigh濾光片（專利技術(shù)）

兩級濾光片，激光阻擋水平高（達(dá)1014）， 通光效率高，Cut off調(diào)節(jié)。

2.5 光柵尺

光柵尺反饋控制技術(shù)（Encoder） 保證光譜數(shù)據(jù)的可靠性及重復(fù)性，是檢測光譜微小變化的關(guān)鍵性能，如材料的應(yīng)力、應(yīng)變引起 的波數(shù)位移。

2.6 新型共焦技術(shù)（專利技術(shù)）

光路簡化，提高光通量，靈敏度提高。操作簡便，穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)同樣高共焦效果。透鏡位置可調(diào)，適用于多波長共存系統(tǒng)。

3 拉曼樣品載物臺(tái)的設(shè)計(jì)改造

拉曼樣品一般體積比較小，不好固定，因此考慮設(shè)計(jì)一個(gè)多功能的樣品載物臺(tái)（圖3）。首先用游標(biāo)卡尺精確測量原因?qū)嶒?yàn)臺(tái)的孔徑。長158 mm，寬109 mm，厚8 mm，利用3D制圖軟件繪制平面圖，并聯(lián)系磨具廠家制作。鐵制載物臺(tái)上，可以放上吸鐵石片，固定樣品。載物臺(tái)上還設(shè)計(jì)了蝶型螺栓，可以自由活動(dòng)，用于固定樣品。載物臺(tái)上還設(shè)計(jì)了很多小孔，可以增加組件固定樣品。

樣品準(zhǔn)備過程中，應(yīng)注意樣品的粗糙度要控制好。樣品要壓平，對于塊狀樣品，上表面盡量平整。注意成像掃描的區(qū)域盡量平整。某些襯底的拉曼或熒光信息可能會(huì)掩蓋樣品的拉曼信號，盡量避免將樣品固定在樣品臺(tái)上。

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