雷尼绍拉曼光谱仪的基本原理和仪器改进

方魏 王梅 王兴旺 贾俊

摘 要：该文简述了激光拉曼光谱的发展历史、原理以及在实验室应用中的进展。特别介绍了雷尼绍拉曼光谱仪的特点、性能、应用范围。现有雷尼绍拉曼光谱仪样品台还相对简单，具有一定的局限性。因此在现有基础上对样品台进行了改进，设计了内嵌式的样品载物台，可以适用于多种形态的样品。

关键词：激光拉曼光谱 雷尼绍 样品台

中图分类号：TH744 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）03（c）-0066-02

Raman光谱仪的发展简史20世纪70～80年代后才出现商品化的三光栅拉曼光谱仪，需要较大的激光功率，消耗大、灵敏度差、难于调节，多用在基础的拉曼原理的物理研究上。1993年全球第一个推出商品化的新型拉曼光谱仪，开创了拉曼光谱仪实验室应用的新时代，获得多项专利。2003年全球第一个推出功能最全、自动化程度最高的新一代拉曼光谱仪，加速了拉曼光谱仪在大多数常规实验室的应用。2002—2003年全球首先推出与其他类型仪器的联用（原位检测），开创了现代拉曼光谱仪应用的新领域，已实现与以下仪器联用的商品化。

1 拉曼光谱的应用及与其他光谱技术的比较

拉曼与红外——法则。

（1）互排法则：有对称中心的分子其分子振动对红外和拉曼之一有活性，则另一非活性。

（2）互允法则：无对称中心的分子其分子振动对红外和拉曼都是活性的。

inVia激光显微共聚焦拉曼光谱仪设计和性能方面的优势。

2 雷尼绍拉曼光谱仪的特点

雷尼绍公司在1992年推出的RM系列激光拉曼光谱仪，在拉曼光谱领域开拓了一个新纪元。因此，于1993年获得查尔斯王子科学发明奖，1995年获得英国女皇技术奖和最佳科学仪器制造商奖。2003年，雷尼绍公司推出了配置更加灵活，使用更加简单，自动化程度更高的InVia系列拉曼光谱仪。用户可根据自己的需求选择不同的功能模块，及相应的自动化程度。雷尼绍拉曼光谱仪的激光和信号光路传输灵敏度很高（图1）。因此能分辨出形貌和光谱精细复杂的样品。数据可靠性仪器重复性和稳定性好。具有更多波长选择性，配置灵活性，升级及扩展简易。仪器使用的方便性、自动化程度高。

2.1 整体性

雷尼绍拉曼光谱仪所有部件都固定于同一块高稳定性蜂窝状铝合金底板上，整体性强（图2）。而且稳定性明显提高，设计激光器在机箱之外，便于散热，避免了激光器散热对仪器的影响。采用动态三点定位技术提高稳定性及重复性。

2.2 分立光路设计，光路独立优化

通光效率达最高，提高灵敏度，不同光路相互不影响，使调节方便、快速。

2.3 扩数器

使光斑聚焦达光学极限，提高空间分辨率使光斑在焦平面内连续可调，降低功率密度，实现快速整体成像。

2.4 Rayleigh滤光片（专利技术）

两级滤光片，激光阻挡水平高（达1014）， 通光效率高，Cut off调节。

2.5 光栅尺

光栅尺反馈控制技术（Encoder） 保证光谱数据的可靠性及重复性，是检测光谱微小变化的关键性能，如材料的应力、应变引起 的波数位移。

2.6 新型共焦技术（专利技术）

光路简化，提高光通量，灵敏度提高。操作简便，稳定，实现同样高共焦效果。透镜位置可调，适用于多波长共存系统。

3 拉曼样品载物台的设计改造

拉曼样品一般体积比较小，不好固定，因此考虑设计一个多功能的样品载物台（图3）。首先用游标卡尺精确测量原因实验台的孔径。长158 mm，宽109 mm，厚8 mm，利用3D制图软件绘制平面图，并联系磨具厂家制作。铁制载物台上，可以放上吸铁石片，固定样品。载物台上还设计了蝶型螺栓，可以自由活动，用于固定样品。载物台上还设计了很多小孔，可以增加组件固定样品。

样品准备过程中，应注意样品的粗糙度要控制好。样品要压平，对于块状样品，上表面尽量平整。注意成像扫描的区域尽量平整。某些衬底的拉曼或荧光信息可能会掩盖样品的拉曼信号，尽量避免将样品固定在样品台上。

参考文献

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