雷尼紹拉曼光譜儀的基本原理和儀器改進

方魏 王梅 王興旺 賈俊

摘 要：該文簡述了激光拉曼光譜的發展歷史、原理以及在實驗室應用中的進展。特別介紹了雷尼紹拉曼光譜儀的特點、性能、應用范圍。現有雷尼紹拉曼光譜儀樣品臺還相對簡單，具有一定的局限性。因此在現有基礎上對樣品臺進行了改進，設計了內嵌式的樣品載物臺，可以適用于多種形態的樣品。

關鍵詞：激光拉曼光譜 雷尼紹 樣品臺

中圖分類號：TH744 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）03（c）-0066-02

Raman光譜儀的發展簡史20世紀70～80年代后才出現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、難于調節，多用在基礎的拉曼原理的物理研究上。1993年全球第一個推出商品化的新型拉曼光譜儀，開創了拉曼光譜儀實驗室應用的新時代，獲得多項專利。2003年全球第一個推出功能最全、自動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常規實驗室的應用。2002—2003年全球首先推出與其他類型儀器的聯用（原位檢測），開創了現代拉曼光譜儀應用的新領域，已實現與以下儀器聯用的商品化。

1 拉曼光譜的應用及與其他光譜技術的比較

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計和性能方面的優勢。

2 雷尼紹拉曼光譜儀的特點

雷尼紹公司在1992年推出的RM系列激光拉曼光譜儀，在拉曼光譜領域開拓了一個新紀元。因此，于1993年獲得查爾斯王子科學發明獎，1995年獲得英國女皇技術獎和最佳科學儀器制造商獎。2003年，雷尼紹公司推出了配置更加靈活，使用更加簡單，自動化程度更高的InVia系列拉曼光譜儀。用戶可根據自己的需求選擇不同的功能模塊，及相應的自動化程度。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復雜的樣品。數據可靠性儀器重復性和穩定性好。具有更多波長選擇性，配置靈活性，升級及擴展簡易。儀器使用的方便性、自動化程度高。

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定性蜂窩狀鋁合金底板上，整體性強（圖2）。而且穩定性明顯提高，設計激光器在機箱之外，便于散熱，避免了激光器散熱對儀器的影響。采用動態三點定位技術提高穩定性及重復性。

2.2 分立光路設計，光路獨立優化

通光效率達最高，提高靈敏度，不同光路相互不影響，使調節方便、快速。

2.3 擴數器

使光斑聚焦達光學極限，提高空間分辨率使光斑在焦平面內連續可調，降低功率密度，實現快速整體成像。

2.4 Rayleigh濾光片（專利技術）

兩級濾光片，激光阻擋水平高（達1014）， 通光效率高，Cut off調節。

2.5 光柵尺

光柵尺反饋控制技術（Encoder） 保證光譜數據的可靠性及重復性，是檢測光譜微小變化的關鍵性能，如材料的應力、應變引起 的波數位移。

2.6 新型共焦技術（專利技術）

光路簡化，提高光通量，靈敏度提高。操作簡便，穩定，實現同樣高共焦效果。透鏡位置可調，適用于多波長共存系統。

3 拉曼樣品載物臺的設計改造

拉曼樣品一般體積比較小，不好固定，因此考慮設計一個多功能的樣品載物臺（圖3）。首先用游標卡尺精確測量原因實驗臺的孔徑。長158 mm，寬109 mm，厚8 mm，利用3D制圖軟件繪制平面圖，并聯系磨具廠家制作。鐵制載物臺上，可以放上吸鐵石片，固定樣品。載物臺上還設計了蝶型螺栓，可以自由活動，用于固定樣品。載物臺上還設計了很多小孔，可以增加組件固定樣品。

樣品準備過程中，應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。注意成像掃描的區域盡量平整。某些襯底的拉曼或熒光信息可能會掩蓋樣品的拉曼信號，盡量避免將樣品固定在樣品臺上。

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