如何进行拉曼光谱测试系统自主搭建【图文介绍】

　　与瑞利散射不同，拉曼散射相对入射光有一定的频移。另外，重要的一点是拉曼信号极其微弱，通常每109 ~ 1011个光子中只有一个光子发生拉曼散射。伴随着高新科技的发展，包含灯源、滤光片和探测仪等关键元器件的更新，这一难点也慢慢被攻破，拉曼光谱检测技术也因此越来越越来越时兴。文中将详细介绍怎么使用一些基础光电器件构建一套简易好用的拉曼光谱检测系统软件，并根据精确测量一些规范有机化学物(包含液體和有机化学化合物)光谱仪来展现系统软件的敏感度和像素。

　　上图显示的便是搭建的拉曼光谱测试系统。光源选用的是波长532 nm的连续二极管泵浦固态激光器，通常为了避免荧光的干扰，我们还可以选用更长波长的激光器，激光器输出经由一个可变衰减器控制强度，再通过特定的光路由物镜聚焦到样品上。物镜前的光路中安装有一个二向色镜，其主要作用是反射激发光、透射拉曼散射光并削弱背向散射的激发光。

　　样品放置于XY平移台上，移动平移台及物镜便可控制激光焦点在样品中的位置，从而获得样品内不同区域的拉曼信息。背向散射的拉曼信号被物镜收集准直，透过二向色镜，由一个聚光透镜聚焦到光谱仪入射狭缝，狭缝前的长波通滤光片可以进一步阻挡剩余的激发光。光谱仪由一个单色仪和一个CCD相机构成，拉曼信号被单色仪色散开后成像到CCD相机。

　　我们首先测试了一些常见的溶剂，结果如下图所示。对于所有实验，曝光时间均小于20 s，而其中部分样品，例如环己烷，事实上我们可以做到实时监测。从图中还可以看出，即使是在光谱最密集的部分，例如正己烷的指纹区(图a中插图)或者正己烷、丙酮和环己烷的C-H拉伸振动区域(图a、c、f中插图)，所有拉曼峰均可以被解析，进一步分析表明光谱分辨率优于3 cm-1，图中基线也表明系统具有优异的信噪比。此外，图d和e显示左侧截止频率约在180 cm-1附近，这表明该系统还可用于研究低波数振动模。上面展示的所有结果直接证实了该系统具有良好的灵敏度和优异的光谱分辨率。

　　接下来，我们进一步研究了丙烯酸乙酯和丙酸乙酯，下图展示了二者的分子结构以及溶于四氯化碳后的拉曼光谱。可以看出，尽管二者分子结构十分接近，但振动光谱却相差很大，其中最大的区别发生在涉及C=C和C=O拉伸振动的1600 – 1800 cm-1范围内。对比二者分子结构可以发现丙烯酸乙酯拥有共轭的双键(羟基和C=C)而丙酸乙酯只有羟基，这使得丙烯酸乙酯在该范围内拥有更多的拉曼峰并且拉曼极化率的变化导致峰强度更强。