5.3　拉曼光譜儀的結構與原理

激光拉曼光譜儀主要由激光器、樣品室、雙單色儀、檢測器、計算機控制系統和記錄儀等部分組成，見圖5-3。

當激光經反光鏡照射到樣品時，通常是在與入射光成90°角的方向收集散射光。為抑制雜散光，常用雙光柵單色儀，在特殊需要（如測定低波數的拉曼光譜）時，還需用第三單色儀，以得到高質量的拉曼譜圖。散射信號經分光后，進入檢測器。由于拉曼散射信號十分微弱，須經光電倍增管將微弱的光信號變成微弱的電信號，再經微電放大系統放大，由記錄儀記錄下拉曼光譜圖。

圖5-4為環己烷的拉曼光譜，橫坐標是拉曼位移，以波數cm^-1為單位，縱坐標為拉曼散射光的強度。

5.3.1　激光器

拉曼光譜儀最常用的激光器是氬離子激光器，以Spetra-Physics公司生產的2020型Ar⁺激光器為例，全線輸出功率為5W，單線輸出功率為2W。最常用的激發線的波長為514.5nm（綠光）和488.0nm（藍光）。若額定輸出功率為2W，由Ar⁺激光器可得到的波長和功率如表5-1所示。

由于Ar⁺激光器可以提供多條功率不同的分立波數的激發線，為一定波長范圍的共振拉曼提供了可能的光源。由于拉曼位移與入射激光源的頻率無關，所用激發光的波長不同，所測得的拉曼位移（）是不變的，只是強度不同而已。

5.3.2　樣品室

拉曼光譜儀的樣品室有兩個重要的功能：一是將激光聚焦在樣品上，產生拉曼散射，故在樣品室內裝有聚焦透鏡；二是收集由樣品產生的拉曼散射光，并使其聚焦在雙單色儀的入射狹縫上，因此樣品室又裝有收集透鏡。

為適應固體、液體、薄膜、氣體等各種形態的樣品，樣品室除裝有三維可調的樣品平臺外，還備有各種樣品池和樣品架。為適應動力學實驗的需要，樣品室可以改裝為大樣品室，并可配置高溫爐或液氮冷卻裝置，以滿足實驗中的控溫需要。

5.3.3　雙單色儀

典型的濾光部件是前置的單色儀，它們可以濾去光源中非激光頻率的大部分光能。雙單色儀即由兩個單色儀串聯而成（圖5-5）。從樣品室收集的拉曼散射光，通過入射狹縫S₁進入雙單色儀，經光柵G分光，由中間狹縫S₃和S₄進一步減小雜散光對測量的干擾，然后由出射狹縫S₂進入光電倍增管。

為減少雜散光的影響，整個雙單色儀的內壁及狹縫均為黑色。為保證測量的精度，整個雙單色儀裝有恒溫裝置，保證工作溫度為24℃。

雙單色儀是拉曼光譜儀的心臟，要求環境清潔，灰塵對雙單色儀的光學元件鏡面的沾污是很嚴重的，必要時要用洗耳球吹拂除去鏡面上的灰塵，但切忌用粗糙的濾紙或布抹擦，以免劃破光學鍍膜，也不要用有機溶劑擦洗，以免損壞光學鍍膜。

5.3.4　光電檢測器

實際使用過程中，特別要注意避免強光的進入，在拉曼測試設置參數時，一定要把瑞利線擋住，以免因瑞利線進入，造成過載而燒毀光電倍增管。長時間冷卻光電倍增管，會使它的暗計數維持在較低的水平，這對減少拉曼光譜的噪聲，提高信噪比是有利的。