拉曼光譜儀的激光光源
拉曼光譜儀因其具有的非侵入式、無破壞性、無需試樣預(yù)處理準(zhǔn)備等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著科技的不斷發(fā)展，人們已研制出適合不同行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用需求的拉曼光譜儀。
拉曼光譜儀主要由激光光源、收集光路、分光光路及信號(hào)采集和分析系統(tǒng)組成。對(duì)拉曼光譜儀的一般要求是Zda程度地探測到來自檢材的拉曼散射光、有較高的光譜分辨率和頻移精度等。一般而言，提高拉曼散射光的激發(fā)效率可有效提高來自試樣的拉曼散射光強(qiáng)度，而散射光激發(fā)效率的提高則有賴于儀器的使用對(duì)象及激光光源的選擇。
拉曼光譜儀的常用激光光源
作為拉曼光譜儀的激發(fā)光源，儀器的檢測對(duì)象及應(yīng)用場合決定了對(duì)激光光源的選擇。根據(jù)所用基質(zhì)的不同，激光器可分為氣體激光器、固體激光器、液體激光器以及其它激光器等4類。
氣體激光器在拉曼光譜儀中的應(yīng)用十分廣泛，如氬離子激光器、氦氖激光器、CO2激光器和準(zhǔn)分子激光器等。氬離子激光器具有較高的輸出功率，波長穩(wěn)定、線寬狹窄，而且環(huán)境溫度和光學(xué)系統(tǒng)調(diào)校對(duì)其工作波長的影響不大。氬離子激光器屬于多譜線輸出，其主要輸出波長為488nm與514.5nm，目前多采用空氣冷卻型氬離子激光器作拉曼光譜儀的激發(fā)光源。氦氖激光器制造工藝成熟、連續(xù)使用壽命長，但輸出功率較低，其輸出波長為632.8nm。CO2激光器屬于分子氣體激光器，有一定的調(diào)諧范圍，輸出波長介于9.1～10.7nm。準(zhǔn)分子激光器的輸出功率高，并且相應(yīng)的激光范圍很寬，多用于紫外波段。
固體激光器主要有紅寶石激光器、Nd：YAG激光器、倍頻的Nd：YAG激光器和半導(dǎo)體激光器等。固體激光器的特點(diǎn)是輸出功率高、體積小且很堅(jiān)固。其中輸出為1064nm紅外光的Nd：YAG激光器常用于傅立葉變換拉曼光譜儀中。半導(dǎo)體激光器是所有激光器中效率Zgao且體積Z小的一種，輸出波長范圍有375nm、405nm、635nm和780～980nm等。
液體激光器采用液體染料作泵浦介質(zhì)，一般在某個(gè)波長范圍輸出波長可調(diào)的激光，常用于共振拉曼光譜儀。
其它激光器中的自由電子激光器(FEL)可在一個(gè)寬的頻率范圍(微波至真空紫外)輸出平均功率為幾kW的相干共線激光。自旋反轉(zhuǎn)拉曼激光器則采用處于低溫和磁場下具有自旋反轉(zhuǎn)效應(yīng)的半導(dǎo)體材料作基質(zhì)。色心激光器的基質(zhì)材料為堿鹵晶體，通過俘獲電子的空位畸變產(chǎn)生弛豫，導(dǎo)致粒子數(shù)反轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生激光。
由于拉曼光譜信號(hào)取決于物質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而與激發(fā)光源的種類無關(guān)，因此對(duì)激發(fā)光源的要求并沒有固定模式，上述幾類激光器均可應(yīng)用于拉曼光譜儀。
拉曼光譜儀激光光源選擇
拉曼光譜儀激光器選擇原則：
1、拉曼散射效應(yīng)強(qiáng)度與激發(fā)光頻率的四次方成正比(與波長的四次方成反比)，因此激發(fā)光頻率越大(波長越小)，激發(fā)效果越明顯。
2、拉曼光譜儀激發(fā)波長越接近分子的Zda吸收峰處的波長，越容易產(chǎn)生共振拉曼效應(yīng)，拉曼信號(hào)越強(qiáng)。
3、拉曼光譜儀用紫外激發(fā)，樣品產(chǎn)生的熒光和拉曼信號(hào)相個(gè)較遠(yuǎn)，因此不會(huì)有熒光干擾，用近紅外波長激發(fā)，熒光信號(hào)弱，因此熒光干擾也小。
4、拉曼光譜儀紫外激發(fā)能量高，容易使樣品受到損傷，近紅外激發(fā)熱效應(yīng)大，容易使樣品受熱分解。
5、因?yàn)楸砻嬖鰪?qiáng)的基底一般是銀或金，銀基底或金基底在可見光激發(fā)下產(chǎn)生的增應(yīng)Z強(qiáng)，一般選514.5nm、532nm、633nm激發(fā)。
激發(fā)波長 | 激光器性質(zhì) | 應(yīng)有領(lǐng)域 | 優(yōu)缺點(diǎn) |
紫外 | 220nm、280nm、350nm | 熒光強(qiáng)的樣品如石油，生物樣品如蛋白質(zhì)、DNA、RNA等，催化劑等 | 能量高，拉曼散射效應(yīng)強(qiáng)，提高了空間分辨率，容易損傷樣品，激光器貴，對(duì)notchfilter要求高 |
可見 | 488nm、514.5nm、532nm、633nm | 應(yīng)用領(lǐng)域多，在材料、化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)等、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用 | 激光器技術(shù)成熟，使用Z普遍，主要缺點(diǎn)有些樣品熒光強(qiáng) |
近紅外 | 785nm、808nm、1064nm | 熒光強(qiáng)的樣品，生物樣品如組織等，翡翠，紅寶石，藍(lán)寶石，堇青石等 | 降低熒光，但是激發(fā)能量低，拉曼散射信號(hào)弱，需要大功率激發(fā) |
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