色散型激光拉曼光譜儀的結構示意見圖1。該儀器主要由激光源、外光路系統(樣品室)、單色儀、放大系統及檢測系統五部分組成。樣品經來自激光源的可見激光激發,其絕大部分為瑞利散射光,少量的各種波長的斯托克斯散射光,還有更少量的各種波長的反斯托克斯散射光,后兩者即為拉曼散射。這些散射光由反射鏡等光學元件收集,經狹縫照射到光柵上,被光柵色散,連續地轉動光柵使不同波長的散射光依次通過出口狹縫,進入光電倍增管檢測器,經放大和記錄系統獲得拉曼光譜。
圖1 色散型激光拉曼光譜儀結構示意圖
1-激光源;2-外光路系統;3-樣品室;4-光柵;
5單色儀;6-光電倍增管;7-放大器;8-記錄儀
圖2 FT-Raman光譜儀的光路圖
1-液氮冷卻錯檢測器;2-空間性濾光片;3-介電體光片;4-移動鏡;5-分束器;
6-固定鏡;7-樣品室;8-拋物面聚光鏡;9-200mm透鏡;10-Nd:YAG激光器
圖3是FT-Raman光譜儀的光路圖。干涉儀和FTIR光譜儀是相同的,檢測器是氮冷卻的鍺檢測器,通常在儀器中使用截斷濾光片以限制比光源波長大的輻射到達檢測器上。初期的FT -Raman光譜儀是在FTIR光譜儀上加一FT-Raman附件,兩者共用一個邁克爾遜干涉儀。圖3是 Nicolet800型FTIR與FT- Raman光譜儀光路圖,左邊是FTIR光路系統,右邊為FT-Raman附件,采用Nd:YAG激光器(摻釹的釔-鋁-鎵石榴石激光器)為激發光源(近紅外,1064nm)。被樣品散射后的近紅外光的收集方式有反射式和折射式兩種,激發光與拉曼輻射之間的夾角通常為90°或者180°,使用光學過濾器濾去占散射光絕大部分的瑞利散射光,光學系統為邁克爾遜干涉儀,分束器為多層涂Si的CaF2,檢測器為液氮冷卻的Ge二極管或 InGaAs檢測器。
圖3 FTIR及FT- Raman光譜儀光路圖
R-處于FT- Raman工作狀態時,拉曼輻射由此方向進入干涉儀,且反射鏡處于虛線狀態;
1-紅外光源;2-白光光源;3-附加出口;4-品室;5-檢測器聚光鏡;
6-激光器;7-檢測器1;8-檢測器2;9-Nicolet博里葉變換拉曼檢測器;
10-激光棱鏡;11-動鏡;12-分束器;13-固定鏡
目前已生產出專用的FT-Raman光譜儀,圖4是伯樂公司專用FT-Raman光譜儀平面圖。其結構由五部分組成:①光源部分,包括Nd:YAG激發光源及其快門,光源的可變衰減器,功率表,He-Ne激光器和白光光源;②樣品倉,包括樣品架,散射光的半透鏡和聚集光學鏡以及x、y、z三維樣品位置調節器,在半透鏡上方有安裝偏振器的支架;③光學過濾器;④邁克爾遜干涉儀;⑤鍺檢測器。
圖4 bio-Rad FT-RamanⅠ光譜儀意圖
1-Nd:YAG激光開關閘;2-可變衰減器;3-白光和Nd:YAG功率表附件;4-收集光學元件;
5-樣品位置;6-功率調節鈕;7-樣品臺調節控制;8-光闌;9-控制面板;10-檢測器;
11-后背面板;12-參考激光器;13-千涉儀;14-瑞利線過濾器