二、拉曼光谱仪

现代拉曼光谱仪器一般由以下六个部分(图18—13)组成：①单色光源，通常是

氩离子或氪离子激光器；②外光路，光色散单色器；③样品池或样品容器；④光色散单色器；⑤光子检测器，常为光电倍增管和多通道检测器；⑥进行仪器控制，数据收集、操作和分析的计算机。

任何拉曼光谱仪器首先必须有激发光源，滤过瑞利散射的装置，分光元件和检测器。除盯一拉曼光谱仪和色散拉曼光谱仪之间明显不同之处外，所有拉曼光谱仪器都很相似。以下简要地介绍仪器部件。

1．激发光源

激发光源是拉曼光谱仪器的关键部件。许多样品的拉曼信号很弱，为提高仪器检测灵敏度且又不受荧光干扰，最常用的激发光源可见区是He—Ne和AT’激光器，近红外区是Nd：YAG激光器，二极管激光器近来日趋普及。在红外区和近红外区激发，可大大降低荧光。

可调谐激光器的应用促进了共振拉曼光谱和相干反斯托克斯技术的发展。新的激光器还在不断地研究和制造。根据所用的材料不同大致可把激光器分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器、染料激光器等四大类。

2．光路(分光元件)

外光路系统作用是为了有效地利用光源强度、分离出所需要的激光波长、减少光化学反应和减少杂散光以及最大限度地收集拉曼光。各种型号的拉曼光谱仪的外光路系统的设计各不相同，其中最常见的有90。和180。照明系统两种。在90。照明系统中，激光方向与拉曼散射光方向成90。，而在180。照明系统中，激光方面与散射光方向成180。。

拉曼光谱仪在外光路系统的样品池前安装了一常规光学显微镜，通过显微镜激光。能够聚焦于样品表面一仅为1μm的面积上。这样在拉曼测试中可通过显微镜选择所需测定的样品表面，把激光束定位于某一点，从而获得该点的拉曼光谱。或者可以在某一特定的频率下对样品表面进行扫描，以测出在给定波长下拉曼散射的两维平面分布情况，这就是被称为拉曼微区探针的拉曼显微技术。

大多数拉曼光谱仪是色散型的，分光元件是滤光器或是光栅，如可调谐介电滤光器或透射全息光栅。目前，色散型仪器开始使用ccD检测器，信号积分时间仅需几秒-钟。用晶体调谐滤光器(LcTF)技术，在单一过程中，色散光谱仪器可电子化地选择任一拉曼谱线的分辨率。

fTr一拉曼光谱仪使用干涉仪生成拉曼光谱。干涉仪可同时获得完全光谱，具有多路传输和全程优点。然而，干涉仪也可在全光谱引入噪声。

3．样品池

激光光束经过聚焦射到样品池上，样品池的类型决定于样品的多少和种类。对于微量样品，无论是液体、溶液，还是固体粉末、细晶均可放人不同直径的毛细管中，对于常量的样品可放在常规池如试剂瓶、安瓿瓶中。

4．检测器

拉曼光谱仪中最常用的检测器是光电倍增管。由于到达光电倍增管的拉曼散射光的能量很低，约只为10-10～lO-11w，要求光电倍增管有较高的量子效率，即在光电倍增管阴极上每秒钟出现的讯号脉冲数与每秒钟到达光电阴极的光子数之比值要高。最新的以Ga—As或多种碱金属为光电阴极表面的光电倍增管具有很高的量子效率。拉曼散射光经过光电倍增管的处理后光信号变成电信号，较弱的电信号需进一步放大处理。

CCD自在批曼仪器中应用以来，已经成为色散拉曼光谱仪的主要检测器，CCD提供了在可见区和近红外区噪声低且灵敏的检测，由于硅线的影响，在可见区比近红外区的更适宜。

镓和ln—GaAs检测器更适用于多数近红外拉曼系统。镓检测器必须在液氮温度中使用，但In—GaAs检测器既可在室温，也可在液氮温度使用以增加灵敏度。与CCD检测器相反，镓和In—GaAS检测受噪声限制。

三、拉曼光谱实验技术

获得拉曼和红外光谱可以采用下述任一物质态：结晶态、无定形、液体、气体或等离子体态。而许多其它测定方法受物质态的限制，相对来说，拉曼光谱的样品制备要容易得多。

气体，液体和固体状态的样品均可测定其拉曼光谱，通常不需要特殊的样品制备。除远程监控和非极性气态分子需用拉曼光谱测定外，对于一般气态样品最好用红外光谱测定。

液体能够在玻璃管或石英管中直接测量。无定型和微晶固体也可充填人玻璃管或石英管中直接测定。为了获得较大的拉曼散射光强度，通常使照射在样品上的入射光与所检测的拉曼散射光之间的夹角为0。，90。和180。。

入射光强度的增加一方面增加了散射光的强度，另一方面也增加了样品分解的可能。防止样品分解常采用的一种办法是旋转技术，利用特殊的装置使激光光束的焦点和样品的表面做相对运动，从而避免了样品的局部过热现象。样品旋转技术除能防止样品分解外，还能提高分析的灵敏度。

由于样品浓度不同引起的折射指数的变化和溶剂中的背景噪声等，直接比较不同浓度样品间的拉曼线强度来定量是困难的，最有效的方法是加入内标，在激光照射下，它也产生拉曼光谱，选它一条拉曼线作为标准，将样品的拉曼线强度与内标拉曼线的强度进行比较。由于内标和样品完全处于相同的实验条件下，上述各种影响因素可以相互抵消。

内标应满足以下要求：①化学性质比较稳定，不与样品中被测成分或其它成分发生化学反应。②内标拉曼线和被分析的拉曼线互不干扰。③内标应比较纯，不含有被测成分。对于非水溶液，常用的内标为四氯化碳(459cm“)；而对于水溶液，常用的内标是硝酸根离子(1050cm)和高氯酸根离子线。对于固体样品，有时选择样品中某一拉曼线作为自身对照内标线。

内标法应用于拉曼光谱分析，使拉曼光谱的定量分析成为可能。拉曼光谱定量分析法和红外光谱法比较，它能用于水溶液分析且准确度较高。

四、退偏比测定

当一束平面偏振光照射介质时，由于光子与介质分子相互作用，散射光的偏振方向可能会发生变化，偏振光的改变和分子振动时电子云形状的变化有关，即与分子构型及分子振动的对称性有关。为此，引入用于研究分子结构的参数——退偏比P，退偏比是拉曼光谱的一个重要物理量，和频率、谱线强度等最常用的光谱参数一样，可以提供有关分子振动的对称性及分子构型的信息。