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拉曼技術(shù)是由印度物理學家拉曼發(fā)現(xiàn)的,它的原理是測量光子的非彈性散射效應。拉曼技術(shù)特別適合于過程監(jiān)控、產(chǎn)品識別、遙感和水溶液中高散射顆粒物的測量,廣泛應用于化學研究、高分子材料、生物醫(yī)學、藥品檢測、寶石鑒定等領(lǐng)域。
便攜式拉曼光譜儀具有體積小、檢測方便等特點,為藥品檢測、環(huán)境檢測、安檢等實時檢測領(lǐng)域提供了一種無損快速檢測方法。便攜式拉曼光譜儀主要由三大部分組成:
1、激發(fā)光源
拉曼效應的產(chǎn)生需要一定頻率的光進行激發(fā)。初,采用汞弧燈作為激發(fā)光源。但由于拉曼光強較激發(fā)光小 6~7 個數(shù)量級,拉曼信號很微弱,從而限制了后期的光譜檢測以及相關(guān)應用。因此,在拉曼效應被發(fā)現(xiàn)后的 30 多年,并未得到廣泛應用。20 世紀 60 年代,激光器的發(fā)明解決了拉曼激發(fā)光源的問題,拉曼光譜儀得到了快速的發(fā)展。
為了得到更好的拉曼光譜,光譜儀往往采用窄線寬的單色激光作為激發(fā)光源。實驗室用拉曼光譜儀所用激光器普遍占地較大,不利于小型化、現(xiàn)場化。合適的激光器應滿足幾個條件:體積小、能量高足以激發(fā)出拉曼光,線寬小且輸出穩(wěn)定。目前,商業(yè)化的便攜式拉曼光譜儀普遍采用波長為 532 nm 或 785 nm 的小型固態(tài)半導體激光器。
2、拉曼光纖探頭
拉曼探頭包含激光傳導聚焦、拉曼光收集以及濾波作用。激光器輸出的激光由光纖導入并聚焦,使之作用于樣品。這樣可以得到足夠的光能量,激發(fā)出拉曼信號。收集拉曼信號,濾去瑞利散射,并將其導入后端光譜儀。
比較常見的探頭設(shè)計為直角光路,激光發(fā)射與收集部分共路,這樣可以收集到激發(fā)點的信號。并且直角光路可以使輸入輸出光纖在同一端。在聚焦一端,往往引進金屬長筒,便于探入液體或比較深的物質(zhì)進行鑒定。
3、小型化光譜儀
光譜儀主要包括入射狹縫、分光系統(tǒng)、接收系統(tǒng)等。經(jīng)狹縫的拉曼信號,進入分光系統(tǒng),分光元件通常為棱鏡或光柵,一般采用車爾尼特納(C-T)分光光路結(jié)構(gòu)??臻g分開的光譜信號由線陣或面陣 CCD 接收,經(jīng)處理后傳遞給計算機進行存儲、顯示及分析。