5.3　拉曼光谱仪的结构与原理

激光拉曼光谱仪主要由激光器、样品室、双单色仪、检测器、计算机控制系统和记录仪等部分组成，见图5-3。

图5-3　激光拉曼光谱仪方框图

当激光经反光镜照射到样品时，通常是在与入射光成90°角的方向收集散射光。为抑制杂散光，常用双光栅单色仪，在特殊需要（如测定低波数的拉曼光谱）时，还需用第三单色仪，以得到高质量的拉曼谱图。散射信号经分光后，进入检测器。由于拉曼散射信号十分微弱，须经光电倍增管将微弱的光信号变成微弱的电信号，再经微电放大系统放大，由记录仪记录下拉曼光谱图。

图5-4为环己烷的拉曼光谱，横坐标是拉曼位移，以波数cm^-1为单位，纵坐标为拉曼散射光的强度。

图5-4　环己烷的拉曼光谱图

5.3.1　激光器

拉曼光谱仪最常用的激光器是氩离子激光器，以Spetra-Physics公司生产的2020型Ar⁺激光器为例，全线输出功率为5W，单线输出功率为2W。最常用的激发线的波长为514.5nm（绿光）和488.0nm（蓝光）。若额定输出功率为2W，由Ar⁺激光器可得到的波长和功率如表5-1所示。

表5-1　Ar⁺激光器各激发线的波长和功率

由于Ar⁺激光器可以提供多条功率不同的分立波数的激发线，为一定波长范围的共振拉曼提供了可能的光源。由于拉曼位移与入射激光源的频率无关，所用激发光的波长不同，所测得的拉曼位移（）是不变的，只是强度不同而已。

5.3.2　样品室

拉曼光谱仪的样品室有两个重要的功能：一是将激光聚焦在样品上，产生拉曼散射，故在样品室内装有聚焦透镜；二是收集由样品产生的拉曼散射光，并使其聚焦在双单色仪的入射狭缝上，因此样品室又装有收集透镜。

为适应固体、液体、薄膜、气体等各种形态的样品，样品室除装有三维可调的样品平台外，还备有各种样品池和样品架。为适应动力学实验的需要，样品室可以改装为大样品室，并可配置高温炉或液氮冷却装置，以满足实验中的控温需要。

5.3.3　双单色仪

典型的滤光部件是前置的单色仪，它们可以滤去光源中非激光频率的大部分光能。双单色仪即由两个单色仪串联而成（图5-5）。从样品室收集的拉曼散射光，通过入射狭缝S₁进入双单色仪，经光栅G分光，由中间狭缝S₃和S₄进一步减小杂散光对测量的干扰，然后由出射狭缝S₂进入光电倍增管。

图5-5　双单色仪光路图

为减少杂散光的影响，整个双单色仪的内壁及狭缝均为黑色。为保证测量的精度，整个双单色仪装有恒温装置，保证工作温度为24℃。

双单色仪是拉曼光谱仪的心脏，要求环境清洁，灰尘对双单色仪的光学元件镜面的沾污是很严重的，必要时要用洗耳球吹拂除去镜面上的灰尘，但切忌用粗糙的滤纸或布抹擦，以免划破光学镀膜，也不要用有机溶剂擦洗，以免损坏光学镀膜。

5.3.4　光电检测器

实际使用过程中，特别要注意避免强光的进入，在拉曼测试设置参数时，一定要把瑞利线挡住，以免因瑞利线进入，造成过载而烧毁光电倍增管。长时间冷却光电倍增管，会使它的暗计数维持在较低的水平，这对减少拉曼光谱的噪声，提高信噪比是有利的。