В Рамановскую Спектроскопию

 
Дисперсионная Раман спектроскопия
Для 
получения 
Рамановского 
спектра 
необходимо разделить 
собранное рассеянное 
излучение 
на 
отдельные длины волн. 
В 
дисперсиионных 
Раман 
спектрометрах 
это 
выполняется 
фокусированием Раман 
сигнала на решетке, 
которая 
пространственно 
разделяет излучение на 
различные длины волн. Этот разделенный луч направляется на CCD детектор. 

---

Дисперсионный Раман обычно использует лазеры в видимой области. Типичные 
длины волн лазеров 780 нм, 633 нм, 532 нм и 483 нм, хотя могут использоваться и другие. 
Одним из преимуществ использования более коротковолновых лазеров является 
увеличение Рамановского сигнала, которое происходит при более коротких длинах волн. 
Эффективность Рамановского рассеяния пропорциональна 1/
λ
4
, поэтому происходит 
значительное увеличение сигнала при уменьшении длины волны излучения лазера. 
На первый взгляд представляется, что Раман спектрометры должны использовать 
более коротковолновые лазеры. Однако существует явление, которое препятствует 
широкой практике использования Рамановской спектроскопии – это непредсказуемая 
флуоресценция. Флуоресценция представляет собой сильное излучение образца, 
которое в несколько раз сильнее, чем Рамановский сигнал, даже незначительная 
флуоресценция может перекрывать исследуемый Рамановский сигнал. 
Флуоресценция 
происходит, 
если 
виртуальный 
энергетический 
уровень 
перекрывает верхний электронный уровень. Таким образом, при увеличении энергии 
лазера (более короткие длины волн) увеличивается и вероятность флуоресценции. Это 
явление зависит от длины волны возбуждающего лазера. Поэтому образцы, 
флуоресцирующие на одной длине волны, могут не флуоресцировать на других длинах 
волн. Поэтому при выборе прибора очень важно принимать во внимание насколько 
быстро и просто можно произвести смену возбуждающих лазеров. 
Решетка имеет сильное влияние на спектральное разрешение и светопропускание. 
Решетки имеет большое количество штрихов или прорезей, «выжженных» на 
поверхности, которые рассеивают входящее излучение. Чем выше число штрихов на 
решетке, тем шире угол дисперсии выходящего излучения. 
Для приборов высокого разрешения необходимо иметь решетку с большим 
количеством штрихов (например, 1800 или 2400 линий/мм), что позволяет различать 
близкие длины волн. Для приборов с низким разрешением нужны решетки с меньшим 
количеством штрихов (300 или 600 линий/мм). Чем выше дисперсия выходящего 
излучения, тем больше зона на детекторе, на которой расположены все длины волн. 
Для детекторов с фиксированным размером существует значение (разрешение), 
выше которого не все Рамановские длины волн попадают на детектор. В случае более 
высокой дисперсии (более высокого разрешения) необходимо передвигать либо решетку,
либо детектор, чтобы последовательно собирать области спектра. 
Отклик решетки также зависит от длины волны, поэтому дисперсия (разрешение) по 
оси длин волн не линейна, и дисперсия становится выше при более высоких волновых 
числах (см
-1
). По этой причине спектральное разрешение должно быть указано для 
определенных волновых чисел и может изменяться вдоль спектра. 
В заключение, решетки выжигаются для оптимального светопропускания в 
относительно узком спектральном диапазоне, поэтому они должны выбираться с 
зависимости от желаемого разрешения и соответствовать длине волны лазера. 
Использование одной решетки для больше чем одного лазера или разрешения требует 
компромисса в светосиле прибора и чувствительности. Идеально, решетки должны быть 
подобраны в соответствии с лазером и условиями эксперимента. 
Детекторы CCD, обычно используемые для дисперсионных Раман спектрометров, 
представляют собой кремниевые устройства с очень высокой чувствительностью. 
Детектирующая 
поверхность CCD представляет 
собой 
двумерную 
матрицу 
светочувствительных элементов, которые называются пикселями (обычно каждый 
пиксель менее 30 мкм). Каждый пиксель работает как индивидуальный детектор, поэтому 
каждая рассеянная длина волны детектируется определенным пикселем (или близко 
расположенной группой пикселей). 
CCD детекторы имеют отклик по широкому диапазону длин волн, обычно от 400 до 
1000 нм. Специальные детекторы имеют отклик до 1100 нм или ниже УФ диапазона. Для 
дисперсионных Рамановских спектрометров с лазером 780 нм отклик в области 3000 см
-1
(валентные C-H колебания в спектре) являются результатом излучения 1018 нм. Многие 
обычные CCD матрицы имеют очень слабые отклики для высоких волновых чисел 
лазеров в ближней ИК области, а для более высоких волновых чисел CCD детекторы не 
применимы.