實驗室光學儀器拉曼光譜的特殊取樣技術

1.激光拉曼光譜的光纖采樣技術

光纖采樣技術可用于化學反應過程的現場檢測和生物活體的分析研究,在激光拉曼光譜中已有不少應用。近紅外光在光導纖維中有良好的傳導性,傳導距離已超過1000m,因而FT- Raman光導纖維取樣技術有更好的應用前景。FT -Raman光導纖維取樣技術,如圖12所示。光源為Nd:YAG激光器,由微調定位器調節使激光光束進入輸入光纖,輸入光纖和收集散相應匹配的光導纖維射光的光纖是捆在一起的(其端面圖,見圖12下部),從光纖來的激發光束發散地照射在樣品上,收集散射光的光纖出光端與干涉儀連接。

 圖12 FT -Raman光譜儀光導纖維取樣示意圖

1-Nd:YAG激光器;2-微調定位器;3-輸入激光光導纖維;

4-顯微物鏡;5-收集光導纖維;6-光闌;7-干涉儀

在光纖采樣技術中,光纖探頭設計至關重要,光纖的特性指標之一是數字孔徑:

式中,n₁、n₂分別為光纖及外包層的折射率;Q_m為光纖接受錐角,只有在Q_m之內的光才能被接收。光纖探針收集效率主要由激發光纖半徑R₁、收集光纖半徑R₂和Q_m決定,高效率的探針需選取較細的入射光纖。由鐘發平等設計的一種光纖束拉曼探頭以入射光纖為圓心,5μm的通信光纖(約2000根)排列為同心圓,在探針端面0.4m處將入射光纖與光纖束分離,用金屬細網和塑料外套保護,三個端面仔細拋光光纖探針設計參數為:入射光纖為直徑30μm的石英光纖,每米透光率(對Ar⁺的514.5nm)為97%,數字孔徑N_A=0.4,接受光纖束直徑為2mm,數字孔徑N_A=0.56,透光率(500～800nm)為42%。

2.退偏度的測量技術

退偏度的測量裝置,如圖13所示。放置在單色器入射狹縫前的(1/4)λ板的作用是將線偏振轉變成圓偏振,任何實驗裝置的性能都可以通過測量純四氯化碳譜帶的退偏度來檢驗。

圖13 退偏度測量裝置示意

1-激光束;2-樣品;3-偏振器;4-(1/4)λ板;5-激光束電矢量方向;

6-單色器入射狹縫;I//-與激光電矢量相平行的譜線強度;I^-與激光電矢量相垂直的譜線強度

偏振FT- Raman光譜的測定通常在FT-Raman光譜儀上加一偏振調制器。 Polavarapu在1988年提出用 Martin-Pulett干涉儀(MPI)代替邁克爾遜干涉儀,MPI既是干涉儀,又是偏振調制器,其優點是可同時測定兩個 Stoke參數S₁(`ν<sub>i</sub>)和S<sub>3</sub>(`ν_i)。S₁(`ν<sub>i</sub>)是平行偏振和垂直偏振散射強度的差別,S<sub>3</sub>(`ν_i)是左右圓偏振散射強度的差別,圓偏振的測定可用于立體化學研究。