36、傅里叶变换近红外拉曼光谱技术解析

傅里叶变换近红外拉曼光谱技术解析

1. 引言

20世纪90年代，拉曼散射光谱法的受欢迎程度和实用性急剧增长。它在生物医学研究、化学和材料科学等领域都有广泛应用，甚至进入了过程监测领域。低成本仪器的出现让本科生也能接触到拉曼散射的仪器和概念。尽管红外仪器数量上仍占主导，但拉曼散射已成为分析光谱测量的重要组成部分。

这一现象的驱动力是拉曼仪器的发展，这些仪器易于使用、灵敏度高，还能克服困扰拉曼测量50年的荧光干扰问题。其中关键是使用近红外（NIR）激光避免荧光激发。1986年，Hirschfeld和Chase发表了关于傅里叶变换（FT） - 拉曼光谱法的首篇论文，采用1.064 µm激发。其实质是认识到使用合适的长波长激发可避免大部分荧光，这一概念早在25年前就被提出，后被遗忘。使用迈克尔逊干涉仪是为了补偿低质量探测器和散射截面的损失。

FT - 拉曼光谱法出现后，基于阵列的探测器得到发展，基于焦平面阵列（FPA）探测器的拉曼光谱仪也被研究。如今，基于单单色仪、全息陷波滤波器和电荷耦合器件（CCD）探测器的仪器与FT - 拉曼光谱仪共同构成了大部分拉曼仪器。最初FT - 拉曼仪器实现无荧光拉曼散射的观察，推动了拉曼光谱学的巨大发展。

目前使用的基本FT - 拉曼仪器与首篇论文中讨论的仪器相似，可分为激光器、采样及相关滤波器、干涉仪和探测器四部分。在讨论这些仪器组件前，有必要了解干涉测量中噪声的性质，这会影响FT - 拉曼实验中激光器和探测器的选择。

2. 噪声的性质

任何干涉光谱仪的性能都取决于主导噪声源的性质。噪声可分为三种类型：
- 探测器噪声 ：与信号水平无关，由噪声