88、拉曼光谱采样的综合考量

拉曼光谱采样的综合考量

1 引言：拉曼采样中的光学问题

拉曼实验在采样方面与更为常见的吸收光谱法有很大不同。拉曼效应是一种低强度的发射过程，而且样品必须由强大的光源照射。光源辐射的反射和散射不可避免地会被光谱分析系统收集，这使得我们要在主要为光源的光通量中测量微弱的拉曼特征。过去，解决这个问题限制了拉曼光谱学的实用性，如今这种限制依然存在。

要构建一个成功的拉曼系统，需要让样品尽可能被明亮的单色辐射照亮。散射光（无论是弹性散射还是拉曼散射产生的）都必须被高效收集并传输到光谱仪、摄谱仪或干涉仪中。由于拉曼发射非常微弱，不能浪费宝贵的光子，因此收集系统需要精心设计。为了获得最佳结果，照明和观察系统需要共同优化，以达到最满意的折衷方案。

收集到的反射和弹性散射辐射混合物必须与微弱的拉曼成分分离，然后对拉曼散射光进行处理和显示。过去，通常使用多个单色仪来实现分离，但近年来，高性能滤光片逐渐取代了这种方法。对于大多数情况，滤光片系统与单个单色仪、摄谱仪或干涉仪的组合就足够了。这种简化使得拉曼系统的通用性迅速扩展，现在拉曼系统通常会结合显微镜、望远镜或光纤束来照亮和观察样品，然后将收集到的光传输到处理系统，处理系统可以远离实验现场。

1.1 将照明和观察体积与光谱仪或干涉仪耦合

首先考虑经典的直角照明和观察系统，尽管在现代仪器中很少见到，但它能很好地定义我们所关注的光学问题。

1.1.1 直角观察——Barrett和Adams的分析

Barrett和Adams对拉曼问题进行了如下分析。假设光谱仪的光学孔径值为f0（光学孔径对摄影师来说很熟悉，用于定义光学系统处理的光锥大小。在光谱仪或干涉仪中，f值等于准直