拉曼光谱在今天广泛使用于从工业过程控制到实验室研究到生物/化学防御措施的诸多领域。包括化学,聚合物,药物,半导体,宝石学,计算机硬件,和医学领域等等产业都从这种高度灵敏的分析手段中获益。在拉曼光谱中,我们用强激光照射样品产生拉曼(非弹性)信号。拉曼信号“指纹”一般是由分光光度计或者傅立叶变换分光计测定的。
现在最常使用的有三种基本类型的拉曼仪器。拉曼显微镜,也称为微区拉曼光谱仪广泛用于快速和高精度的测量小区域内的拉曼信号。传统实验用拉曼光谱仪装有不同的滤光片和光谱仪主要用于研发应用,它们的用途从家用的到灵活的商业系统各不相同,可以测量固态和液态的样品。最后一种迅速普及的拉曼仪表是拉曼微探针分析仪。这些功能完整,结构小巧的便携式仪器非常适合在现场或在严格的制造和工艺的环境中使用。这些仪器包含光学滤光片和远程镜头探端,通过光纤连接到主单元。
光学滤光片是拉曼光谱系统中的关键部件,用来阻止所有不需要的光到达光谱仪,淹没相对较弱的拉曼信号。激发滤光片放在激光与样品之间的光路上,过滤掉从激光器(例如宽带自发辐射或等离子体线)来的所有不希望的光,以及任何非样品产生的拉曼散射或荧光(如在光纤微探针之间插入激发滤光片)。信号滤光片放在样品和光谱仪之间用来阻止瑞利散射。
上面的插图是单光路的激发与发射不重叠的拉曼系统布局。设计用于成像(例如,拉曼显微系统)或者远程光纤探头系统通常布置有重合的激发和发射路径,这样可以重复利用光纤和透镜。
在不同的拉曼系统中会有三种不同的滤光片:激光滤光片,长波通或者陷波滤光片。下面的图表示了各种滤光片的作用。在这些图中的蓝色线表示滤光片的透射光谱,绿线表示激光光谱,红色线表示拉曼信号(不按比例)。
激光滤光片非常适合用作发射滤光片,配合上陷波滤光片可以同时测量斯托克斯和反斯托克斯位移。然而在许多情况下,长波通是比陷波滤光片更好的选择。例如,使用长波通测量斯托克斯位移时可以提供更好的透过率,更高的激光屏蔽和最陡的边缘性能,可以测量波长极接近激光线的拉曼信号。对长波通和陷波滤光片之间进行选择的更多详细信息,请参阅第100页上的技术说明“用于拉曼仪器的长波通与陷波滤光片”。
在一个激发和发射路径重叠的光路系统中,激光被光学元件阻碍,还需要把拉曼信号送入检测器,这时候就需要一个二向色镜。如果二向色镜不陡峭,由长波通或者激光滤光片带来的测量极接近激光波长的拉曼信号的能力就会丢失。
Semrock现在有高性能的激光MaxLine®滤光片(产品目录第90页),RazorEdge®长波通和短波通滤光片(产品目录86页),也有超值的EdgeBasic™长波通滤光片(产品目录84页),超陡峭 RazorEdge分色™分光器的滤光片(产品目录第89页),而StopLine®陷波滤光片(产品目录98页)作为标准目录的产品。非标波长和特殊要求的滤光片通常只会在批量OEM应用中大量生产。