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拉曼光谱仪结构及其原理

1.拉曼效应  光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射. 弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分.非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分, 统称为拉曼。通俗一点说就是一束光照到某个物体上，会反射与原波长相同和不同的两种光，相同的叫瑞利散射，不同的就叫拉曼散射。拉曼散射又分为两种，一种波长比原来的小叫斯托克斯拉曼，还有一种比原来的波长大叫反斯托克斯线。

2.拉曼光谱仪的结构 不同的拉曼光谱仪组成及结构会有些细微的不同，但一般都是由激光光源、样品装置、滤光器、单色器（或干涉仪）和检测器等组成。

拉曼光谱仪在能源、电池领域中的应用

通常情况下拉曼光谱是不用于离子检测的，但当离子和其它物质发生作用时，可以通过其它物质信号的改变来反推离子的扩散或浓度情况。由于拉曼光谱可以对分子所处的微环境进行表征，在一定的实验设计下，它是可以对离子、pH值、温度等信息进行表征的。

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浅谈拉曼光谱仪

拉曼光谱仪，顾名思义，就是用来测量拉曼光谱的仪器。通常情况下，拉曼光谱仪由以下几个部分组成：

激发光源

现有的拉曼光谱仪，基本都采用激光作为激发光源，激光波长的选择从紫外、可见到近红外均有，常见的有532nm、785nm。激光波长的选择会影响拉曼光谱仪的灵敏度以及空间分辨率。

光学系统

根据拉曼光谱仪的设计，该部分可以是一个成熟的拉曼探头，也可以是自己搭建的由滤光片、二向色镜等光学元件组成的光学系统。光学元件的选择以及光路设计都将影响到拉曼光谱仪的灵敏度。

分光仪

根据分光形式的不同，拉曼光谱仪可以分为以下三种类型：

1、 滤光片型拉曼光谱仪，这种类型的拉曼光谱仪只有很狭窄的光谱段进入探测器，这就意味着绝大部分拉曼散射光会被浪费掉。

2、 分光仪型拉曼光谱仪，通过衍射光栅分光，将衍射光聚焦在光谱仪的输出面上，许多集成式的拉曼光谱仪会直接使用成熟的小型光谱仪来起到分光的作用。

3、 迈克尔逊干涉仪型拉曼光谱仪。来自试样的拉曼散射光通过干涉仪进入探测器，获得干涉图谱，随后进行傅里叶变换得到拉曼光谱。

探测器

拉曼光谱仪一般选用CCD作为探测器，CCD探测器是一种硅基多通道阵列探测器，可以探测紫外、可见和近红外光。因为它是高感光度半导体器件，适合分析微弱的拉曼信号，再加之CCD探测器允许进行多通道操作，可以在一次采集中探测到整段光谱，所以很适合用来检测拉曼信号。

计算机处理系统

除了仪器控制与数据采集外，丰富的样品数据库与准确的分析算法是目前拉曼光谱仪配套软件关注的***。

拉曼光谱

拉曼效应起源于分子振动（和点阵振动）与转动，因此从拉曼光谱中可以得到分子振动能级(点阵振动能级)与转动能级结构的知识。用虚的上能级概念可以说明了拉曼效应：设散射物分子原来处于声子基态，振动能级如图1所示。当受到入射光照射时，激发光与此分子的作用引起的极化可以看作为虚的吸收，表述为声子跃迁到虚态（Virtual state），虚能级上的声子立即跃迁到下能级而发光，即为散射光。设仍回到初始的声子态，则有如图1所示的三种情况。因而散射光中既有与入射光频率相同的谱线，也有与入射光频率不同的谱线，前者称为瑞利线，后者称为拉曼线。在拉曼线中，又把频率小于入射光频率的谱线称为斯托克斯线，而把频率大于入射光频率的谱线称为反斯托克斯线。