傅立葉變換拉曼光譜與色散型拉曼光譜在原理上和應用上都有哪些區別?
拉曼光譜已經成為一種重要的分析和研究工具,被廣泛應用于藥品、刑偵物證、聚合物、薄膜、半導體直到富勒烯結構和碳納米材料的分析。我們常常接觸到的兩種不同的拉曼光譜儀,色散型和傅立葉變換拉曼(FT-Raman)光譜儀,在工作原理上和應用上都有哪些不同呢?
雖然它們都是測量物質的同一種物理性質,但是這兩種拉曼光譜儀的工作原理大相徑庭。
色散型拉曼光譜儀使用衍射光柵分光儀(本質上等同于棱鏡分光)把來自于樣品的散射光進行色散,然后使用諸如CCD之類的多通道探測器進行探測,最后探測到的光的強度—波長分布即為拉曼光譜。
傅立葉變換拉曼光譜儀利用邁克耳遜干涉儀利用通過不同路徑的散射光之間的光程差產生干涉花樣,即干涉譜圖,基于干涉譜圖,可以得到拉曼光譜。
另外,傅立葉拉曼側重于有機樣品分析,用的是近紅外激光器(1064nm),能量較低信號弱。而色散型拉曼可選不同波長的激光器(200~800nm),能量高,靈敏度高。
由于傅立葉拉曼使用了波長1064納米的近紅外激光器,而且采用傅立葉變換技術對信號進行收集多次累加來提高信噪比,這樣就大大減弱了熒光背景,減少了樣品的熒光干擾。而且傅立葉拉曼光譜儀的價格相對便宜。這是其優點。但是,也正由于使用了長波長的激光,其拉曼信號強度也比較弱,所以在測量水和黑色樣品時,由于其對紅外光的較強吸收,傅立葉拉曼信號更弱,效果不好。而且其光學設計也限制了能夠達到的空間分辨率,這也是多數傅立葉變換拉曼光譜儀制造商不使用傅立葉變換拉曼顯微鏡的原因。
色散型拉曼系統的優勢在于在同一臺儀器上既可以進行常規的分析,又具有進行科學研究的能力,包括: (1)可以使用多個激光波長:可以根據多種樣品的具體情況以及散射性質選擇最優化方案,從而實現增強靈敏度、控制穿透深度、抑制熒光等等。例如:
- 綠光最適宜無機物和共振拉曼(如碳納米管和其它碳材料)和表面增強拉曼測量。
-紅色或近紅外激光(780-830 nm) 最適宜抑制熒光的產生,通常不差于使用1064 nm近紅外激光的傅立葉變換拉曼。 -紅色或綠色激光適宜水溶液測量。
-紫外激光適宜于諸如蛋白質之類生物分子的共振拉曼。
(2)拉曼顯微鏡 – 真共焦拉曼顯微鏡 (傅立葉變換拉曼的光學設計不支持使用這種功能) 能夠提供大約1微米左右的空間分辨率。使用技術上成熟穩定的真共焦針孔能夠提供靈敏的樣品拉曼圖象, 從而顯示樣品的化學組成、分布、形態以及很多其他的樣品特征。