Раздел 4: Настройка спектрометра

В этом разделе будет объясняться взаимосвязь между дифракционной решеткой, диапазоном волновых чисел и спектральным разрешением и изменение рамановского спектра от ширины щели.

Настройка решетки

Концепция измерения волнового диапазона и спектрального разрешения
Как и в случае с другими методами анализа, рамановская спектроскопия также должна быть настроена в соответствии с задачей измерения. Представленные здесь настройки спектрометра являются ключевыми. В общей спектроскопии комбинационного рассеяния диапазон, в котором обнаруживается спектр, составляет от нескольких десятков до 4000 см^-1. На рисунке ниже представлен спектр комбинационного рассеяния для этанола. Как показано на рисунке, область волнового числа может быть грубо разделена на область отпечатка пальца, область молчания и область CH/OH.

В зависимости от цели анализа, конфигурация может отличаться от того, грубо ли просматривается область полного волнового числа или подробно просматривается только узкая область рамановского диапазона за одну экспозицию. Кроме того, в случае получения комбинационного изображения включается элемент пространственного разрешения. В частности, настройки спектрометра будет включать ширину щели входа в спектрометр и выбор решетки.

В начале, давайте посмотрим на особенности дифракционной решетки. Далее, в качестве примера при измерении с помощью источника света 532 нм и с использованием спектрометра с фокусным расстоянием 500 мм, мы зададим указание диапазона волнового числа измерения для каждой дифракционной решетки.

Интенсивность света	Решетка (реш/мм)	Ширина диапазона волновых чисел	Применение
Сильный сигнал	300	≒4000 cm-1	Можно увидеть грубо широкий диапазон волновых чисел.
	600	≒2500 cm-1	Стандартно от 700 см-1 до 3000 см-1 можно увидеть при центральном волновом числе 2000 см-1.
Слабый сигнал	1200	≒1000 cm-1	Несмотря на ограничение диапазона измерений, например, только область отпечатка пальца, только область CH/OH, решетка выбирается, когда вы хотите узнать подробную информацию о положении волнового числа.
	2400	≒200 cm-1 ~ 400 cm-1	Выберите, когда вы хотите измерить волновое число наиболее точно, например, измерение сдвига напряжения.

Диапазон измеряемых волновых чисел изменяется в зависимости от возбуждения длины волны лазерного излучения и дифракционной решетки. Кроме того, даже если длина волны возбуждающего лазерного излучения одинакова, диапазон волнового числа также изменяется в зависимости от устройства производителя, то есть от комбинация фокусного расстояния спектрометра и дифракционной решетки.

Соотношение между числа линий дифракционной решетки, областью волнового числа и интенсивностью

Существует разница в диапазоне волновых чисел, который может быть измерен при 1 градусе, и кажущейся интенсивности комбинационного рассеяния, который может быть измерен при 1 градусе, в зависимости от числа линий дифракционной решетки. Если число выгравированных линий мало, широкий диапазон волновых чисел может быть измерен при 1 градусе, и может быть получена сильная рамановская интенсивность, но спектральное разрешение будет низким. С другой стороны, если число выгравированных линий велико, спектральное разрешение будет высоким, но одновременно можно измерить только узкий диапазон волновых чисел и интенсивность комбинационного рассеяния будет слабой. В качестве руководства при измерении с возбуждением 532 нм, начиная с 300 реш/мм при измерении органических материалов и 600 реш/мм при измерении неорганических материалов, вы получите исчерпывающую картину спектра. На рисунке ниже показан пример измерения этанола для диапазона и интенсивности волнового числа и четыреххлористого углерода для спектрального разрешения.

Пример диапазона волновых чисел измерения. Образец: этанол, все условия измерения, кроме дифракционной решетки, одинаковы.

Пример интенсивности. Образец: этанол, все условия измерения, кроме дифракционной решетки, одинаковы.

Пример спектрального разрешения. Образец: четыреххлористый углерод, все условия измерения, кроме дифракционной решетки, одинаковы.

Настройка ширины щели

Спектральное разрешение и интенсивность комбинационного рассеяния также изменяются при изменении ширины щели спектрометра. Настройка отличается в зависимости от того, смотрите ли вы на рамановский диапазон подробно или расставляете приоритеты по интенсивности, чтобы сократить время измерения или наблюдать слабые пики. Кроме того, это будет влияет на пространственное разрешение.

Общее изменение спектра и изменение спектрального разрешения

На рисунке ниже показано изменение полной ширины на половине максимума рамановской полосы и интенсивности при изменении ширины щели. Сужение ширины щели уменьшает полную ширину на половину максимума, что приводит к высокому спектральному разрешению. С другой стороны, когда ширина щели увеличивается, спектральное разрешение ухудшается, но интенсивность комбинационного рассеяния увеличивается. Если цель анализа может быть достигнута только путем определения наличия или отсутствия пиков, в результате может быть достаточным расширение ширины щели.

Изменение пространственного разрешения
На рисунке ниже показано изменение рамановского изображения при изменении ширины щели. В примере измерения углеродных нанотрубок (УНТ) изменяется только ширина щели. Самое четкое рамановское изображение получается при ширине щели 20 микрон. При увеличении ширины щели до 50 микрон и 100 микрон рамановское изображение УНТ размыто.