便攜式拉曼光譜儀常見(jiàn)的10個(gè)問(wèn)題及解答

當(dāng)次使用拉曼光譜或操作軟件時(shí)，用戶經(jīng)常會(huì)遇到一些所謂的共同問(wèn)題的困擾，這些“共同問(wèn)題”可以用較為簡(jiǎn)單的方法解決。下面列出一些便攜式拉曼光譜儀常見(jiàn)的問(wèn)題和解決方法。

    1、為什么儀器不工作？
　　
　　新手或有一定操作經(jīng)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)員或多或少會(huì)碰到這個(gè)“嚴(yán)重”問(wèn)題，可按順序檢查下列各項(xiàng)以保證儀器和所有附件都正確接通。

　　檢查儀器和所有附件插座都插好并接通電源；
　　保證激光器（如果附帶電源）都插好并接通，由于激光器有不同種類(lèi)，可參照每個(gè)激光器的說(shuō)明書(shū)獲取進(jìn)一步的幫助；
　　在有兩個(gè)或多個(gè)激光器的系統(tǒng)中，確保聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)置在正確的位置上，正確的激光器被接通；
　　檢查儀器的外罩處于安全的關(guān)閉狀態(tài)，聯(lián)鎖裝置正在運(yùn)轉(zhuǎn)。
　　如果以上操作都已經(jīng)檢查過(guò)，便可準(zhǔn)備進(jìn)行光譜測(cè)試了。將樣品放置在顯微鏡下，啟動(dòng)光譜操作軟件，如果仍不能得到光譜，再檢查下面各項(xiàng)：
　　保證樣品被正確地放置在顯微鏡下，測(cè)量時(shí)經(jīng)常需改變不同的測(cè)試區(qū)域以避免因樣品不純帶來(lái)一些非期望結(jié)果的可能；
　　保證激光正確輻照在樣品上，保證顯微鏡光圈的孔徑設(shè)置正確并處于正確的位置上（不同品牌的拉曼光譜儀按各自的要求處理）；
　　檢查所有軟件窗口的設(shè)置是否正確；
　　檢查成像區(qū)域設(shè)置窗口的數(shù)值并保證激光像點(diǎn)處于該區(qū)域的中心。標(biāo)準(zhǔn)成像區(qū)域應(yīng)該是激光像點(diǎn)中心垂直方向兩邊各10個(gè)像元。檢查狹縫的設(shè)置，當(dāng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)操作時(shí)，狹縫應(yīng)為50μm。
　　
　　如果CCD探測(cè)器飽和了，將得不到任何有用的信息?？刹捎媒档图ぐl(fā)光功率或提高儀器的共焦程度來(lái)避免。
　　
　　當(dāng)檢查完上述各項(xiàng)后，應(yīng)該可以得到一張樣品的拉曼譜圖。如仍然不能得到譜圖，可先嘗試測(cè)試單晶硅的拉曼譜。單晶硅是良好的拉曼散射體，可以用來(lái)幫助驗(yàn)證儀器的性能。如果用單晶硅樣品可以獲取硅的520cm-1峰，再?lài)L試測(cè)試樣品?，F(xiàn)在用戶可以得到樣品的拉曼信號(hào)，但可能噪聲較大。在這種情況下，可參照Q4的建議來(lái)提高信噪比和信背比。
　　
　　2、為什么得到的光譜中總是有隨機(jī)的、尖銳的譜線？
　　
　　這些譜線一般被認(rèn)為是宇宙射線。宇宙中的高能粒子輻照在CCD探測(cè)器上會(huì)導(dǎo)致電子的產(chǎn)生進(jìn)而被相機(jī)解釋為光的信號(hào)。宇宙射線在時(shí)間和產(chǎn)生的光譜位移上*是隨機(jī)的，它們有很大的強(qiáng)度、類(lèi)似發(fā)射譜線、半高寬較小(<1.5m-1)。為確認(rèn)宇宙射線的存在，可馬上重新掃描光譜會(huì)發(fā)現(xiàn)峰的消失。如果譜線依然存在，則很有可能是室內(nèi)光線的干擾，可參見(jiàn)Q3問(wèn)題的解答。
　　
　　宇宙射線隨著掃描曝光時(shí)間的增加出現(xiàn)的概率會(huì)增加，因此當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間掃描一個(gè)光譜時(shí)，必須避免宇宙射線在光譜中的出現(xiàn)，這可以通過(guò)軟件中宇宙射線去除能完成。這是一些軟件中包含的實(shí)驗(yàn)設(shè)置功能，當(dāng)使用時(shí)，將在同一樣品位置掃描三次（相當(dāng)于積分三次），軟件將比較這三次掃描獲得的光譜并去除沒(méi)有在所有光譜中出現(xiàn)的尖銳峰。
　　
　　3、總是在測(cè)試時(shí)得到一些位置重復(fù)的、尖銳的譜峰，為什么？
　　
　　當(dāng)重復(fù)測(cè)試一個(gè)樣品時(shí)發(fā)現(xiàn)有一些尖銳譜線在相同的位置重復(fù)出現(xiàn)時(shí)，可以排除它們是宇宙射線的可能(因宇宙射線的位置足隨機(jī)的)。這些重復(fù)的尖銳譜線通常來(lái)自日光燈的發(fā)射或CRT顯示器的磷光發(fā)射，尤其當(dāng)用長(zhǎng)工作距離的物鏡時(shí)問(wèn)題更嚴(yán)重。它們也可能來(lái)自氣體激光器發(fā)射的等離子線，需仔細(xì)鑒別。
　　
　　便攜式拉曼光譜中的熒光干擾來(lái)自于汞的發(fā)射，可以將室內(nèi)的日光燈關(guān)閉或在較暗的白熾燈下工作。儀器室內(nèi)應(yīng)盡可能暗。簡(jiǎn)單的做法是將儀器室裝飾成暗房樣式，以避免任何來(lái)自所謂白光發(fā)射的無(wú)數(shù)反常規(guī)的發(fā)射譜線。
　　
　　磷光線的干擾主要是CRT顯示器上所鍍磷光物質(zhì)引起。如發(fā)現(xiàn)此種情況，可將CRT顯示器關(guān)掉或?qū)晒馄恋牧炼日{(diào)暗。需要牢記的是：這些發(fā)射譜線的波數(shù)值永遠(yuǎn)是在同一個(gè)坐標(biāo)值上，當(dāng)轉(zhuǎn)換不同波長(zhǎng)激光激發(fā)時(shí)它們?cè)诶V上的位置是移動(dòng)和改變的。
　　
　　當(dāng)上述方法都不能解決問(wèn)題而你正在使用514nm激光進(jìn)行激發(fā)時(shí)，檢查等離子線濾光片是否已經(jīng)插上。在其它激光配置系統(tǒng)中，要么不需要檢查，要么激光器上已經(jīng)包含了濾光片。
　　
　　4、為什么測(cè)試時(shí)一些光譜給出十分強(qiáng)的背景信號(hào)，而這些信號(hào)湮蓋了拉曼信號(hào)？
　　
　　一些發(fā)熒光或磷光的樣品在測(cè)量時(shí)會(huì)給出非常高的背景光譜。令人遺憾的是這些是樣品材料的本征性質(zhì)，是激光輻照下無(wú)法避免的結(jié)果，而且通常情況下熒光比拉曼信號(hào)更強(qiáng)。盡管這樣，我們?nèi)钥刹扇∫恍┐胧p少或減輕熒光副作用。
　　
　　猝滅：一些樣品可采用測(cè)試前將激光輻照在表面一段時(shí)間對(duì)熒光進(jìn)行猝滅以減小熒光光譜的背景增強(qiáng)拉曼信號(hào)。猝滅的時(shí)間根據(jù)樣品不同可從幾分鐘到幾小時(shí)。值得注意的是：猝滅效應(yīng)是呈指數(shù)衰減的，一開(kāi)始就可觀察到。
　　
　　共焦模式：采用共焦模式測(cè)量強(qiáng)光下輻照的小體積樣品時(shí)熒光將會(huì)大大降低。該法也同樣適合有熒光襯底的樣品，例如被熒光物質(zhì)基體包裹的樣品。
　　
　　改變激發(fā)激光的波長(zhǎng)：有時(shí)改變波長(zhǎng)是可行的避免熒光干擾的方法。對(duì)用可見(jiàn)光激發(fā)的系統(tǒng)，熒光都是一件麻煩事情，將激發(fā)波長(zhǎng)移至紫外或近紅外區(qū)域很可能解決或減少此類(lèi)問(wèn)題。
　　
　　如果拉曼實(shí)驗(yàn)室里有太多的室內(nèi)光源比如熒光、白熾燈或日光燈等，這會(huì)在測(cè)試光譜上出現(xiàn)不必要的背景信號(hào)。因此在測(cè)試的時(shí)候應(yīng)將室內(nèi)光關(guān)閉或降到小或用遮光罩將樣品臺(tái)罩住以避免外界的雜散光進(jìn)入光譜儀。
　　
　　5、為什么待測(cè)樣品的信號(hào)很弱？信噪比很差？
　　
　　當(dāng)進(jìn)行樣品測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)拉曼光譜信號(hào)很弱，首先要檢查樣品是否正確放置在顯微鏡下并且處于聚焦?fàn)顟B(tài)。你也可以將測(cè)試區(qū)域移到樣品的另一個(gè)部位。同時(shí)檢查儀器是否處于常規(guī)狀態(tài)而不是處在共焦?fàn)顟B(tài)。如果激光功率小于100％，應(yīng)嘗試提高功率增強(qiáng)信號(hào)。如果光譜噪聲很大，可采用增加掃描積分時(shí)間或積分次數(shù)來(lái)提高信噪比。
　　
　　增加掃描積分時(shí)間可以讓CCD獲取更多的拉曼信號(hào)，增強(qiáng)整個(gè)無(wú)關(guān)噪聲的特征。該法適宜于當(dāng)背景和拉曼信號(hào)都低的情景。當(dāng)兩者都不強(qiáng)時(shí)，增加積分時(shí)間只會(huì)增加CCD探測(cè)器飽和的機(jī)會(huì)。
　　
　　對(duì)幾個(gè)特定的掃描光譜進(jìn)行數(shù)據(jù)疊加可以增強(qiáng)隨機(jī)背景噪聲下的拉曼信號(hào)，增加信噪比。
　　
　　適當(dāng)選擇掃描積分時(shí)間和積分次數(shù)可獲得大可能的曝光度增加信噪比。不過(guò)要注意一點(diǎn)：信噪比跟積分次數(shù)的平方根成正比，疊加四次可獲得二倍信噪比的提高。
　　
　　另一個(gè)與信噪比密切相關(guān)的參數(shù)是信背比。如果背景部分很高，將會(huì)湮蓋拉曼信號(hào)只給出系統(tǒng)噪聲。
　　
　　6、怎樣避免被測(cè)試的樣品被激光燒毀？
　　
　　當(dāng)進(jìn)行樣品測(cè)試時(shí)，激光照射在樣品表面的能量是非常大的，尤其在采用NIR或UV激光激發(fā)時(shí)。尤其是一些樣品在光照下對(duì)熱或光是十分敏感的，這會(huì)導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)包含樣品燒毀后的特征，而不是樣品本征的信號(hào)(例如，非晶碳膜在1500cm-1波數(shù)附近的本征峰在強(qiáng)光激發(fā)時(shí)會(huì)顯示出石墨化的碳峰)。通常遇到這樣的問(wèn)題時(shí)，可在樣品測(cè)試前后通過(guò)顯微鏡白光像觀察樣品表面是否發(fā)生明顯變化，因此需選擇正確的激光功率來(lái)進(jìn)行測(cè)試。
　　
　　為避免樣品表面燒毀，在開(kāi)始測(cè)試時(shí)應(yīng)選用較低的激發(fā)功率，尤其用NIR或UV激光激發(fā)時(shí)。在保證樣品不被燒毀的前提下可提高激發(fā)功率以得到強(qiáng)的信號(hào)。當(dāng)激光功率衰減到1％仍無(wú)法避免樣品燒毀時(shí)，可考慮轉(zhuǎn)換低倍物鏡以降低照射在樣品表面的功率密度。另外還可采用欠焦照射模式或線聚焦照射模式。如果問(wèn)題是由于高功率二極管激光器引起的，可考慮轉(zhuǎn)換成低功率可見(jiàn)激發(fā)系統(tǒng)。
　　
　　7、當(dāng)測(cè)試的樣品是液態(tài)、粉末或體積非常大時(shí)怎么辦？
　　
　　液體樣品可采用毛細(xì)管或液體池或直接將液體滴在載玻片上進(jìn)行測(cè)試，粉末樣品可取少許放置在載玻片上進(jìn)行測(cè)試，固體大樣品可由儀器公司提供的大樣品臺(tái)進(jìn)行測(cè)試。
　　
　　8、當(dāng)樣品需要在不同高壓下測(cè)試怎么辦？
　　
　　可向儀器公司購(gòu)置或在國(guó)內(nèi)相關(guān)單位訂制一套拉曼高壓樣品測(cè)試池對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試。
　　
　　9、如果想進(jìn)行偏振拉曼測(cè)量該怎么辦？
　　
　　應(yīng)配置一套偏振片和半波片進(jìn)行測(cè)試，偏振拉曼可幫助測(cè)試者對(duì)分子振動(dòng)的對(duì)稱(chēng)性進(jìn)行檢測(cè)。
　　
　　10、為什么將測(cè)試樣品放置不同取向時(shí)得到的拉曼譜圖不相同？
　　
　　這是因?yàn)槿肷浼す庹丈湓跇悠繁砻娌煌嫒∠蛏弦鸬?。采用四分之一波片?duì)激光進(jìn)行擾偏可幫助去除方向效應(yīng)。一般可向儀器公司或其它提供光學(xué)元件的公司購(gòu)買(mǎi)四分之一波片。