spektroskopia048

96

typy laserów wymagają pompowania laserem Ar⁺ lub Kr⁺. Za pomocą laserów, stosując różne rodzaje barwników, można pokryć zakres 400 — 900 nm. Główną zaletą laserów wykorzystujących domieszkowany szafir jest stała wydajność w szerokim zakresie zmian mocy. Nie jest to możliwe w laserach barwnikowych, w których moc wyjściowa nasyca się w wyniku efektów cieplnych. Zanim światło lasera dotrze do próbki, musi zostać oczyszczone z tła emitowanego przez laser. Mono-chromatyczność wiązki padającej na próbkę ściśle warunkuje poprawność wyników eksperymentalnych. Do tego celu stosuje się filtry interferencyjne lub monochromatory pryzmatyczne. Stopień polaryzacji światła padającego jest określany za pomocą płytki półfazowej lub rombu Fresnela. Promień lasera jest ogniskowany na próbce za pomocą soczewki sferycznej lub cylindrycznej.

Światło rozproszone przez próbkę w efekcie Ramana jest zbierane przez układ soczewek i ogniskowane na szczelinie wejściowej spektrometru. Analizator polaryzacji umieszczony przed szczeliną spektrometru umożliwia wyznaczenie składowych tensora Ramana. Do rozdziału słabego światła rozproszonego nieelastycznie (efekt Ramana) od znacznie silniejszego światła rozproszonego elastycznie musi być stosowany spektrometr o dużym kontraście. Dlatego spektrometr

Rys. 54. Schemat układu do spektroskopii Ramana. FM — filtr lub monochromator, PR — obrotowy polaryzator, PA — analizator, S — próbka, PM — fotopowielacz, OMA — detektor wielokanałowy, D — laser barwnikowy

używany w spektroskopii Ramana składa się z dwóch lub trzech monochromatorów.

W układzie dwumonochromatorowym (rys. 54) do detekcji wykorzystuje się zazwyczaj fotopowielacz. Zdolność rozdzielcza pomiaru widma Ramana jest określona przez ogniskową monochromatorów, parametry siatek dyfrakcyjnych i szerokość szczelin. Na przykład, dla układu dwóch monochromatorów z ogniskowymi 80 cm i siatkami z 1800 linii/mm dla długości fali 500 nm i szerokości szczeliny 100 gm uzyskujemy zdolność rozdzielczą 1,3 cm^-1. Apertura względna wynosi ok. 1:8. Do redukcji światła rozproszonego używa się filtru przestrzennego umieszczonego między monochromatorami.

Detektor wielokanałowy składa się z ok. 1000 elementów detektorowych ustawionych w szereg na długości ok. 2,5 cm. Umożliwia on równoczesną detekcję określonego zakresu widma. Stosowanie detektora wielokanałowego, w przeciwieństwie do fotopowielacza, wymaga przeniesienia przez monochromatory odpowiednio szerokiego przedziału widma. Do tego celu poszerza się szczelinę między pierwszym a drugim monochromatorem. Może to znacznie zwiększyć udział światła rozproszonego w wiązce docierającej do detektora, dlatego wskazane jest użycie układu trójmonochromatorowego. Dwa pierwsze monochromatory usuwają z wiązki światło rozproszone elastycznie, trzeci kieruje widmo ramanowskie na detektor wielokanałowy (rys. 55). W ten sposób można uzyskać zdolność rozdzielczą od 0,65 cm^-1 do 0,2 cm^-1.

M 3

Rys. 55. Układ do spektroskopii Ramana wykorzystujący dwa monochromatory (Ml i M2) oraz filtr przestrzenny (SF) do eliminacji światła rozproszonego elastycznie i trzeci monochromator (M3) kierujący widmo na detektor wielokanałowy (OMA)