便攜式拉曼光譜儀常見的10個問題及解答

當次使用拉曼光譜或操作軟件時，用戶經常會遇到一些所謂的共同問題的困擾，這些“共同問題”可以用較為簡單的方法解決。下面列出一些便攜式拉曼光譜儀常見的問題和解決方法。

    1、為什么儀器不工作？
　　
　　新手或有一定操作經驗的實驗員或多或少會碰到這個“嚴重”問題，可按順序檢查下列各項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，可參照每個激光器的說明書獲取進一步的幫助；
　　在有兩個或多個激光器的系統中，確保聯鎖系統設置在正確的位置上，正確的激光器被接通；
　　檢查儀器的外罩處于安全的關閉狀態，聯鎖裝置正在運轉。
　　如果以上操作都已經檢查過，便可準備進行光譜測試了。將樣品放置在顯微鏡下，啟動光譜操作軟件，如果仍不能得到光譜，再檢查下面各項：
　　保證樣品被正確地放置在顯微鏡下，測量時經常需改變不同的測試區域以避免因樣品不純帶來一些非期望結果的可能；
　　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置是否正確；
　　檢查成像區域設置窗口的數值并保證激光像點處于該區域的中心。標準成像區域應該是激光像點中心垂直方向兩邊各10個像元。檢查狹縫的設置，當進行標準操作時，狹縫應為50μm。
　　
　　如果CCD探測器飽和了，將得不到任何有用的信息。可采用降低激發光功率或提高儀器的共焦程度來避免。
　　
　　當檢查完上述各項后，應該可以得到一張樣品的拉曼譜圖。如仍然不能得到譜圖，可先嘗試測試單晶硅的拉曼譜。單晶硅是良好的拉曼散射體，可以用來幫助驗證儀器的性能。如果用單晶硅樣品可以獲取硅的520cm-1峰，再嘗試測試樣品。現在用戶可以得到樣品的拉曼信號，但可能噪聲較大。在這種情況下，可參照Q4的建議來提高信噪比和信背比。
　　
　　2、為什么得到的光譜中總是有隨機的、尖銳的譜線？
　　
　　這些譜線一般被認為是宇宙射線。宇宙中的高能粒子輻照在CCD探測器上會導致電子的產生進而被相機解釋為光的信號。宇宙射線在時間和產生的光譜位移上*是隨機的，它們有很大的強度、類似發射譜線、半高寬較小(<1.5m-1)。為確認宇宙射線的存在，可馬上重新掃描光譜會發現峰的消失。如果譜線依然存在，則很有可能是室內光線的干擾，可參見Q3問題的解答。
　　
　　宇宙射線隨著掃描曝光時間的增加出現的概率會增加，因此當長時間掃描一個光譜時，必須避免宇宙射線在光譜中的出現，這可以通過軟件中宇宙射線去除能完成。這是一些軟件中包含的實驗設置功能，當使用時，將在同一樣品位置掃描三次（相當于積分三次），軟件將比較這三次掃描獲得的光譜并去除沒有在所有光譜中出現的尖銳峰。
　　
　　3、總是在測試時得到一些位置重復的、尖銳的譜峰，為什么？
　　
　　當重復測試一個樣品時發現有一些尖銳譜線在相同的位置重復出現時，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的)。這些重復的尖銳譜線通常來自日光燈的發射或CRT顯示器的磷光發射，尤其當用長工作距離的物鏡時問題更嚴重。它們也可能來自氣體激光器發射的等離子線，需仔細鑒別。
　　
　　便攜式拉曼光譜中的熒光干擾來自于汞的發射，可以將室內的日光燈關閉或在較暗的白熾燈下工作。儀器室內應盡可能暗。簡單的做法是將儀器室裝飾成暗房樣式，以避免任何來自所謂白光發射的無數反常規的發射譜線。
　　
　　磷光線的干擾主要是CRT顯示器上所鍍磷光物質引起。如發現此種情況，可將CRT顯示器關掉或將熒光屏的亮度調暗。需要牢記的是：這些發射譜線的波數值永遠是在同一個坐標值上，當轉換不同波長激光激發時它們在拉曼譜上的位置是移動和改變的。
　　
　　當上述方法都不能解決問題而你正在使用514nm激光進行激發時，檢查等離子線濾光片是否已經插上。在其它激光配置系統中，要么不需要檢查，要么激光器上已經包含了濾光片。
　　
　　4、為什么測試時一些光譜給出十分強的背景信號，而這些信號湮蓋了拉曼信號？
　　
　　一些發熒光或磷光的樣品在測量時會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，是激光輻照下無法避免的結果，而且通常情況下熒光比拉曼信號更強。盡管這樣，我們仍可采取一些措施減少或減輕熒光副作用。
　　
　　猝滅：一些樣品可采用測試前將激光輻照在表面一段時間對熒光進行猝滅以減小熒光光譜的背景增強拉曼信號。猝滅的時間根據樣品不同可從幾分鐘到幾小時。值得注意的是：猝滅效應是呈指數衰減的，一開始就可觀察到。
　　
　　共焦模式：采用共焦模式測量強光下輻照的小體積樣品時熒光將會大大降低。該法也同樣適合有熒光襯底的樣品，例如被熒光物質基體包裹的樣品。
　　
　　改變激發激光的波長：有時改變波長是可行的避免熒光干擾的方法。對用可見光激發的系統，熒光都是一件麻煩事情，將激發波長移至紫外或近紅外區域很可能解決或減少此類問題。
　　
　　如果拉曼實驗室里有太多的室內光源比如熒光、白熾燈或日光燈等，這會在測試光譜上出現不必要的背景信號。因此在測試的時候應將室內光關閉或降到小或用遮光罩將樣品臺罩住以避免外界的雜散光進入光譜儀。
　　
　　5、為什么待測樣品的信號很弱？信噪比很差？
　　
　　當進行樣品測試時發現拉曼光譜信號很弱，首先要檢查樣品是否正確放置在顯微鏡下并且處于聚焦狀態。你也可以將測試區域移到樣品的另一個部位。同時檢查儀器是否處于常規狀態而不是處在共焦狀態。如果激光功率小于100％，應嘗試提高功率增強信號。如果光譜噪聲很大，可采用增加掃描積分時間或積分次數來提高信噪比。
　　
　　增加掃描積分時間可以讓CCD獲取更多的拉曼信號，增強整個無關噪聲的特征。該法適宜于當背景和拉曼信號都低的情景。當兩者都不強時，增加積分時間只會增加CCD探測器飽和的機會。
　　
　　對幾個特定的掃描光譜進行數據疊加可以增強隨機背景噪聲下的拉曼信號，增加信噪比。
　　
　　適當選擇掃描積分時間和積分次數可獲得大可能的曝光度增加信噪比。不過要注意一點：信噪比跟積分次數的平方根成正比，疊加四次可獲得二倍信噪比的提高。
　　
　　另一個與信噪比密切相關的參數是信背比。如果背景部分很高，將會湮蓋拉曼信號只給出系統噪聲。
　　
　　6、怎樣避免被測試的樣品被激光燒毀？
　　
　　當進行樣品測試時，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激光激發時。尤其是一些樣品在光照下對熱或光是十分敏感的，這會導致測量信號包含樣品燒毀后的特征，而不是樣品本征的信號(例如，非晶碳膜在1500cm-1波數附近的本征峰在強光激發時會顯示出石墨化的碳峰)。通常遇到這樣的問題時，可在樣品測試前后通過顯微鏡白光像觀察樣品表面是否發生明顯變化，因此需選擇正確的激光功率來進行測試。
　　
　　為避免樣品表面燒毀，在開始測試時應選用較低的激發功率，尤其用NIR或UV激光激發時。在保證樣品不被燒毀的前提下可提高激發功率以得到強的信號。當激光功率衰減到1％仍無法避免樣品燒毀時，可考慮轉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。如果問題是由于高功率二極管激光器引起的，可考慮轉換成低功率可見激發系統。
　　
　　7、當測試的樣品是液態、粉末或體積非常大時怎么辦？
　　
　　液體樣品可采用毛細管或液體池或直接將液體滴在載玻片上進行測試，粉末樣品可取少許放置在載玻片上進行測試，固體大樣品可由儀器公司提供的大樣品臺進行測試。
　　
　　8、當樣品需要在不同高壓下測試怎么辦？
　　
　　可向儀器公司購置或在國內相關單位訂制一套拉曼高壓樣品測試池對樣品進行測試。
　　
　　9、如果想進行偏振拉曼測量該怎么辦？
　　
　　應配置一套偏振片和半波片進行測試，偏振拉曼可幫助測試者對分子振動的對稱性進行檢測。
　　
　　10、為什么將測試樣品放置不同取向時得到的拉曼譜圖不相同？
　　
　　這是因為入射激光照射在樣品表面不同晶面取向上引起的。采用四分之一波片對激光進行擾偏可幫助去除方向效應。一般可向儀器公司或其它提供光學元件的公司購買四分之一波片。