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拉曼光谱仪光谱分辨率的影响因素(二)

发布时间:2020-12-24 14:07:42 浏览量:764 作者:Joe

摘要

光谱分辨率R是拉曼光谱仪性能指标之中的一项重要参数,它直接决定了拉曼光谱仪能分辨的最小波长,其定义为R=λ/∆λ,该式子中

∆λ表示光谱仪在波长为λ时能区分的最小的波长值。在拉曼光谱中,研究者所关心的信息经常会是各种外界因素改变引起的微小的特征

峰峰位移动、特征峰峰宽的微小变化等。因此,高分辨率拉曼光谱对于研究者来说常常显得尤为重要。

正文


光谱分辨率R是拉曼光谱仪性能指标之中的一项重要参数,它直接决定了拉曼光谱仪能分辨的最小波长,其定义为R=λ/∆λ,该式子中

∆λ表示光谱仪在波长为λ时能区分的最小的波长值。在拉曼光谱中,研究者所关心的信息经常会是各种外界因素改变引起的微小的特征

峰峰位移动、特征峰峰宽的微小变化等。因此,高分辨率拉曼光谱对于研究者来说常常显得尤为重要。


这里我们将对影响现代色散型拉曼光谱仪光谱分辨率的几个因素进行介绍,分别为入射狭缝宽度、光栅的焦长F等。在上篇文章中,我

们已经就光栅刻线数密度N对光谱仪分辨率的影响做了介绍。在这篇文章中,我们将对这几个因素做进一步的介绍。


一、光栅焦长F

我们在上篇文章中提到过,拉曼光谱仪的色散度D通常用来描述光谱仪分光的能力,高色散度对应着高光谱分辨率,对于k级衍射,在

使用N (gr/mm)刻线数光栅,焦长为F的情况下,光谱仪的色散度D可表示为如下关系:

 

我们可以看出,光栅的焦长同样是影响色散度的一个因素,并且,焦长F越长,色散度D越高,相应的,光谱分辨率也越高。我们可以

通过下图,形象地理解这一关系。

可以看到,焦长F越长,同一谱段所使用的像素点越多,细节也就越丰富,光谱分辨率也就越高。


二、入射狭缝

入射狭缝宽度也会影响光谱仪的光谱分辨率。狭缝越宽,光谱分辨率越低;狭缝越窄,光谱分辨率则越低。但是,需要注意的是,狭缝

的宽度不能无限度地减小,因为狭缝宽度过小,能通过狭缝的能量太低,就会导致探测器无法探测到足够的信号。并且,由于ccd

身噪声的影响,过小的狭缝还会导致得到的谱图的信噪比太差。狭缝的宽度也不能过大,原因之一是过大的狭缝会导致分辨率过低,原

因之二则是过大的狭缝可能会导致探测器饱和。下图是不同狭缝宽度下,同一位置的谱图。


 

以上,我们讨论了两种影响光谱分辨率的因素,分别是光栅刻线数N,光栅焦长F以及狭缝宽度。对于狭缝来说,狭缝宽度不可过大也

不可过小;对于光栅刻线数来说,使用刻线密度较高的光栅会有更高的光谱分辨率;对于光栅焦长来说,一个系统中,焦长是固定的,

不可替换,所以在其他二者参数一致的条件下,焦长将决定一个系统最终的色散度和光谱分辨率。那么就会产生一个问题,对于低焦长

的系统,能不能无限制地使用高刻线密度的光栅去补偿低焦长带来的劣势?我们将在后续的文章中探讨这一问题。


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