拉曼光譜由一個(gè)波長(cháng)或頻譜組成,它對應于輻照“拉曼活性”材料產(chǎn)生的非彈性(拉曼)光子信號。材料的拉曼輻照通常使用單頻激光。由拉曼相互作用產(chǎn)生的拉曼指紋譜可以通過(guò)適當的探測器散射和接收的頻率來(lái)確定。光譜通常被“數字化”,并在進(jìn)行分析時(shí)與參考樣品或參考物質(zhì)光譜進(jìn)行數字匹配。今天有了許多“商用現貨”組件,拉曼光譜和熒光光譜等弱強度效應可以用于許多分析應用。拉曼測量的實(shí)驗限制之一是光譜儀本身。特別是在拉曼光譜中,攜帶被分析物所需“信息”的光信號非常微弱,在測量時(shí)需要特別注意。
光譜學(xué)是研究相互作用強度與波的波長(cháng)、頻率或勢能的關(guān)系的許多方法中的任何一種。光譜學(xué)通常需要產(chǎn)生一個(gè)“探測信號”,該信號具有與每個(gè)波長(cháng)或頻率替補相對應的頻率成分。然而,在拉曼光譜學(xué)中,被探測的材料內部產(chǎn)生了多個(gè)頻率分量,這些頻帶就是所謂的“拉曼模”。近紅外光譜當然是在E/M光譜的近紅外區域進(jìn)行的光譜分析。與光譜的其他區域相比,近紅外有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先,近紅外區域的固態(tài)激光源表現理想,特別是通常表現出“時(shí)空”相干性,這些源可以“大量生產(chǎn)”。其次,由于近紅外表征的勢能區能量低于被研究材料的典型鍵能和電離能,近紅外不會(huì )在大多數類(lèi)型的材料中光化學(xué)地驅動(dòng)化學(xué)成鍵。此外,需要注意的是,二氧化硅光纖在近紅外光譜中具有最佳的“傳輸”,而二色濾波器、激光器和探測器在近紅外光譜區域都是現成的。最后需要了解的是,非彈性散射,即拉曼散射是一種非常弱的效應。拉曼效應的光學(xué)發(fā)射“截面”很小。然而使用光學(xué)工程方法可以有效地處理小的截面。許多光學(xué)系統會(huì )有微量的光泄漏,而且幾乎所有的系統/材料都會(huì )自動(dòng)熒光。需要有方法來(lái)處理這些影響。
拉曼效應的一個(gè)具有挑戰性的方面是光譜儀或分析工具本身的波長(cháng)/頻率分析部分。許多用于拉曼應用的光譜儀具有非常大的物理尺寸。光譜儀分析段的尺寸非常重要,整個(gè)拉曼系統理想地適合在一個(gè)小的區域內,并具有足夠的信號處理能力來(lái)分析光譜。拉曼光譜和自熒光測量是研究臨床和生化樣品的重要方法。自熒光強度和拉曼強度/效率以及由此產(chǎn)生的光譜特性可能取決于許多因素,包括材料的化學(xué)組成、材料環(huán)境,還可能取決于材料的壓力和溫度。
具有“單頻”源的近紅外光譜儀,通過(guò)光纖傳輸,由光譜儀的分析部分提供的信號攜帶“信息”。源、探測器和樣品承載著(zhù)“信息”。源(振幅、波長(cháng)和噪聲)和探測器名義上是恒定的,假設樣本攜帶隨時(shí)間變化的“信息”。源和探測器的“已知”統計變化提供了一個(gè)很好的假設。在分析近紅外(NIR)拉曼波時(shí),了解信號中的“噪聲”是如何映射到被測信號的是很重要的。光信號具有信號/噪聲的特征類(lèi)型。也許任何光譜方法更具挑戰性的方面是將感興趣的信號從源、被研究材料和探測器產(chǎn)生的噪聲中分離出來(lái)。噪聲可以從統計上看作點(diǎn)對點(diǎn)噪聲或圖像噪聲。光信號從光域到電域的轉導是有趣的。在拉曼中,移位的特征代表了用于激發(fā)的激光器的非彈性頻移。雖然在這種情況下,拉曼信號的激發(fā)在可見(jiàn)和近可見(jiàn)光譜區域,但在其他光子能量范圍內發(fā)生了頻率偏移。分光學(xué)家認為波長(cháng)的變化或能量的變化可以用頻率來(lái)描述。