Спектрометр комбинационного рассеяния.

Прибор для проведения анализов по спектрам комбинационного рассеяния включает в себя источник возбуждающего света высокой интенсивности, камеру образца с держателем, монохроматор для спектрального разложения рассеянного света и детектор (рис. 3). Для возбуждения требуется монохроматический свет с длиной волны, достаточно далеко отстоящей от участка спектра поглощения исследуемой пробы. Ранее в качестве источника излучения использовались ртутные лампы, из спектра которых выделялась обычно линия, имеющая длину волны 435,8 нм.

Сегодня в качестве источника возбуждающего света используются в большинстве случаев длинноволновые лазеры. Лазер на иттрий-алюминиевом гранате, легированном неодимом, излучает в ближней ИК-области при длине волны 1064 нм, что исключает проблему, связанную с флуоресценцией исследуемого образца. При этом высокую входную энергию лазера нередко понижают посредством нейтрального фильтра – во избежание нагревания или термического разложения проб. Высокая направленность лазерного луча позволяет проводить измерения на поглощающих твёрдых, жидких или газообразных пробах совсем малого объёма.

Для регистрации излучения, в том числе и слабого комбинационного рассеяния, детектор должен обладать высокой чувствительностью и одновременно низким фоном. С этой задачей отлично справляется фотоумножитель, подлежащий охлаждению в целях снижения шумов темнового тока. При необходимости ускоренной регистрации комбинационных спектров для задач детектирования находят применение также диодные матрицы и приборы с зарядовой связью (ПЗС). Как при спектроскопии в ближней ИК-области, здесь тоже необходимо учитывать ограниченный диапазон длин волн диодов. Поскольку для записи полного спектра комбинационного рассеяния требуется сдвиг порядка 4000 см^–1 от источника возбуждающего света, то при использовании лазера на иттрий-алюминиевом гранате, легированном неодимом, кремниевые диоды заменяются диодами на основе индия/галлия/арсенидов. При этом может измеряться комбинационный сдвиг до 3035 см^–1 (рис. 4). Другая возможность расширения диапазона измерения состоит в применении лазера с меньшей длиной волны.

Комбинационное рассеяние наблюдается обычно под углом 90°. Оно собирается над большим телесным углом в линзе или эллипсоидном зеркале с позолоченным покрытием. Рассеянный свет направляется через систему фильтров, чтобы исключить сильную линию Рэлея, интенсивность которой превышает интенсивность комбинационного рассеяния в 10⁴ раз и более. Чтобы можно было регистрировать как стоксовы, так и антистоксовы линии, расположенные непосредственно рядом с рэлеевской линией (± 100 см^–1), к используемой системе фильтров предъявляются повышенные требования. С одной стороны, такие фильтры обязаны обеспечивать очень узкополосное выделение рэлеевской линии; с другой стороны, они должны быть максимально прозрачны в остальном диапазоне длин волн.