Trong sơ đồ trên một máy đơn sắc đôi đƣợc kết hợp với một quang phổ kế. Sơ đồ này dùng để thu nhận các tín hiệu Raman một lúc nhiều kênh. Gần đây các hệ thống Raman chất lƣợng cao đƣợc thiết kế bằng cách kết hợp máy quang phổ đơn tầng, detector CCD (Charge – Coupled divive) và một vài loại bộ lọc có khả năng bức xạ Rayleigh với hiệu quả cao
Giá trị F (khả năng hội tụ ánh sáng) của quang phổ kế Raman đƣợc tính bằng công thức . Trong trƣờng hợp này tiêu cự của gƣơng chuẩn trực và thƣờng đƣợc tính nhƣ sau:
(21)
trong đó là cạnh của cách tử hình vuông. Để cho nhỏ thì phải nhỏ và phải lớn. Tuy nhiên độ phân giải phải đƣợc duy trì tốt cho nên phải lớn và điều này đòi hỏi cách tử phải lớn và đắt tiền. Vì các lý do trên nên hầu hết các quang phổ Raman
thƣờng có giá trị F khoảng từ 5 đến 10. Ví dụ một máy đơn sắc đôi hiệu Spex (mode 1403/4) có với và cách tử có kích thƣớc .
1.4.3.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến độ phân giải của quang phổ kế a. Năng suất phân giải của cách tử
Cách tử xác định độ phân giải của quang phổ kế. Cách tử có số khe càng nhiều trên 1mm thì độ tán sắc càng lớn và do đó, độ phân giải càng cao. Năng suất phân giải đƣợc tính theo công thức:
(22)
hay
(23)
trong đó: k là hằng số cách tử (số vạch trên một đơn vị chiều dài hay số vạch trên 1mm), m là số bậc của cách tử, bậc phổ càng cao thì độ phân giải càng cao, là chiều dài của cách tử.
Do các phổ có bậc càng cao thì cƣờng độ càng nhỏ nên thông thƣờng ngƣời ta dùng phổ bậc 1 hoặc bậc 2. Để độ phân giải cao thì phải sử dụng cách tử có chiều dài lớn và hằng số (Tức là tăng số vạch trên 1mm). Sự mất tín hiệu do tăng độ phân giải có thể bù đắp bằng cách tăng độ rộng của khe. Ví dụ sử dụng cách tử với , máy đơn sắc đôi Spex-mode 1403 có thể bao vùng phổ từ đến . Tuy nhiên nếu dùng cách tử có mật độ khe cao hơn ( và ) thì khoảng phổ này bị giảm đi
b. Ảnh hưởng của độ rộng khe hẹp và tốc độ của cách tử
Độ rộng khe hẹp và tốc độ của cách tử trong máy đơn sắc (khoảng cách giữa các điểm lấy dữ liệu) là rất quang trọng để thu đƣợc phổ có độ phân giải cao.
Sự ảnh hƣởng của sự thay đổi độ rộng khe (Slit Width SW) đƣợc minh họa nhƣ Hình 1.20 A. Ở đó dải phổ đƣợc quét ở các dải qua (bandpass BP) 1,2,3 và 4cm-1. Do cƣờng độ tín hiệu tỉ lệ thuận với ( là công suất laser và SW là độ rộng khe hẹp). Nên khi tăng độ rộng khe SW thì cƣờng độ tín hiệu tăng, vì vậy cƣờng độ tín hiệu sẽ đƣợc điều chỉnh cho thích hợp bằng cách hạ từ từ công suất laser .
Sự ảnh hƣởng của tốc độ cách tử đƣợc minh họa trong Hình 1.20 B. Tốc độ quá nhanh sẽ làm biến đổi dạng phổ. Một cách đơn giản để kiểm chứng điều này là ghi phổ ở tốc độ quét thấp với những khoảng cách lấy phổ nhỏ và xem xét sự thay đổi của hình dạng các dải phổ.
Ngoài ra khe hở của các bánh răng của bộ phận ghi bƣớc sóng cũng là một vấn đề khó khăn khi ghi phổ. Vấn đề cuối cùng là nên giữ nhiệt độ máy đơn sắc không đổi khi ghi phổ. Vị trí dải phổ có thể thay đổi theo nhiệt độ đến
Hình 1.20: Phổ Raman của CCl4 (bƣớc sóng kích thích 488nm) ở các điều kiện khác nhau
Chú thích hình 1.21. Bằng máy đơn sắc đôi Spex 1403 với cách tử và nhân quang Hamamatsu R928. (A) Ảnh hƣởng của Bandpass (với khoảng cách giữa các điểm lấy dữ liệu ). (B) Ảnh hƣởng của khoảng cách giữa các điểm lấy dữ liệu (với BP là )
1.4.4. Hệ thu
Hệ thu bao gồm: detector, máy khuếch đại và thiết bị hiển thị tín hiệu. Tín hiệu Raman vốn đã yếu nên vấn đề phát hiện và khuếch đại là rất quan trọng. Hầu hết công việc ban đầu đƣợc thực hiện với việc phát hiện hình ảnh sử dụng thời gian phơi sáng dài. Hơn nữa, thời gian cần thiết để phát triển hình ảnh và kiểm tra chúng bằng microphot-ometer đã làm cho phƣơng pháp quang phổ Raman ít phù hợp so với các kỹ
laser mạnh và các kỹ thuật phát hiện nhạy cảm. trong quá trình phát triển của công nghệ Raman, đã có một số loại detector đƣợc đƣa vào sử dụng nhƣ đếm Photon, photodiode array, detector CCD,…Nhƣng detector CCD đƣợc sử dụng rộng rãi nhất trong các thiết bị phổ Raman.
1.4.4.1 Đếm Photon
Đối với máy quang phổ đƣợc trang bị bộ tách sóng đơn sắc và bộ tách sóng đơn, sự tán xạ ánh sáng Raman trong tiêu diện và đi ra qua các khe đơn sắc đƣợc thu lại và hội tụ vào một ống hạt nhân (PM), ống này biến đổi các photon thành một mạch điện. Ống PM bao gồm một Cathode quang điện phát ra các electron khi các photon đập vào nó; một loạt các dynode, mỗi dynode phát ra một số electron thứ cấp khi bị một electron đập vào; và một cực dƣơng thu các điện tử này nhƣ một tín hiệu đầu ra. Một sơ đồ của một ống PM đƣợc hiển thị trong Hình 1.21