文献ClubMinerals矿物拉曼

第一作者：AlinaZettner

通讯作者：ArdianB.Gojani

通讯单位：BAMFederalInstituteofMaterialsResearchandTesting,Richard-Willst?ter-Strasse11,Berlin,Germany

SHS是一种基于干涉测量的光谱仪，是对迈克尔逊干涉仪的改进，其中反射镜（扫描和固定）由固定衍射光栅代替。SHS的主要吸引力在于其同时具有高分辨率、宽光谱范围和仪器的高通量。后者是所有干涉仪的一个特点，但SHS不像迈克尔逊干涉仪那样需要扫描，也不像FTIR仪器那样局限于红外区域。另一方面，SHS在数据收集和处理方面是一种要求很高的仪器，因为它的测量结果是干涉图，必须将干涉图转换为具有强度和波长的常规光谱。

由于便携式拉曼设备能够提供样品无机和有机成分的信息，因此在宝石学、地质现场研究、钻芯测井和油气勘探方面具有巨大的应用潜力。由于空间外差拉曼光谱仪体积小、稳定性好，因此很适合此类应用。事实上，相关样品的空间异质性和复杂成分要求很高，有机样品成分或发光矿物的荧光发射通常是拉曼光谱中的典型干扰，这些问题阻碍了一些应用。

本文介绍了SHS的理论基础及其在大理岩、铜矿石和镍矿石中方解石、石英和镁橄榄石拉曼光谱测量中的应用。样品测量是使用宽带（–nm）和分辨能力R≈的SHS仪器。

1.空间外差光谱仪原理

SHS的基本工作原理如图1所示。入射平面波被分束器BS分离，一束反射，一束透射，并照亮衍射光栅G1和G2。起初，光栅垂直于光轴放置，光栅凹槽平行于Y轴，然后其中一个光栅在XZ平面内稍微倾斜，使光栅平面和Y轴之间形成一个角度η。入射平面波是波长λ或波数σ的特征量，而波长和波数是相关的，即σ=1/λ。根据衍射光栅方程，不同的复色波前将以β(σ)角衍射，，其中，m是衍射阶数，d是光栅槽间距，θ是光栅法线和光轴之间的角度。

对于特定的设置，m和d是常数，并且在实际搭建中的分束器产生的两个波在各个方面都相等，除了传播方向。光栅旋转角度θ，使散射光到达探测器。然后，探测器记录两个平面波在不同方向传播的干涉图。ZPD是零光程差差线，这条线与光栅上的凹槽平行。

图1空间外差光谱（SHS）基本原理

2.设计SHR光谱仪

半导体激光器发出的激光通过二向色镜被引导至10X显微镜物镜，该物镜将其聚焦到样品表面，测量激光功率为60mW。散射光（拉曼散射、瑞利散射、荧光）被10X显微物镜以0.25NA数值孔径收集。光束通过二向色镜，45°放置的反射镜将光束反射，并通过nm长通滤光片，将其定向到SHS的入口，SHS光谱仪如图2所示。

SHRS的性能比台式光谱仪差，但比色散光谱仪好。然而，仅记录了少量谱带的事实表明，SHR需要进一步调整，以达到具有小拉曼位移的光谱范围，以便应用于未知或多相矿物样品的明确识别。在分辨率方面，SHRS和台式光谱仪的性能相似，优于色散光谱仪。

图2空间外差拉曼光谱的实验装置和仪器

本文介绍了SHS的理论基础及其在大理岩、铜矿石和镍矿石中方解石、石英和镁橄榄石拉曼光谱测量中的应用。样品测量是使用宽带（–nm）和分辨能力R≈的仪器。使用SHS获得的光谱与台式和模块式色散光谱仪获得的光谱进行了比较。研究发现，SHRS在分辨率方面的性能与台式光谱仪相当，优于模块色散光谱仪，而SHRS的灵敏度比台式光谱仪差，但优于模块色散光谱仪。考虑到SHS组件很小，可以封装到手持设备中，因此有兴趣开发一种基于SHS的移动拉曼光谱仪。本文评估了这种应用的可能性。