拉曼光谱仪工作原理、结构组成及典型应用
拉曼光谱技术作为一种革新技术才刚刚被人们所关注，但他的前景是广阔的，并已在诸多领域被广泛使用。昌晖仪表在本文科普拉曼光谱仪工作原理、结构组成及典型应用。
术语及定义
◆拉曼散射：当一束单色光通过透明介质时，出现的与入射光频率不同的散射光称为拉曼(raman)散射光。拉曼散射是由入射光子与试样分子发生非弹性碰撞而产生的。
◆拉曼位移：入射光频率与拉曼散射光频率之差，称为“拉曼位移”。对于同一种物质，随着入射光频率的改变，拉曼散射光的频率也随之改变，但拉曼位移保持不变。
◆拉曼光谱：对拉曼散射光进行分光后得到的光谱被称为拉曼光谱，它直接反映了物质分子振动的特异性信息。对二甲苯的拉曼光谱如图所示，它反映了该分子各种振动信息。基于这种分子指纹信息，拉曼光谱已成为分子结构测定的常用手段之一。
对二甲苯的拉曼光谱
◆拉曼特征峰：对于某一混合体系中的某一种物质分子，混合物光谱中只属于该分子的光谱峰被称为“拉曼特征峰”。假设某一混合体系由eb(乙苯)、px、mx(间二甲苯)、ox(邻二甲苯)、pdeb(对二乙基苯)组成，这些纯物质的局部拉曼光谱如图所示，可见px在该谱段400~900cm-1有4个拉曼峰，但只有2个特征峰，分别位于462cm-1、 831cm-1。
c8芳烃与pdeb纯组分的拉曼光谱
◆拉曼定量分析模型 ：对于某一混合物中的某一种物质，当入射光强等实验条件一定时，该物质拉曼特征峰的高度与其浓度直接相关。由已知样本建立的待检测组分浓度与其拉曼特征峰之间的函数关系，称为拉曼定量分析模型。对于上述混合体系，px浓度不同的96个混合样品的拉曼光谱如图所示。可见 ，位于831cm-1的px特征峰高度已直接反映了混合样品中的px浓度。
拉曼光谱仪工作原理
基于拉曼光谱仪工作原理如图所示。激光器所发出的单色激发光经专用光纤与拉曼探头照射采样管内的待测样本，激发的拉曼散射光经光纤探头收集，由专用光纤传输到光纤光谱仪进行分光与模数转换，最后由计算机对拉曼光谱进行预处理、分析模型计算， 以获得待测样本相应的组成含量与其他品质指标。
拉曼光谱仪结构组成
整套拉曼光谱在线分析仪如图所示，分为现场采样装置和分析仪主机两部分，中间利用光纤进行激光与拉曼信号的远距离传送。现场采样柜为本安结构，无须供电，直接放置在工艺管线旁。分析仪主机包括激光器、光谱仪、光路变换矩阵以及一套嵌入式计算机系统，主要完成光谱采样的自动控制、光谱数据的获取与处理、分析模型计算及数据通信传输等功能。分析结果的输出除标准的modbus数字通信外，还包括4-20ma电流输出(可选)。
对于拉曼光谱在线分析仪，由激光器、光谱仪、拉曼探头、连接光纤等光学部件以及嵌入式pc组成的检测系统，类似于自动化仪表中的“一次仪表”，其性能直接决定了整个分析仪的重复性、响应速度等指标；而基于拉曼光谱的分析软件与分析模型，类似于自动化仪表中的“ ”，一 定程度上决定了仪表的分析精度等指标。
拉曼光谱仪在石油化工领域典型的应用
①吸附分离塔、精馏塔等分离设备中液相混合物的组成与含量检测。
②反应过程监控，包括各类连续或间歇 的液相反应过程，该系统可直接快速测量化学反应期间反应物、中间体、副产物和产物的含量，因而能实时判断反应完成程度、转化率和反应终点。
③石脑油、汽油、芳烃、烯烃等相关生产装置与汽柴油调和装置，可用于检测产品的烯烃/芳烃含量、汽油辛烷值等指标。
④石油化工领域，特别是煤化工(合成氨，煤制甲醇，煤制 sng，煤制bdo，乙二醇等)的过程气体的全组分快速测量。
⑤钢铁行业焚烧炉，锻造炉等装置上的气体组分分析。
⑥天然气的全组分分析。
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◆拉曼位移：入射光频率与拉曼散射光频率之差，称为“拉曼位移”。对于同一种物质，随着入射光频率的改变，拉曼散射光的频率也随之改变，但拉曼位移保持不变。
◆拉曼光谱：对拉曼散射光进行分光后得到的光谱被称为拉曼光谱，它直接反映了物质分子振动的特异性信息。对二甲苯的拉曼光谱如图所示，它反映了该分子各种振动信息。基于这种分子指纹信息，拉曼光谱已成为分子结构测定的常用手段之一。
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◆拉曼特征峰：对于某一混合体系中的某一种物质分子，混合物光谱中只属于该分子的光谱峰被称为“拉曼特征峰”。假设某一混合体系由eb(乙苯)、px、mx(间二甲苯)、ox(邻二甲苯)、pdeb(对二乙基苯)组成，这些纯物质的局部拉曼光谱如图所示，可见px在该谱段400~900cm-1有4个拉曼峰，但只有2个特征峰，分别位于462cm-1、 831cm-1。
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基于拉曼光谱仪工作原理如图所示。激光器所发出的单色激发光经专用光纤与拉曼探头照射采样管内的待测样本，激发的拉曼散射光经光纤探头收集，由专用光纤传输到光纤光谱仪进行分光与模数转换，最后由计算机对拉曼光谱进行预处理、分析模型计算， 以获得待测样本相应的组成含量与其他品质指标。
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整套拉曼光谱在线分析仪如图所示，分为现场采样装置和分析仪主机两部分，中间利用光纤进行激光与拉曼信号的远距离传送。现场采样柜为本安结构，无须供电，直接放置在工艺管线旁。分析仪主机包括激光器、光谱仪、光路变换矩阵以及一套嵌入式计算机系统，主要完成光谱采样的自动控制、光谱数据的获取与处理、分析模型计算及数据通信传输等功能。分析结果的输出除标准的modbus数字通信外，还包括4-20ma电流输出(可选)。
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④石油化工领域，特别是煤化工(合成氨，煤制甲醇，煤制 sng，煤制bdo，乙二醇等)的过程气体的全组分快速测量。
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