CN113218933A - 一种光催化原位拉曼光谱测量系统 - Google Patents

一种光催化原位拉曼光谱测量系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种背散射式光催化原位拉曼光谱测量系统和一种透射式或侧向式光催化原位拉曼光谱测量系统，包括拉曼激光器、窄带滤光片、带阻滤光片、分光镜、物镜、光催化光源、光催化反应器、聚焦透镜和光谱仪。分光镜设置在拉曼激发光的透射光路上，用于将拉曼激发光和光催化光束进行和束并沿所述物镜的光轴导入至物镜，物镜将拉曼激发光和光催化光束聚焦于样品上；背散射拉曼信号光由物镜收集、经分光镜和带阻滤光片透射，经聚焦透镜会聚于光谱仪入光口；透射或侧向散射的拉曼信号由第一聚焦透镜收集，经带阻滤光片由第二聚焦透镜会聚于光谱仪入光口。本发明确保了拉曼激发光和光催化光束的耦合，适用于多种光催化反应体系的原位拉曼测量。

Description

一种光催化原位拉曼光谱测量系统
技术领域
本发明涉及原位拉曼光谱测量技术领域，具体涉及一种光催化原位拉曼光谱测量系统。
背景技术
利用廉价、清洁、可持续利用的太阳能驱动光催化反应，包括太阳能光解水制氢、光催化还原二氧化碳、光催化降解污染物和光催化合成等等，在能源和环境领域都具有重要的应用价值，因而成为了近年来的研究热点。光催化体系的效率受催化剂性质、光源、反应器条件等要素的影响，因而对光催化反应机理进行研究是厘清反应过程和优化催化体系的必由之路。
拉曼光谱不仅能够识别物质的化学结构和晶型，分析反应过程中反应物的结构改变、中间产物与产物的生成和演化，还可解析样品表面的载流子迁移和热声子作用。因此，对光催化体系进行原位拉曼测量不仅可以实时监测催化过程，还能够揭示反应途径和关键控速步骤和调控因素，对催化体系的改进提供理性指导。
太阳光辐射涵盖了紫外、可见和近红外区域，光催化常用的氙灯等光源也包含了紫外和可见光照，而目前用于光催化的原位拉曼光谱设计往往只能单波长激发，无法适用于宽波段的光催化体系。光催化反应可在液相、气固、液固或气-液-固三相等多种状态下进行且涉及宽压力范围，研究重点可为样品表界面或样品体相，现有的拉曼原位检测设计无法满足对各类光催化反应体系的适用性。因而，为了更好地贴合光催化实验条件，提高原位拉曼光谱检测的准确性，亟需一套适用于原位拉曼技术表征的光催化反应，以保障对光催化体系的原位表征。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，设计了实现拉曼激发光和光催化光束的耦合的光催化原位拉曼光谱测量系统，解决了宽波段光催化激发体系中减小瑞利散射光和光催化光束干扰的问题。
基于此，本发明一方面提供了一种用于样品表界面的原位拉曼测量的散射式光催化原位拉曼光谱测量系统，包括拉曼激光器、窄带滤光片、带阻滤光片、分光镜、物镜、光催化光源、光催化反应器、聚焦透镜和光谱仪；
所述拉曼激光器、窄带滤光片、带阻滤光片、分光镜、物镜、光催化反应器在拉曼激发光的入射光路上依次设置，所述带阻滤光片将经窄带滤光片透射的激光反射至所述分光镜，分光镜设置在拉曼激发光的透射光路上用于将拉曼激发光和所述光催化光源的光束进行和束并沿所述物镜的光轴导入物镜，物镜用于将拉曼激发光和光催化光源的光束聚焦于光催化反应器中的样品表面；
光催化反应器中样品的背散射拉曼信号、瑞利散射光以及反射的激发光和光催化光由物镜收集，瑞利散射光、反射的激发光和光催化光经过所述分光镜和所述带阻滤光片被滤除，拉曼信号光依次经过分光镜、带阻滤光片透射，所述聚焦透镜置于带阻滤光片的透射光路上，聚焦透镜用于将拉曼信号光会聚于光谱仪入口。
作为优选地，拉曼激发光在带阻滤光片上的入射角小于5度，将拉曼激发光反射到样品激发光路；
所述分光镜以与拉曼激发光入射光路的光轴呈40～50度夹角的方式设置在拉曼激发光的透射光路上，优选45度夹角；
所述光催化光源以光束光轴与分光镜呈40～50度夹角方式设置于分光镜另一侧，优选45度夹角。
作为优选地，所述分光镜为45度入射角的分光镜，进一步优选二向色分束镜或半透半反分光镜，优选所述二向色分束镜高反射光催化光而高透射拉曼激发光及拉曼信号光，
进一步优选在二向色分束镜或半透半反分光镜之后设置补偿片用于校正色散和其他光学效应从而优化光路；
所述带阻滤光片为反射型长通滤光片或陷波滤波片，用于滤除瑞利散射光以及可能存在的反射、透射的拉曼激发光和残余的光催化光。
作为优选地，所述拉曼激光器产生的激发光为窄线宽激光，所述窄带滤光片的中心波长与拉曼激发光波长相同，用于滤除非激光频率的杂散光；
所述光催化光源光束为非平行光，经分光镜反射与拉曼激发光和束并同路传输；作为优选地，在分光镜后置一个补偿片校正色散和其他光学效应；光催化反应器的样品置于拉曼激发光的焦平面上，光催化光束与拉曼激发光束重合。光催化光斑尺寸大于拉曼激光光斑尺寸，确保拉曼探测区域被光催化光源均匀激发。
本发明另一方面提供了一种用于样品体相的原位拉曼测量的透射式或侧向式光催化原位拉曼光谱测量系统，包括在拉曼激发光的入射光路上依次设置的拉曼激光器、窄带滤光片、分光镜、物镜和光催化反应器，以及依次设置的用于拉曼信号收集的第一聚焦透镜、带阻滤光片、第二聚焦透镜和光谱仪，还包括光催化光源；所述光催化光束经分光镜反射与拉曼激发光和束并沿所述物镜的光轴导入至物镜，物镜用于将拉曼激发光和光催化光源的光束聚焦于光催化反应器中的样品中；
所述第一聚焦透镜设置在光催化反应器之后，用于收集拉曼信号光，所述带阻滤光片设置在第一聚焦透镜的光轴上，用于滤除瑞利散射光及反射、透射的拉曼激发光和光催化光，所述第二聚焦透镜用于将拉曼信号光会聚于光谱仪入口。
作为优选地，所述分光镜以与拉曼激发光入射光路的光轴呈40～50度夹角的方式设置在拉曼激发光的透射光路上，优选45度夹角；
所述光催化光束的光轴与分光镜呈40～50度夹角方式设置于分光镜另一侧，优选45度夹角；
所述第一聚焦透镜设置在物镜的光轴上，与物镜同光轴设置；或者，第一聚焦透镜设置在光催化反应器的侧面，第一聚焦透镜的光轴与物镜的光轴垂直，使得拉曼信号收集光路与拉曼激发光光路呈90度夹角；
优选光催化光源光束为非平行光，经分光镜反射与拉曼激发光和束并同路传输。
作为优选地，所述分光镜为45度入射角的分光镜，优选二向色分束镜或半透半反分光镜，优选所述二向色分束镜高反射光催化光而高透射拉曼激发光及拉曼信号光；
所述带阻滤光片为反射型长通滤光片或陷波滤波片，用于滤除瑞利散射光以及反射、透射的拉曼激发光和光催化光。
作为优选地，所述拉曼激光器产生的激发光为窄线宽激光，窄带滤光片的中心波长与拉曼激发光的波长相同，用于滤除非激光频率的杂散光；所述光催化反应器设有透明光学窗口，光催化反应器中的样品位于拉曼激发光的焦平面上，光催化光束与拉曼激发光束重合。
在上述背散射式光催化原位拉曼光谱测量系统或透射式或侧向式光催化原位拉曼光谱测量系统的技术方案中，作为优选地，在拉曼激发光的入射光路或收集光路上设置有全反射镜或者全反射镜组，用于改变光路传播方向以优化光路布置从而便于实际实施及适配各种反应器；
优选在所述拉曼激光器和窄带滤光片之间设置全反射镜或者全反射镜组；或者在所述窄带滤光片和带阻滤光片之间设置全反射镜或者全反射镜组；或者在所述带阻滤光片和分光镜之间设置全反射镜或者全反射镜组；或者在所述分光镜和物镜之间设置全反射镜或者全反射镜组；或者在所述带阻滤光片和聚焦透镜之间设置全反射镜或者全反射镜组；或者在所述带阻滤光片和第二聚焦透镜之间设置全反射镜或者全反射镜组。
在上述背散射式光催化原位拉曼光谱测量系统或透射式或侧向式光催化原位拉曼光谱测量系统的技术方案中，作为优选地，所述光谱仪入口处安装了可调机械狭缝或者精密针孔，用于进一步阻挡杂散光的干扰。
本发明的有益效果是：
本发明针对当前光催化原位拉曼光谱测量装置的单波长激发的限制，通过分光镜实现了拉曼激发光和光催化光束的耦合，二者在反应样品处重合，且光催化光斑尺寸大于拉曼激光光斑尺寸，确保拉曼探测区域被光催化光源均匀激发；配合拉曼激发光源、带阻滤光片、分光镜和光谱仪狭缝光阑的调节，解决了宽波段光催化激发体系中瑞利散射光和光催化光束干扰的问题，适用于不同波长范围的光催化激发体系，减小瑞利散射光和光催化光束的干扰，提高拉曼检测灵敏度；针对样品表界面或样品体相的反应过程研究，能灵活调整以背散射式、透射式或侧向式进行拉曼散射信号的收集，且能应用于不同的光催化反应装置。
本发明提供的光催化原位拉曼光谱测量系统设计合理，结构简单紧凑，操作简单，适用于各种光催化反应体系的原位拉曼测量。
附图说明
图1是实施例1中的背散射式光催化原位拉曼光谱测量系统的结构示意图。
图2是用实施例1的拉曼光谱测量系统采集到的以TiO2为光催化剂的紫外光催化气固相CO2还原的原位拉曼信号。
图3是用实施例1的拉曼光谱测量系统采集到的Au负载TiO2光催化剂的紫外-可见光催化条件下气固相CO2还原的原位拉曼信号。
图4是用于光路方向调整的反射镜的结构示意图。
图5是光学爬高架的结构示意图。
图6是实施例2中的侧向式光催化原位拉曼光谱测量系统的结构示意图。
图7是实施例2中的透射式光催化原位拉曼光谱测量系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1所示的一种背散射式光催化原位拉曼光谱测量系统，主要由拉曼激光器1、窄带滤光片2、带阻滤光片3、分光镜4、物镜5、光催化光源6、光催化反应器7、聚焦透镜8和光谱仪9组成；
拉曼激光器1、窄带滤光片2、带阻滤光片3、分光镜4、物镜5、光催化反应器7在拉曼激发光的入射光路上依次设置，带阻滤光片3将经窄带滤光片2透射的激光反射至分光镜4，分光镜4设置在拉曼激发光的透射光路上用于将拉曼激发光和所述光催化光源6的光束进行和束并沿所述物镜5的光轴导入物镜5，物镜5用于将拉曼激发光和光催化光束聚焦于光催化反应器7中的待测样品表面；
光催化反应器7中样品的背散射拉曼信号、瑞利散射光以及反射的激发光和光催化由物镜5收集，瑞利散射光、反射的激发光和光催化光经过所述分光镜4和所述带阻滤光片3被滤除，拉曼信号光依次经过分光镜4、带阻滤光片3透射，聚焦透镜8设置于带阻滤光片3的透射光路上，聚焦透镜8用于将拉曼信号光会聚于光谱仪9入口。
在一些具体实施方案中，拉曼激发光在带阻滤光片3上的入射角小于5度，将拉曼激发光反射到样品激发光路；分光镜4以与拉曼激发光入射光路的光轴呈40～50度夹角的方式设置在拉曼激发光的透射光路上，优选45度夹角；光催化光源6以光束光轴与分光镜4呈40～50度夹角方式设置于分光镜4另一侧，优选45度夹角。
在一些具体实施方案中，分光镜4为45度入射角的分光镜，优选二向色分束镜或半透半反分光镜，优选二向色分束镜高反射光催化光而高透射拉曼激发光及拉曼信号光，优选在二向色分束镜或半透半反分光镜之后设置补偿片用于校正色散和其他光学效应从而优化光路；带阻滤光片3为反射型长通滤光片或陷波滤波片，用于滤除瑞利散射及反射的拉曼激发光和残余的光催化光。
在一些具体实施方案中，拉曼激光器1产生的激发光为窄线宽激光，窄带滤光片2的中心波长与拉曼激发光波长相同，用于滤除非激光频率的杂散光；光催化光源6光束为非平行光，经分光镜4反射与拉曼激发光和束并同路传输；光催化反应器7的样品置于拉曼激发光的焦平面上，光催化光束与拉曼激发光束重合，光催化光斑尺寸大于拉曼激光光斑尺寸，确保拉曼探测区域被光催化光源均匀激发。光催化反应器7上设置有透明光学窗口，反应池不拘于液相、液固或气固反应，不拘于密闭、流动或循环反应装置。
在一些具体实施方案中，光谱仪9入口处安装了可调机械狭缝或者精密针孔，用于进一步阻挡杂散光的干扰。
在一些具体实施方案中，本发明的背散射式光催化原位拉曼光谱测量系统还包括设置在拉曼激发光的入射光路或收集光路上设置有全反射镜或者全反射镜组，用于改变光路传播方向以优化光路布置从而便于实际实施及适配各种反应器；
优选在拉曼激光器1和窄带滤光片2之间设置全反射镜或者全反射镜组；或者在窄带滤光片2和带阻滤光片3之间设置全反射镜或者全反射镜组；或者在带阻滤光片3和分光镜4之间设置全反射镜或者全反射镜组；或者在分光镜4和物镜5之间设置全反射镜或者全反射镜组；或者在带阻滤光片3和聚焦透镜8之间设置全反射镜或者全反射镜组；或者在带阻滤光片3和第二聚焦透镜10之间设置全反射镜或者全反射镜组。
例如图4所示的设置于分光镜4和物镜5之间的第一全反射镜11，第一全反射镜11以与从分光镜4出来的拉曼激发光和光催化光束的光路的光轴呈45度夹角的方式设置，用于将拉曼激发光和光催化光束沿所述物镜5的光轴反射至物镜5，从而垂直入射物镜5，适用于水平放置的反应器。
例如，也可以是由全反射镜组组成的如图5所示的光学爬高架，光学爬高架包括依次设置的第一全反射镜11、第二全反射镜12和第三全反射镜13，第一全反射镜11以与从分光镜4出来的拉曼激发光和光催化光束的光路的光轴呈45度夹角的方式设置；第二全反射镜12设置在第一全反射镜11的上方，以与从第一全反射镜11出来的光路的光轴呈45度夹角的方式设置；第三全反射镜13以与从第二全反射镜12出来的光路的光轴呈45度夹角的方式设置，用于将拉曼激发光和光催化光束反射至物镜5，拉曼激发光和光催化光束垂直入射至物镜5。可以采用光学爬高架改变拉曼激发光和光催化光束的方向，从而垂直入射物镜5，适用于敞口液相反应器。
在不同光催化实验体系中，光照条件对催化反应的机理和反应速率均有重要影响，拉曼光谱的原位测量是发掘催化反应的机理的重要手段。根据光催化光源的波长范围，配合使用不同的拉曼激发光源、分光镜4和光谱仪9狭缝或光阑的开孔尺寸。当光催化光源6选用紫外光时，所选用的拉曼激发光源的波长可在可见光或近红外范围(405，473，532，633，785、830和1064nm等)中。当光催化光源6选用紫外-可见区域发射的宽波段光源时，拉曼激发光源选择近红外范围的785和1064nm等。分光镜4优选为高反射光催化光而高透射拉曼激发及信号光的二向色镜或半透半反分光镜(如透80％反20％或透70％反30％等)。光谱仪9狭缝或光阑的开孔尺寸设为小于100μm以进一步阻挡光催化散射光的干扰。
图2为采用图1的背散射式光催化原位拉曼光谱测量系统采集到的紫外光催化下TiO2光催化剂表界面的原位拉曼信号。其中拉曼激发光源选用中心波长532nm的窄线宽激光，分光镜4为透80％反20％的半透半反分光镜，光催化光源6选用325nm的紫外光，观察到紫外光催化中TiO2光催化剂的光生载流子特征，导带电子布居数增多使143cm-1处的拉曼峰红移。
图3为采用图1的背散射式光催化原位拉曼光谱测量系统采集到的紫外-可见光催化条件下气固相CO2还原Au负载TiO2光催化剂表界面的原位拉曼信号。其中拉曼激发光源选用中心波长785nm的窄线宽激光，分光镜4为透80％反20％的半透半反分光镜，光催化光源6选用380-720nm的宽波段氙灯光源，通过拉曼光谱观测到紫外-可见光催化中Au/TiO2光催化剂表界面的原位图谱，以反/正斯托克斯峰强度比改变计算不同光照条件下体系的光致热升温，并分析协同的光生载流子特征变化。
实施例2
如图6所示的一种侧向式光催化原位拉曼光谱测量系统或者如图7所示的一种透射式光催化原位拉曼光谱测量系统，包括沿拉曼激发光的入射光路上依次设置的拉曼激光器1、窄带滤光片2、分光镜4、物镜5和光催化反应器7，以及依次设置的用于拉曼信号收集的依次设置的第一聚焦透镜8、带阻滤光片3、第二聚焦透镜10和光谱仪9，还包括光催化光源6；光催化光源6光束经分光镜4反射与拉曼激发光和束并沿所述物镜5的光轴导入至物镜5，物镜5用于将拉曼激发光和光催化光源6的光束聚焦于光催化反应器7中的待测样品中；第一聚焦透镜8设置在光催化反应器7之后，用于收集拉曼信号光，带阻滤光片3设置在第一聚焦透镜8的光轴上，用于滤除瑞利散射光及反射、透射的拉曼激发光和光催化光，第二聚焦透镜10用于将拉曼信号光会聚于光谱仪9入口。
光催化反应器7为透明或部分透明的反应装置。由于拉曼信号为散射信号，因此可将第一聚焦透镜8设置在光催化反应器7之后的任何方向，既可以是图6所示的第一聚焦透镜8设置在光催化反应器7的侧面，第一聚焦透镜8的光轴与物镜5的光轴垂直，使得拉曼信号收集光路与拉曼激发光光路呈90度夹角，也可以是图7所示的第一聚焦透镜8设置在物镜5光轴上，与物镜5同光轴设置。
在一些具体实施方案中，分光镜4以与拉曼激发光入射光路的光轴呈40～50度夹角的方式设置在拉曼激发光的透射光路上，优选45度夹角；光催化光源6以光束光轴与分光镜4呈40～50度夹角方式设置于分光镜4另一侧，优选45度夹角；优选光催化光源6光束为非平行光，经分光镜4反射与拉曼激发光和束并同路传输。
在一些具体实施方案中，分光镜4为45度入射角的分光镜，优选二向色分束镜或半透半反分光镜，优选二向色分束镜高反射光催化光而高透射拉曼激发光及拉曼信号光，且可在二向色分束镜或半透半反分光镜后置一补偿片以校正色散和其他光学效应来优化光路；
带阻滤光片3为反射型长通滤光片或陷波滤波片，用于滤除瑞利散射光以及反射、透射的拉曼激发光和残余的光催化光。
在一些具体实施方案中，拉曼激光器1产生的激发光为窄线宽激光，窄带滤光片2的中心波长与拉曼激发光的波长相同，用于滤除非激光频率的杂散光；光催化反应器7设有透明光学窗口，光催化反应器7中的样品位于拉曼激发光的焦平面上，光催化光束与拉曼激发光束重合。
在一些具体实施方案中，光谱仪9入口处安装了可调机械狭缝或者精密针孔，用于进一步阻挡杂散光的干扰。
在一些具体实施方案中，本发明的透射式或侧向式光催化原位拉曼光谱测量系统还包括设置在拉曼激发光的入射光路或收集光路上设置有全反射镜或者全反射镜组，用于改变光路传播方向以优化光路布置从而便于实际实施及适配各种反应器；
优选在拉曼激光器1和窄带滤光片2之间设置全反射镜或者全反射镜组；或者在窄带滤光片2和带阻滤光片3之间设置全反射镜或者全反射镜组；或者在带阻滤光片3和分光镜4之间设置全反射镜或者全反射镜组；或者在分光镜4和物镜5之间设置全反射镜或者全反射镜组；或者在带阻滤光片3和聚焦透镜8之间设置全反射镜或者全反射镜组；或者在带阻滤光片3和第二聚焦透镜10之间设置全反射镜或者全反射镜组。
例如图4所示的设置于分光镜4和物镜5之间的第一全反射镜11，第一全反射镜11以与从分光镜4出来的拉曼激发光和光催化光束的光路的光轴呈45度夹角的方式设置，用于将拉曼激发光和光催化光束沿所述物镜5的光轴反射至物镜5，从而垂直入射物镜5，适用于水平放置的反应器。
例如，也可以是由全反射镜组组成的如图5所示的光学爬高架，光学爬高架包括依次设置的第一全反射镜11、第二全反射镜12和第三全反射镜13，第一全反射镜11以与从分光镜4出来的拉曼激发光和光催化光束的光路的光轴呈45度夹角的方式设置；第二全反射镜12设置在第一全反射镜11的上方，以与从第一全反射镜11出来的光路的光轴呈45度夹角的方式设置；第三全反射镜13以与从第二全反射镜12出来的光路的光轴呈45度夹角的方式设置，用于将拉曼激发光和光催化光束反射至物镜5，拉曼激发光和光催化光束垂直入射至物镜5。可以采用光学爬高架改变拉曼激发光和光催化光束的方向，从而垂直入射物镜5，适用于敞口液相反应器。
综上，本发明提供了一种适用于各类密闭、流动、循环或敞口光催化反应器的原位拉曼光谱测量系统，同时适用于各种光催化激发波长范围，可对反应过程中催化剂、反应物、中间产物的化学结构、载流子和热声子行为等进行实时监测，还能进一步揭示反应途径及关键控速步骤和调控因素，对高效催化体系的优化提供理性指导。
以上对发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于以上描述的具体实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明技术原理的前提下，任何对本发明进行的改进和替代也都在本发明的范畴之中，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种背散射式光催化原位拉曼光谱测量系统，其特征在于：包括拉曼激光器(1)、窄带滤光片(2)、带阻滤光片(3)、分光镜(4)、物镜(5)、光催化光源(6)、光催化反应器(7)、聚焦透镜(8)和光谱仪(9)；
所述拉曼激光器(1)、窄带滤光片(2)、带阻滤光片(3)、分光镜(4)、物镜(5)、光催化反应器(7)在拉曼激发光的入射光路上依次设置，所述带阻滤光片(3)将经窄带滤光片(2)透射的激光反射至所述分光镜(4)，分光镜(4)设置在拉曼激发光的透射光路上用于将拉曼激发光和所述光催化光源(6)的光束进行和束并沿所述物镜(5)的光轴导入物镜(5)，物镜(5)用于将拉曼激发光和光催化光源(6)的光束聚焦于光催化反应器(7)中的样品表面；
光催化反应器(7)中样品的背散射拉曼信号、瑞利散射光以及反射的激发光和光催化光由物镜(5)收集，瑞利散射光、反射的激发光和光催化光经过所述分光镜(4)和所述带阻滤光片(3)被滤除，拉曼信号光依次经过分光镜(4)、带阻滤光片(3)透射，所述聚焦透镜(8)设置于带阻滤光片(3)的透射光路上，聚焦透镜(8)用于将拉曼信号光会聚于光谱仪(9)入口。
2.如权利要求1所述的背散射式光催化原位拉曼光谱测量系统，其特征在于：拉曼激发光在带阻滤光片(3)上的入射角小于5度；
所述分光镜(4)以与拉曼激发光入射光路的光轴呈40～50度夹角的方式设置在拉曼激发光的透射光路上，优选45度夹角；
所述光催化光源(6)以光束光轴与分光镜(4)呈40～50度夹角方式设置于分光镜(4)另一侧，优选45度夹角。
3.如权利要求1所述的背散射式光催化原位拉曼光谱测量系统，其特征在于：所述分光镜(4)为45度入射角的分光镜，优选二向色分束镜或半透半反分光镜，
优选所述二向色分束镜高反射光催化光而高透射拉曼激发光及拉曼信号光，
优选在二向色分束镜或半透半反分光镜之后设置补偿片用于校正色散和其他光学效应从而优化光路；
所述带阻滤光片(3)为反射型长通滤光片或陷波滤波片，用于滤除瑞利散射及反射的拉曼激发光和残余的光催化光。
4.如权利要求1所述的背散射式光催化原位拉曼光谱测量系统，其特征在于：所述拉曼激光器(1)产生的激发光为窄线宽激光，所述窄带滤光片(2)的中心波长与拉曼激发光波长相同，用于滤除非激光频率的杂散光；
所述光催化光源(6)光束为非平行光，经分光镜(4)反射与拉曼激发光和束并同路传输；光催化反应器(7)的样品置于拉曼激发光的焦平面上，光催化光束与拉曼激发光束重合。
5.一种透射式或侧向式光催化原位拉曼光谱测量系统，其特征在于：包括拉曼激发光入射光路上依次设置的拉曼激光器(1)、窄带滤光片(2)、分光镜(4)、物镜(5)和光催化反应器(7)，以及依次设置的用于拉曼信号收集的第一聚焦透镜(8)、带阻滤光片(3)、第二聚焦透镜(10)和光谱仪(9)，还包括光催化光源(6)；所述光催化光源(6)光束经所述分光镜(4)反射与拉曼激发光和束并沿所述物镜(5)的光轴导入物镜(5)，物镜(5)用于将拉曼激发光和光催化光源(6)的光束聚焦于所述光催化反应器(7)中的样品中；
所述第一聚焦透镜(8)设置在光催化反应器(7)之后，用于收集拉曼信号光，所述带阻滤光片(3)设置在第一聚焦透镜(8)的光轴上，用于滤除瑞利散射光及反射、透射的拉曼激发光和光催化光，所述第二聚焦透镜(10)用于将拉曼信号光会聚于光谱仪(9)入口。
6.如权利要求5所述的透射式或侧向式光催化原位拉曼光谱测量系统，其特征在于：
所述分光镜(4)以与拉曼激发光入射光路的光轴呈40～50度夹角的方式设置在拉曼激发光的透射光路上，优选45度夹角；
所述光催化光源(6)以光束光轴与分光镜(4)呈40～50度夹角方式设置于分光镜(4)另一侧，优选45度夹角；
所述第一聚焦透镜(8)设置在物镜(5)的光轴上，与物镜(5)同光轴设置；或者，第一聚焦透镜(8)设置在光催化反应器(7)的侧面，第一聚焦透镜(8)的光轴与物镜(5)的光轴垂直，使得拉曼信号收集光路与拉曼激发光光路呈90度夹角；
优选光催化光源(6)光束为非平行光，经分光镜(4)反射与拉曼激发光和束并同路传输。
7.如权利要求5所述的透射式或侧向式光催化原位拉曼光谱测量系统，其特征在于：所述分光镜(4)为45度入射角的分光镜，优选二向色分束镜或半透半反分光镜，优选所述二向色分束镜高反射光催化光而高透射拉曼激发光及拉曼信号光；
所述带阻滤光片(3)为反射型长通滤光片或陷波滤波片，用于滤除瑞利散射光以及反射、透射的拉曼激发光和光催化光。
8.如权利要求5所述的透射式或侧向式光催化原位拉曼光谱测量系统，其特征在于：所述拉曼激光器(1)产生的激发光为窄线宽激光，窄带滤光片(2)的中心波长与拉曼激发光的波长相同，用于滤除非激光频率的杂散光；所述光催化反应器(7)设有透明光学窗口，光催化反应器(7)中的样品位于拉曼激发光的焦平面上，光催化光束与拉曼激发光束重合。
9.如权利要求1所述的背散射式光催化原位拉曼光谱测量系统或权利要求5所述的透射式或侧向式光催化原位拉曼光谱测量系统，其特征在于：在拉曼激发光的入射光路或收集光路上设置有全反射镜或者全反射镜组，用于改变光路传播方向以优化光路布置从而便于实际实施及适配各种反应器；
优选在所述拉曼激光器(1)和窄带滤光片(2)之间设置全反射镜或者全反射镜组；或者在所述窄带滤光片(2)和带阻滤光片(3)之间设置全反射镜或者全反射镜组；或者在所述带阻滤光片(3)和分光镜(4)之间设置全反射镜或者全反射镜组；或者在所述分光镜(4)和物镜(5)之间设置全反射镜或者全反射镜组；或者在所述带阻滤光片(3)和聚焦透镜(8)之间设置全反射镜或者全反射镜组；或者在所述带阻滤光片(3)和第二聚焦透镜(10)之间设置全反射镜或者全反射镜组。
10.如权利要求1所述的背散射式光催化原位拉曼光谱测量系统或权利要求5所述的透射式或侧向式光催化原位拉曼光谱测量系统，其特征在于：所述光谱仪(9)入口处安装了可调机械狭缝或者精密针孔，用于进一步阻挡杂散光的干扰。
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