A l'intérieur de l'optique d'un spectromètre RAMAN

Il faut ensuite séparer la lumière afin de déterminer précisément son interaction avec l'échantillon. Pour ce faire, on utilise un réseau de diffraction. Lorsque la lumière est projetée sur un réseau de diffraction, les différentes longueurs d'onde de la lumière ressortent du réseau dans des directions légèrement différentes. Cela est dû au fait que l'angle de sortie de la lumière est directement lié à sa longueur d'onde.

De là, la lumière séparée est envoyée vers un détecteur CCD. Comme chaque longueur d'onde lumineuse sortant du réseau de diffraction se propage selon un angle légèrement différent, chaque longueur d'onde lumineuse aboutit à un point différent du détecteur. Le détecteur capture ensuite cette information, créant ainsi une « photo » de la lumière diffusée Raman, qui est ensuite utilisée pour créer le spectre Raman.

Le laser le plus couramment utilisé en spectroscopie Raman est le laser vert de 532 nm, car il offre une grande sensibilité à un prix abordable. Plus la longueur d'onde du laser est courte, plus la sensibilité est élevée. Ainsi, pour les expériences nécessitant une sensibilité très élevée, il est préférable d'utiliser un laser bleu de 488 nm, plus coûteux.

Cependant, la sensibilité n'est pas le seul facteur à prendre en compte lors du choix d'un laser. Les lasers de longueur d'onde plus courte sont plus susceptibles de provoquer la fluorescence de l'échantillon, ce qui interfère avec le spectre Raman. Ainsi, si un échantillon est fluorescent lorsqu'un laser de 532 nm est utilisé, un laser infrarouge de 785 nm sera souvent plus efficace. Comme le laser de 785 nm ne provoque pas la fluorescence de la plupart des échantillons, il s'agit d'un laser très polyvalent pour la plupart des expériences, au détriment d'une certaine sensibilité.

Cependant, les lasers de longueur d'onde plus longue ont tendance à générer davantage de chaleur, ce qui peut endommager l'échantillon. Ce phénomène peut être atténué en diminuant la puissance du laser, ce qui, malheureusement, diminue encore la sensibilité Raman. C'est pourquoi un laser de 633 nm est un bon choix pour certaines expériences : sa longueur d'onde est suffisamment longue pour éviter la fluorescence, mais plus courte que celle du laser de 785 nm, ce qui échauffe moins l'échantillon.

Le réseau de diffraction du spectromètre Raman répartit les différentes longueurs d'onde de la lumière diffusée Raman dans l'espace avant qu'elle n'atteigne le détecteur CCD. L'amplitude de la répartition peut être ajustée en modifiant le nombre de raies sur le réseau. Les réseaux de diffraction présentant une densité de raies plus élevée, c'est-à-dire davantage de raies par millimètre, permettent une meilleure répartition de la lumière.

Contrôler la répartition de la lumière à travers le détecteur est très utile pour examiner différentes parties du spectre Raman. L'examen de l'ensemble de la plage Raman (100 – 3500 cm^-1)  nécessite l'observation d'une large gamme de longueurs d'onde. C'est pourquoi un réseau avec une densité de raies plus faible est nécessaire, car les réseaux de diffraction à faible densité de raies ne répartissent pas la lumière autant, ce qui permet à une plus large gamme de lumière d'atteindre le détecteur.

L'examen d'une petite partie du spectre nécessite un réseau de diffraction avec une densité de raies plus élevée, ce qui permet une meilleure dispersion de la lumière. Cela signifie que moins de lumière atteindra le détecteur, mais nous pourrons examiner des parties spécifiques du spectre plus en détail, par exemple avec une résolution spectrale plus élevée.

Si le laser est changé pour une expérience Raman, il est fort probable que le réseau de diffraction doit également être changé. Bien que les décalages Raman d'un échantillon soient toujours identiques, la longueur d'onde du laser influence la longueur d'onde de la lumière diffusée par l'effet Raman qui atteint le détecteur.

Si un laser de longueur d'onde plus courte est utilisé, la lumière diffusée Raman résultante aura des longueurs d'onde plus proches. Cela signifie que les lasers de longueur d'onde plus courte nécessitent un réseau de diffraction avec une densité de raies plus élevée pour mieux répartir la lumière sur le détecteur. Les lasers de longueur d'onde plus longue produisent une lumière diffusée plus dispersée ; il est donc conseillé d'utiliser un réseau de diffraction avec une densité de raies plus faible.

Compte tenu de la fréquence de changement des réseaux, il convient de noter qu'ils sont très fragiles et peuvent facilement être endommagés au contact de solvants, voire d'huile provenant d'empreintes digitales. Heureusement, les spectromètres Raman modernes sont équipés de plusieurs réseaux sur une tourelle, ce qui permet un changement automatique.

Il est également important de noter que le spectromètre Raman doit toujours être étalonné après un changement de réseau. En effet, la tourelle du réseau peut ne pas toujours tourner au même endroit, ce qui signifie que la lumière émise par le réseau de diffraction peut se retrouver sur des zones légèrement différentes du détecteur. Pour étalonner le spectromètre et tenir compte de ce phénomène, un échantillon de référence présentant des pics connus est mesuré. Les références typiques sont une lampe au néon, à l'argon ou au mercure.

Optimiser une expérience Raman est souvent une question d'équilibre. Chaque laser présente des forces et des faiblesses différentes. Choisir un réseau de diffraction ou un autre composant du spectromètre augmentant la résolution du spectre diminue généralement la sensibilité. Cependant, prendre en compte tous ces facteurs lors de la mise en place d'une expérience permettra d'obtenir des spectres de haute qualité pour une large gamme d'échantillons.