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拉曼光譜儀原理,拉曼光譜儀工作原理你知道嗎？

文章來源：思邁奧人氣：6268發(fā)表時間：2017-07-26【小 中 大】

      拉曼光譜簡介：拉曼光譜（Raman spectra），是一種散射光譜。拉曼光譜分析法是基于印度科學(xué)家C.V.拉曼（Raman）所發(fā)現(xiàn)的拉曼散射效應(yīng)，對與入射光頻率不同的散射光譜進(jìn)行分析以得到分子振動、轉(zhuǎn)動方面信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究的一種分析方法。拉曼光譜儀小編向你講解拉曼光譜儀原理：

      拉曼散射光譜具有以下明顯的特征：

      a.拉曼散射譜線的波數(shù)雖然隨入射光的波數(shù)而不同，但對同一樣品，同一拉曼譜線的位移與入射光的波長無關(guān),只和樣品的振動轉(zhuǎn)動能級有關(guān)；

      b. 在以波數(shù)為變量的拉曼光譜圖上，斯托克斯線和反斯托克斯線對稱地分布在瑞利散射線兩側(cè), 這是由于在上述兩種情況下分別相應(yīng)于得到或失去了一個振動量子的能量。

      c. 一般情況下，斯托克斯線比反斯托克斯線的強(qiáng)度大。這是由于Boltzmann分布，處于振動基態(tài)上的粒子數(shù)遠(yuǎn)大于處于振動激發(fā)態(tài)上的粒子數(shù)。

   拉曼光譜儀原理,拉曼光譜儀工作原理：當(dāng)一束頻率為v0的單色光照射到樣品上后，分子可以使入射光發(fā)生散射。大部分光只是改變光的傳播方向，從而發(fā)生散射，而穿過分子的透射光的頻率，仍與入射光的頻率相同，這時，稱這種散射稱為瑞利散射；還有一種散射光，它約占總散射光強(qiáng)度的 10^-6～10^-10，該散射光不僅傳播方向發(fā)生了改變，而且該散射光的頻率也發(fā)生了改變，從而不同于激發(fā)光（入射光）的頻率，因此稱該散射光為拉曼散射。在拉曼散射中，散射光頻率相對入射光頻率減少的，稱之為斯托克斯散射，因此相反的情況，頻率增加的散射，稱為反斯托克斯散射，斯托克斯散射通常要比反斯托克斯散射強(qiáng)得多，拉曼光譜儀通常大多測定的是斯托克斯散射，也統(tǒng)稱為拉曼散射。

        散射光與入射光之間的頻率差v稱為拉曼位移，拉曼位移與入射光頻率無關(guān)，它只與散射分子本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)。拉曼散射是由于分子極化率的改變而產(chǎn)生的（電子云發(fā)生變化）。拉曼位移取決于分子振動能級的變化，不同化學(xué)鍵或基團(tuán)有特征的分子振動，ΔE反映了指定能級的變化，因此與之對應(yīng)的拉曼位移也是特征的。這是拉曼光譜可以作為分子結(jié)構(gòu)定性分析的依據(jù)。

分子能級與分子光譜

　分子運動包括整體的平動、轉(zhuǎn)動、振動及電子的運動。分子總能量可近似看成是這些運動的能量之和，分別代表分子的平動能、電子運動能、振動能和轉(zhuǎn)動能。除　外，其余三項都是量子化的，統(tǒng)稱分子內(nèi)部運動能。分子光譜產(chǎn)生于分子內(nèi)部運動狀態(tài)的改變。分子有不同的電子能級，每個電子能級又有不同的振動能級。而每個振動能級又有不同的轉(zhuǎn)動能級。

一定波長的電磁波作用于被研究物質(zhì)的分子，引起分子相應(yīng)能級的躍遷，產(chǎn)生分子吸收光譜。引起分子電子能級躍遷的光譜稱電子吸收光譜，其波長位于紫外～可見光區(qū)，故稱紫外－可見光譜。電子能級躍遷的同時伴有振動能級和轉(zhuǎn)動能級的躍遷。引起分子振動能級躍遷的光譜稱振動光譜，振動能級躍遷的同時伴有轉(zhuǎn)動能級的躍遷。紅外吸收和拉曼散射光譜是分子的振動－轉(zhuǎn)動光譜。用遠(yuǎn)紅外光波照射分子時，只會引起分子中轉(zhuǎn)動能級的躍遷，得到純轉(zhuǎn)動光譜。

拉曼光譜原理圖

拉曼散射

　　拉曼散射是分子對光子的一種非彈性散射效應(yīng)。當(dāng)用一定頻率的激發(fā)光照射分子時，一部分散射光的頻率和入射光的頻率相等。這種散射是分子對光子的一種彈性散射。只有分子和光子間的碰撞為彈性碰撞，沒有能量交換時，才會出現(xiàn)這種散射。該散射稱為瑞利散射。還有一部分散射光的頻率和激發(fā)光的頻率不等，這種散射成為拉曼散射。Raman散射的幾率極小，最強(qiáng)的Raman散射也僅占整個散射光的千分之幾，而最弱的甚至小于萬分之一。

處于振動基態(tài)的分子在光子的作用下，激發(fā)到較高的、不穩(wěn)定的能態(tài)（稱為虛態(tài)），當(dāng)分子離開不穩(wěn)定的能態(tài)，回到較低能量的振動激發(fā)態(tài)時，散射光的能量等于激發(fā)光的能量減去兩振動能級的能量差。

拉曼散射原理圖

拉曼光譜儀運用到幾種重要的分析技術(shù)

1、單道檢測的拉曼光譜分析技術(shù)

2、以CCD為代表的多通道探測器的拉曼光譜分析技術(shù)

3、采用傅立葉變換技術(shù)的FT-Raman光譜分析技術(shù)

4、共振拉曼光譜分析技術(shù)

5、表面增強(qiáng)拉曼效應(yīng)分析技術(shù)

拉曼光譜用于分析的優(yōu)點和缺點

優(yōu)點

1、拉曼光譜用于分析的優(yōu)點

拉曼光譜的分析方法不需要對樣品進(jìn)行前處理，也沒有樣品的制備過程，避免了一些誤差的產(chǎn)生，并且在分析過程中操作簡便，測定時間短，靈敏度高等優(yōu)點。

不足

2、拉曼光譜用于分析的不足

(1)拉曼散射面積

(2)不同振動峰重疊和拉曼散射強(qiáng)度容易受光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)等因素的影響

(3)熒光現(xiàn)象對傅立葉變換拉曼光譜分析的干擾

(4)在進(jìn)行傅立葉變換光譜分析時，常出現(xiàn)曲線的非線性的問題

(5)任何一物質(zhì)的引入都會對被測體體系帶來某種程度的污染，這等于引入了一些誤差的可能性，會對分析的結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。

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