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拉曼光谱仪之拉曼光谱基础知识的科普

点击次数:545次  发布时间:2018-02-07
   拉曼光谱仪之所以能研制成功得益于拉曼光谱技术。拉曼光谱是由于晶格振动、电荷密度起伏、自旋密度起伏、电子跃迁以及它们的耦合等因素引起的。当以一定频率的光源激发样品时,会产生弹性和非弹性散射现象。大部分分子发生弹性碰撞,光子的频率没有改变,或者说波长与能量没有任何改变,不进行能量转移;小部分分子发生非弹性碰撞,由于励磁或失活的分子振动使光子可能会失去或增加一些能量,频率发生改变。当入射光波在分子中传播扩散时,以下三种类型的现象可能发生:

拉曼光谱仪

  首先,当一束光线照射分子时,它可以与其进行能量交换,但分子的净能量交换△E为零,所以散射光频率与入射光相同,即E=E0,这个过程被称为瑞利散射。
  第二,入射光能够与分子进行能量交换而且净交换能量是一个分子的振动能量。如果这种相互作用使光子获得振动能量,则散射光频率与入射光相比变高,即image.png,称为反-斯托克斯散射。
  第三,如果光与分子相互作用使分子获得能量,而光子失去能量,则散射光与入射光相比能量降低,即image.png,这个过程被称为斯托克斯散射。
  拉曼散射可以是斯托克斯散射,也可以是反-斯托克斯散射。从拉曼散射形成机理可以确认,拉曼散射光能量等于入射光能量加上或减去分子振动能级的能量差,即拉曼散射光的频率取决于激发光的入射频率。而拉曼频率位移(拉曼频移,Ramanshift)和分子振动能级无关,只取决于分子振动能级差。
  拉曼光谱仪具有鲜明的优点,比如说它对样品无接触,无损伤;样品无需制备;快速分析,鉴别各种材料的特性与结构;能适合黑色和含水样品;高、低温及高压条件下测量;光谱成像快速、简便,分辨率高;仪器稳固,体积适中,维护成本低,使用简单等等。此外,它还具有独特的能力,可以通过透明的包装材料,如玻璃或塑料,直接测试样品,并对光谱信息没有任何干扰。
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