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拉曼光谱仪以其结构简单、操作简便、测量快速gao效准确,以低波数测量能力著称;采用共焦光路设计以获得更高分辨率,可对样品表面进行um级的微区检测,也可用此进行显微影像测量。
1928年印度实验物理学家拉曼发现了光的一种类似于康普顿效应的光散射效应,称为拉曼效应。简单地说就是光通过介质时由于入射光与分子运动之间相互作用而引起的光频率改变。拉曼因此获得1930年的诺贝尔物理学奖,成为di一个获得这一奖项并且没有接受过西方教育的亚洲人。
拉曼散射遵守如下规律:散射光中在每条原始入射谱线(频率为)两侧对称地伴有频率为 (k=1,2,3,…)的谱线,长波一侧的谱线称红伴线或斯托克斯线,短波一侧的谱线称紫伴线或反斯托克斯线:频率差与入射光频率无关,由散射物质的性质决定,每种散射物质都有自己特定的频率差,其中有些与介质的红外吸收频率相一致。
拉曼光谱即拉曼散射的光谱。靠近瑞利散射线两侧的谱线称为小拉曼光谱,远离瑞利散射线的两侧出现的谱线称为大拉曼光谱。拉曼散射的强度比瑞利散射要弱得多。瑞利散射线的强度只有入射光强度的千分之一,拉曼光谱强度大约只有瑞利线的千分之一。与入射光频率相同的成分称为瑞利散射,频率对称分布在两侧的谱线或谱带称为拉曼散射。
拉曼光谱的理论解释是:入射光子与分子发生非弹性散射,分子吸收频率为的光子,发射的光子,同时分子从低能态跃迁到高能态(斯托克斯线),与分子红外光谱不同,极性分子和非极性分子都能产生拉曼光谱。
当拉曼光谱仪一束频率为v0的单色光照射到样品上后,分子可以使入射光发生散射。大部分光只是改变方向发生散射,而光的频率仍与激发光的频率相同,这种散射称为瑞利散射;约占总散射光强度的 10^-6~10^-10的散射,不仅改变了光的传播方向,而且散射光的频率也改变了,不同于激发光的频率,称为拉曼散射。拉曼散射中频率减少的称为斯托克斯散射,频率增加的散射称为反斯托克斯散射,斯托克斯散射通常要比反斯托克斯散射强得多,拉曼光谱仪通常测定的大多是斯托克斯散射,也统称为拉曼散射。
散射光与入射光之间的频率差v称为拉曼位移,拉曼位移与入射光频率无关,它只与散射分子本身的结构有关。拉曼散射是由于分子极化率的改变而产生的。拉曼位移取决于分子振动能及的变化,不同化学键或基团有特征的分子振动,ΔE反映了指定能级的变化,因此与之对应的拉曼位移也是特征的。这是拉曼光谱仪可以作为分子结构定性分析的依据。
拉曼光谱仪为研究晶体或分子的结构提供了重要手段,在光谱学中形成了拉曼光谱学的一个分支。用拉曼散射的方法可迅速定出分子振动的固有频率,并可决定分子的对称性、分子内部的作用力等。但拉曼光谱本身有一定的局限性,比如拉曼散射的强度较弱,对样品进行拉曼散射研究时有强大的荧光及瑞利散射干扰等等。因此它在相当长一段时间里未真正成为一种有实际应用价值的工具,直到激光器的问世,提供了优质高强度单色光,有力推动了拉曼散射的研究及其应用。
激光使拉曼光谱获得了新生,因为激光的高强度极大地提高了包含双光子过程的拉曼光谱分辨率和实用性。此外强激光引起的非线性效应导致了新的拉曼散射现象。为了进一步提高拉曼散射的强度,人们先后发展了傅立叶变换拉曼光谱仪、表面增强拉曼光谱仪、超位拉曼光谱仪、共振拉曼光谱仪、时间分辨拉曼光谱仪等,使拉曼光谱仪的效率和灵敏度得到更大的提高。
目前拉曼光谱仪的应用范围遍及化学、物理学、生物学和医学等各个领域,对于定性分析、高度定量分析和测定分子结构都有很大价值。随着拉曼光谱学研究的深入,拉曼光谱仪的应用必将愈来愈广泛。
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