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拉曼光譜儀之拉曼光譜基礎(chǔ)知識的科普

點(diǎn)擊次數(shù):1855次  更新時(shí)間:2024-04-29
   拉曼光譜儀之所以能研制成功得益于拉曼光譜技術(shù)。拉曼光譜是由于晶格振動(dòng)、電荷密度起伏、自旋密度起伏、電子躍遷以及它們的耦合等因素引起的。當(dāng)以一定頻率的光源激發(fā)樣品時(shí),會產(chǎn)生彈性和非彈性散射現(xiàn)象。大部分分子發(fā)生彈性碰撞,光子的頻率沒有改變,或者說波長與能量沒有任何改變,不進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移;小部分分子發(fā)生非彈性碰撞,由于勵(lì)磁或失活的分子振動(dòng)使光子可能會失去或增加一些能量,頻率發(fā)生改變。當(dāng)入射光波在分子中傳播擴(kuò)散時(shí),以下三種類型的現(xiàn)象可能發(fā)生:

 

  首先,當(dāng)一束光線照射分子時(shí),它可以與其進(jìn)行能量交換,但分子的凈能量交換△E為零,所以散射光頻率與入射光相同,即E=E0,這個(gè)過程被稱為瑞利散射。
  第二,入射光能夠與分子進(jìn)行能量交換而且凈交換能量是一個(gè)分子的振動(dòng)能量。如果這種相互作用使光子獲得振動(dòng)能量,則散射光頻率與入射光相比變高,即image.png,稱為反-斯托克斯散射。
  第三,如果光與分子相互作用使分子獲得能量,而光子失去能量,則散射光與入射光相比能量降低,即image.png,這個(gè)過程被稱為斯托克斯散射。
  拉曼散射可以是斯托克斯散射,也可以是反-斯托克斯散射。從拉曼散射形成機(jī)理可以確認(rèn),拉曼散射光能量等于入射光能量加上或減去分子振動(dòng)能級的能量差,即拉曼散射光的頻率取決于激發(fā)光的入射頻率。而拉曼頻率位移(拉曼頻移,Ramanshift)和分子振動(dòng)能級無關(guān),只取決于分子振動(dòng)能級差。
  拉曼光譜儀具有鮮明的優(yōu)點(diǎn),比如說它對樣品無接觸,無損傷;樣品無需制備;快速分析,鑒別各種材料的特性與結(jié)構(gòu);能適合黑色和含水樣品;高、低溫及高壓條件下測量;光譜成像快速、簡便,分辨率高;儀器穩(wěn)固,體積適中,維護(hù)成本低,使用簡單等等。此外,它還具有*的能力,可以通過透明的包裝材料,如玻璃或塑料,直接測試樣品,并對光譜信息沒有任何干擾。
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