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比較拉曼光譜儀器與其他光譜儀的原理
發(fā)布時(shí)間:2022-05-16 10:56:00 點(diǎn)擊:2591
拉曼光譜(Raman spectra)儀原理是當(dāng)光線照射到分子和電子云及分子鍵結(jié)產(chǎn)生作用,就會(huì)發(fā)生拉曼效應(yīng)。拉曼光譜屬于分子發(fā)射分析方法,直讀光譜儀屬于原子發(fā)射分析方法。分子在光子作用下,激發(fā)虛態(tài),散射光能量減去激發(fā)光能量的能量差可以應(yīng)用到分析。
拉曼光譜儀原理
照射透明樣品,大部分光透過(guò),小部分會(huì)被樣品在各個(gè)方向上散射。這些光的散射又分為瑞利散射和拉曼散射兩種。
瑞利散射:光子與樣品分子發(fā)生彈性碰撞,即光子和分子之間沒有能量交換,即光子的能量保持不變,散射光能量和入射光能量相同,但方向可以改變。這種光的彈性碰撞,叫做瑞利散射。
拉曼散射:光子與樣品分子產(chǎn)生非彈性碰撞時(shí),散射光能量和入射光能量大小不同,光的頻率和方向都有所改變,這種光的散射成為拉曼散射。
拉曼散射的產(chǎn)生原因是光子與分子之間發(fā)生了能量交換,改變了光子的能量。拉曼散射的產(chǎn)生可以從光子和樣品分子作用時(shí)光子發(fā)生能級(jí)躍遷來(lái)解釋。
樣品分子處于電子能級(jí)和振動(dòng)能級(jí)的基態(tài),入射光子的能量遠(yuǎn)大于振動(dòng)能級(jí)躍遷所需要的能量,但又不足以將分子激發(fā)到電子能級(jí)激發(fā)態(tài)。樣品分子在吸收了光子后,被激發(fā)到較高的不穩(wěn)定的能態(tài)(虛態(tài))。當(dāng)樣品分子激發(fā)到虛態(tài)后又回到低能級(jí)的振動(dòng)激發(fā)態(tài),此時(shí)激發(fā)光能量大于散射光能量,散射光頻率小于入射光。這時(shí)在瑞利散射線較低頻率側(cè)就會(huì)出現(xiàn)一根拉曼散射線,這條線稱為Stokes線。若光子與處于振動(dòng)激發(fā)態(tài)(V1)的分子相互作用,是分子激發(fā)到更高的不穩(wěn)定能態(tài)后又回到振動(dòng)激態(tài)(V0),散射光的能量大于激發(fā)光,在瑞利散射線高頻率側(cè)會(huì)出現(xiàn)一拉曼散射線,這條線稱為Anti-stokes線。
常溫下分子大多處于振動(dòng)基態(tài),所以Stokes線強(qiáng)于Anti-stokes線,在一般拉曼光譜圖中只有Stokes線。
拉曼光譜因與紅外光譜有著相同的波長(zhǎng)范圍且操作相對(duì)簡(jiǎn)單,因此備受重視,優(yōu)勢(shì)是可分析更小面積的樣品,拉曼顯微鏡物鏡可將激光束進(jìn)一步聚焦至20微米甚至更小。因拉曼效應(yīng)表現(xiàn)在樣品散射的光,樣品制備對(duì)分析結(jié)果的影響小。并且拉曼光譜對(duì)水吸收帶不敏感,能透過(guò)透明的玻璃、石英以及塑料等對(duì)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)試。
紅外光譜儀和拉曼光譜儀都屬于分子振動(dòng)研究,可以共用光譜。兩者互相補(bǔ)充,但無(wú)法替代,拉曼光譜儀和紅外光譜儀都要根據(jù)檢測(cè)的需求再去選擇。
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