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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:未知人氣:發表時間:2017-07-26


      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於印度科學家C.V.拉曼(Raman)所發現的拉曼散射效應,對與入射光頻率不同的散射光譜進行分析以得到分子振動、轉動方麵信息,並應用於分子結構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雖然隨入射光的波數而不同,但對同一樣品,同一拉曼譜線的位移與入射光的波長無關,隻和樣品的振動轉動能級有關;

      b. 在以波數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, 這是由於在上述兩種情況下分別相應於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度大。這是由於Boltzmann分布,處於振動基態上的粒子數遠大於處於振動激發態上的粒子數。



 
       拉曼光譜儀原理,拉曼光譜儀工作原理:當一束頻率為v0的單色光照射到樣品上後,分子可以使入射光發生散射。大部分光隻是改變光的傳播方向,從而發生散射,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,它約占總散射光強度的 10^-6~10^-10,該散射光不僅傳播方向發生了改變,而且該散射光的頻率也發生了改變,從而不同於激發光(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得多,拉曼光譜儀通常大多測定的是斯托克斯散射,也統稱為拉曼散射。

        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,它隻與散射分子本身的結構有關。拉曼散射是由於分子極化率的改變而產生的(電子雲發生變化)。拉曼位移取決於分子振動能級的變化,不同化學鍵或基團有特征的分子振動,ΔE反映了指定能級的變化,因此與之對應的拉曼位移也是特征的。這是拉曼光譜可以作為分子結構定性分析的依據。

 
激光拉曼光譜儀工作原理圖
 
       分子能級與分子光譜
 
    分子運動包括整體的平動、轉動、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、振動能和轉動能。除 外,其餘三項都是量子化的,統稱分子內部運動能。分子光譜產生於分子內部運動狀態的改變。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動能級。
 
       一定波長的電磁波作用於被研究物質的分子,引起分子相應能級的躍遷,產生分子吸收光譜。引起分子電子能級躍遷的光譜稱電子吸收光譜,其波長位於紫外~可見光區,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動能級的躍遷。紅外吸收和拉曼散射光譜是分子的振動-轉動光譜。用遠紅外光波照射分子時,隻會引起分子中轉動能級的躍遷,得到純轉動光譜。 
 
拉曼光譜原理圖
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。當用一定頻率的激發光照射分子時,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。隻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,最強的Raman散射也僅占整個散射光的千分之幾,而最弱的甚至小於萬分之一。
  
        處於振動基態的分子在光子的作用下,激發到較高的、不穩定的能態(稱為虛態),當分子離開不穩定的能態,回到較低能量的振動激發態時,散射光的能量等於激發光的能量減去兩振動能級的能量差。
 
拉曼散射原理圖
拉曼散射原理圖


拉曼光譜儀運用到幾種重要的分析技術
 
1、單道檢測的拉曼光譜分析技術

2、以CCD為代表的多通道探測器的拉曼光譜分析技術

3、采用傅立葉變換技術的FT-Raman光譜分析技術

4、共振拉曼光譜分析技術

5、表麵增強拉曼效應分析技術



拉曼光譜用於分析的優點和缺點
 
優點

1、拉曼光譜用於分析的優點

拉曼光譜的分析方法不需要對樣品進行前處理,也沒有樣品的製備過程,避免了一些誤差的產生,並且在分析過程中操作簡便,測定時間短,靈敏度高等優點。

不足

2、拉曼光譜用於分析的不足

(1)拉曼散射麵積

(2)不同振動峰重疊和拉曼散射強度容易受光學係統參數等因素的影響

(3)熒光現象對傅立葉變換拉曼光譜分析的幹擾

(4)在進行傅立葉變換光譜分析時,常出現曲線的非線性的問題

(5)任何一物質的引入都會對被測體體係帶來某種程度的汙染,這等於引入了一些誤差的可能性,會對分析的結果產生一定的影響。





 

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