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激光拉曼光譜儀的工作原理與特點
閱讀：3689 發(fā)布時間：2020-4-22
在對物質(zhì)的分子組成、結(jié)構(gòu)以及相對含量進行分析的時候，很多時候都會利用光譜儀，而激光拉曼光譜儀是綜合測量體系，結(jié)合了激光光譜學(xué)、微電子系統(tǒng)和精密機械，是一個廣受歡迎的儀器。
關(guān)于激光拉曼光譜儀
激光拉曼光譜儀，我們也稱其為激光拉曼檢測器，是一個集合了激光光譜學(xué)、精密機械和微電子系統(tǒng)的綜合測量體系。其終結(jié)果是獲得散射介質(zhì)在一定方向上具有一定偏振態(tài)的散射光強隨頻率分布的譜圖。
激光拉曼光譜儀分析是一種非破壞性的微區(qū)分析手段，液體、粉末及各種固體樣品均不需特殊處理即可用于拉曼光譜的測定。拉曼光譜可以單獨，或與其他技術(shù)(如X衍射譜、紅外吸收光譜、中子散射等)結(jié)合起來應(yīng)用，方便地確定離子、分子種類和物質(zhì)結(jié)構(gòu)。其應(yīng)用主要是對各種固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)物質(zhì)的分子組成、結(jié)構(gòu)及相對含量等進行分析，實現(xiàn)對物質(zhì)的鑒別與定性。
基礎(chǔ)工作原理
當光線照射到分子并且和分子中的電子云及分子鍵結(jié)產(chǎn)生相互作用，就會發(fā)生拉曼效應(yīng)。對于自發(fā)拉曼效應(yīng)，光子將分子從基態(tài)激發(fā)到一個虛擬的能量狀態(tài)。當激發(fā)態(tài)的分子放出一個光子后并返回到一個不同于基態(tài)的旋轉(zhuǎn)或振動狀態(tài)。在基態(tài)與新狀態(tài)間的能量差會使得釋放光子的頻率與激發(fā)光線的波長不同。
如果終振動狀態(tài)的分子比初始狀態(tài)時能量高，所激發(fā)出來的光子頻率則較低，以確保系統(tǒng)的總能量守衡。這一個頻率的改變被名為Stokes shift。如果終振動狀態(tài)的分子比初始狀態(tài)時能量低，所激發(fā)出來的光子頻率則較高，這一個頻率的改變被名為Anti-Stokes shift。拉曼散射是由于能量透過光子和分子之間的相互作用而傳遞，就是一個非彈性散射的例子。
關(guān)于振動的配位，分子極化電勢的改變或稱電子云的改變量，是分子拉曼效應(yīng)必定的結(jié)果。極化率的變化量將決定拉曼散射強度。該模式頻率的改變是由樣品的旋轉(zhuǎn)和振動狀態(tài)決定。
激光拉曼光譜法是以拉曼散射為理論基礎(chǔ)的一種光譜分析方法。
拉曼散射：當激發(fā)光的光子與作為散射中心的分子相互作用時，大部分光子只是發(fā)生改變方向的散射，而光的頻率并沒有改變，大約有占總散射光的10-10-10-6的散射，不僅改變了傳播方向，也改變了頻率。這種頻率變化了的散射就稱為拉曼散射。
對于拉曼散射來說，分子由基態(tài)E0被激發(fā)至振動激發(fā)態(tài)E1，光子失去的能量與分子得到的能量相等為△E，反映了*能級的變化。因此，與之相對應(yīng)的光子頻率也是具有特征性的，根據(jù)光子頻率變化就可以判斷出分子中所含有的化學(xué)鍵或基團。
這就是拉曼光譜可以作為分子結(jié)構(gòu)的分析工具的理論基礎(chǔ)。
激光拉曼光譜儀的特點
(1)對樣品無接觸、無損傷，樣品不需要制備；
(2)快速分析鑒別各種材料的特性與結(jié)構(gòu)；
(3)能適合黑水和含水樣品，可在高、低溫及高壓條件下準確測量。