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激光拉曼光谱仪的工作原理与特点
点击次数:414 发布时间:2020-04-22
  在对物质的分子组成、结构以及相对含量进行分析的时候,很多时候都会利用光谱仪,而激光拉曼光谱仪是综合测量体系,结合了激光光谱学、微电子系统和精密机械,是一个广受欢迎的仪器。
 
  关于激光拉曼光谱仪
 
  激光拉曼光谱仪,我们也称其为激光拉曼检测器,是一个集合了激光光谱学、精密机械和微电子系统的综合测量体系。其最终结果是获得散射介质在一定方向上具有一定偏振态的散射光强随频率分布的谱图。
  激光拉曼光谱仪分析是一种非破坏性的微区分析手段,液体、粉末及各种固体样品均不需特殊处理即可用于拉曼光谱的测定。拉曼光谱可以单独,或与其他技术(如X衍射谱、红外吸收光谱、中子散射等)结合起来应用,方便地确定离子、分子种类和物质结构。其应用主要是对各种固态、液态、气态物质的分子组成、结构及相对含量等进行分析,实现对物质的鉴别与定性。
 
  基础工作原理
 
  当光线照射到分子并且和分子中的电子云及分子键结产生相互作用,就会发生拉曼效应。对于自发拉曼效应,光子将分子从基态激发到一个虚拟的能量状态。当激发态的分子放出一个光子后并返回到一个不同于基态的旋转或振动状态。在基态与新状态间的能量差会使得释放光子的频率与激发光线的波长不同。
  如果最终振动状态的分子比初始状态时能量高,所激发出来的光子频率则较低,以确保系统的总能量守衡。这一个频率的改变被名为Stokes shift。如果最终振动状态的分子比初始状态时能量低,所激发出来的光子频率则较高,这一个频率的改变被名为Anti-Stokes shift。拉曼散射是由于能量透过光子和分子之间的相互作用而传递,就是一个非弹性散射的例子。
  关于振动的配位,分子极化电势的改变或称电子云的改变量,是分子拉曼效应必定的结果。极化率的变化量将决定拉曼散射强度。该模式频率的改变是由样品的旋转和振动状态决定。
  激光拉曼光谱法是以拉曼散射为理论基础的一种光谱分析方法。
  拉曼散射:当激发光的光子与作为散射中心的分子相互作用时,大部分光子只是发生改变方向的散射,而光的频率并没有改变,大约有占总散射光的10-10-10-6的散射,不仅改变了传播方向,也改变了频率。这种频率变化了的散射就称为拉曼散射。
  对于拉曼散射来说,分子由基态E0被激发至振动激发态E1,光子失去的能量与分子得到的能量相等为△E,反映了指定能级的变化。因此,与之相对应的光子频率也是具有特征性的,根据光子频率变化就可以判断出分子中所含有的化学键或基团。
  这就是拉曼光谱可以作为分子结构的分析工具的理论基础。
 
  激光拉曼光谱仪的特点
 
  (1)对样品无接触、无损伤,样品不需要制备;
  (2)快速分析鉴别各种材料的特性与结构;
  (3)能适合黑水和含水样品,可在高、低温及高压条件下准确测量。

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