拉曼光譜儀之拉曼光譜基礎知識的科普
點擊次數：1937次 更新時間：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。拉曼光譜是由于晶格振動、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。當以一定頻率的光源激發樣品時，會產生彈性和非彈性散射現象。大部分分子發生彈性碰撞，光子的頻率沒有改變，或者說波長與能量沒有任何改變，不進行能量轉移；小部分分子發生非彈性碰撞，由于勵磁或失活的分子振動使光子可能會失去或增加一些能量，頻率發生改變。當入射光波在分子中傳播擴散時，以下三種類型的現象可能發生：
首先，當一束光線照射分子時，它可以與其進行能量交換，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，這個過程被稱為瑞利散射。
第二，入射光能夠與分子進行能量交換而且凈交換能量是一個分子的振動能量。如果這種相互作用使光子獲得振動能量，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。從拉曼散射形成機理可以確認，拉曼散射光能量等于入射光能量加上或減去分子振動能級的能量差，即拉曼散射光的頻率取決于激發光的入射頻率。而拉曼頻率位移（拉曼頻移，Ramanshift）和分子振動能級無關，只取決于分子振動能級差。
拉曼光譜儀具有鮮明的優點，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構；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；儀器穩固，體積適中，維護成本低，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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