拉曼光譜工作原理

 

    拉曼光譜（Raman spectra），是一種散射光譜。拉曼光譜分析法是基于印度科學(xué)家C.V.拉曼（Raman）所發(fā)現(xiàn)的拉曼散射效應(yīng)，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(zhuǎn)動方面信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究的一種分析方法。最常用的紅外及拉曼光譜區(qū)域波長是2.5~25μm。（中紅外區(qū)）

 

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分子能級與分子光譜

 

　  分子運動包括整體的平動、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動能。除　外，其余三項都是量子化的，統(tǒng)稱分子內(nèi)部運動能。分子光譜產(chǎn)生于分子內(nèi)部運動狀態(tài)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(zhuǎn)動能級。

 

    一定波長的電磁波作用于被研究物質(zhì)的分子，引起分子相應(yīng)能級的躍遷，產(chǎn)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，其波長位于紫外～可見光區(qū)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)動能級的躍遷。紅外吸收和拉曼散射光譜是分子的振動－轉(zhuǎn)動光譜。用遠紅外光波照射分子時，只會引起分子中轉(zhuǎn)動能級的躍遷，得到純轉(zhuǎn)動光譜。 

 

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(yīng)。當(dāng)用一定頻率的激發(fā)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。只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(xiàn)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(fā)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，而最弱的甚至小于萬分之一。

　　

處于振動基態(tài)的分子在光子的作用下，激發(fā)到較高的、不穩(wěn)定的能態(tài)（稱為虛態(tài)），當(dāng)分子離開不穩(wěn)定的能態(tài)，回到較低能量的振動激發(fā)態(tài)時，散射光的能量等于激發(fā)光的能量減去兩振動能級的能量差。

 

拉曼散射原理圖