激光拉曼光谱法
激光拉曼光谱法
1、基本简介
拉曼光谱法是研究化合物分子受光照射后所产生的散射,散射光与入射光能级差和化合物振动频率、转动频率的关系的分析方法。拉曼光谱是一种振动光谱技术,是分子极化率改变的结果,被测量的是非弹性的散射辐。激光拉曼光谱是将入射激光通过显微镜聚焦到样品上,从而可以不受周围物质干扰情况下,精确获得所照样品微区的有关化学成分、晶体结构、分子相互作用以及分子取向等各种拉曼光谱信息。
2、基本原理
2.1拉曼散射的产生
拉曼散射的产生可以从光子和样品分子作用时光子发生能级跃迁来解释。样品分子处于电子能级和振动能级的基态,入射光子的能量远大于振动能级跃迁所需要的能量,但又不足以将分子激发到电子能级激发态。样品分子在吸收了光子后,被激发到较高的不稳定的能态(虚态)。当样品分子激发到虚态后又回到低能级的振动激发态,此时激发光能量大于散射光能量,散射光频率小于入射光。这时在瑞利散射线较低频率侧就会出现一根拉曼散射线,这条线称为Stokes线。若光子与处于振动激发态(V1)的分子相互作用,是分子激发到更高的不稳定能态后又回到振动激态(V0),散射光的能量大于激发光,在瑞利散射线高频率侧会出现一拉曼散射线,这条线称为Anti-stokes线。常温下分子大多处于振动基态,所以Stokes线强于Anti-stokes线,在一般拉曼光谱图中只有Stokes线。
2.2拉曼位移
Stokes与Anti-stokes散射光的频率与激发光之间频率的差值ΔV称为拉曼位移。一般斯托克斯散射光比反斯托克斯散射光强度大得多,故在拉曼光谱分析中通常测定斯托克斯散射光线。拉曼位移取决于分子振动能级的变化,不同的化学键或基态有不同的振动方式,决定了其能级间的能量变化,与之对应的拉曼位移是特征的。这是拉曼光谱进行分子结构定性分析的理论依据。
3、应用范围
激光拉曼光谱是激光光谱学中的一个重要分支,应用十分广泛。目前已广泛用于矿物夹杂物、环境污染、催化剂的成分鉴别、文物的鉴定和修复、材料非均匀性、产品结构的在位和无损检测、公安法学等方面。
在化学方面应可应用于有机化学、无机化学、生物化学、石油化工、高分子化学、催化和环境科学、分子鉴定、分子结构等研究;在物理学方面可以应用于发展新型激光器、产生超短脉冲、分子瞬态寿命研究等,此外在相干时间、固体能谱方面也有及其广泛的应用。
4、拉曼光谱优缺点
拉曼光谱技术具有很多优点:光谱的信息量大,谱图易辨认,特征峰明显;对样品无接触,无损伤;样品无需制备;能够快速分析、鉴别各种材料的特性与结构;激光拉曼光谱仪的显微共焦功能可做微区微量以及分层材料的分析(1 μm左右光斑);能适合黑色和含水样品以及高低温和高压条件下测量;此外,拉曼光谱仪使用简单,稳固而且体积适中,维护成本也相对较低。
拉曼光谱也有其不足之处,如不同振动峰重叠和拉曼散射强度容易受光学系统参数等因素的影响;荧光现象会对傅立叶变换拉曼光谱分析产生干扰;在进行傅立叶变换光谱分析时,常出现曲线的非线性的问题;在测定时,任何一物质的引入都会对被测体体系带来某种程度的污染,这等于引入了一些误差的可能性,会对分析的结果产生一定的影响等。
5、将来发展趋势
拉曼光谱在近年来发展是比较快的 ,一方面是由于激光技术的发展,超快激光的非线性拉曼光谱技术已经越来越成熟;另一方面,这种高精尖和需要昂贵设备的技术,原来仅有很少几个单位可以搞,特别是激光部分都是靠自己搭建,每天还得调,很不稳定,现在这个状况已经不存在了,而且仪器的价格相对也比较低。现在国际上推出的从事非线性光谱研究的超快激光器,技术上已经达到比较成熟地步,可以成套购买,也较稳定。随着社会经济的发展,资源的循环再利用和环境污染是我们国家急需解决得问题,而目前激光拉曼光谱与傅里叶变换红外光谱相配合,已成为分子结构研究的主要手段,且在环境科学、高分子化学方面得到广泛运用,因此未来激光拉曼光谱技术的发展前景还是不错的!
袁露 20132722 循环1301