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激光拉曼光譜儀的工作原理與特點

 發布時間:2020-04-22 點擊量:2028
  在對物質的分子組成、結構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,結合了激光光譜學、微電子系統和精密機械,是一個廣受歡迎的儀器。
 
  關于激光拉曼光譜儀
 
  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、精密機械和微電子系統的綜合測量體系。其終結果是獲得散射介質在一定方向上具有一定偏振態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(如X衍射譜、紅外吸收光譜、中子散射等)結合起來應用,方便地確定離子、分子種類和物質結構。其應用主要是對各種固態、液態、氣態物質的分子組成、結構及相對含量等進行分析,實現對物質的鑒別與定性。
 
  基礎工作原理
 
  當光線照射到分子并且和分子中的電子云及分子鍵結產生相互作用,就會發生拉曼效應。對于自發拉曼效應,光子將分子從基態激發到一個虛擬的能量狀態。當激發態的分子放出一個光子后并返回到一個不同于基態的旋轉或振動狀態。在基態與新狀態間的能量差會使得釋放光子的頻率與激發光線的波長不同。
  如果終振動狀態的分子比初始狀態時能量高,所激發出來的光子頻率則較低,以確保系統的總能量守衡。這一個頻率的改變被名為Stokes shift。如果終振動狀態的分子比初始狀態時能量低,所激發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,是分子拉曼效應必定的結果。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和振動狀態決定。
  激光拉曼光譜法是以拉曼散射為理論基礎的一種光譜分析方法。
  拉曼散射:當激發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E0被激發至振動激發態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,與之相對應的光子頻率也是具有特征性的,根據光子頻率變化就可以判斷出分子中所含有的化學鍵或基團。
  這就是拉曼光譜可以作為分子結構的分析工具的理論基礎。
 
  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構;
  (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。
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