激光拉曼光譜

激光拉曼光譜分析Ramanlaser

spectroscopy

邱東敏激光為什么是拉曼光譜的理想光源？拉曼散射的發(fā)展

1928年，印度物理學(xué)家拉曼（G.V.Raman）首次發(fā)現(xiàn)拉曼散射效應(yīng)，榮獲1930年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1928——1930年，拉曼光譜成為研究光譜的主要手段。因?yàn)槔庾V喇曼頻率及強(qiáng)度、偏振等標(biāo)志著散射物質(zhì)的性質(zhì)。1940——1960年，拉曼光譜地位一落千丈，主要是因?yàn)槔?yīng)太弱，并要求被測(cè)樣品體積足夠大、無(wú)色、無(wú)塵埃、無(wú)熒光等。1960年后，由于激光技術(shù)的發(fā)展，使得拉曼再度復(fù)興。用激光替代汞燈作為拉曼實(shí)驗(yàn)光源。激光成為了理想光源。激光光源其靈敏度比常規(guī)光源拉曼光譜可提高104~107倍，加之活性載體表面選擇吸附分子對(duì)熒光發(fā)射的抑制，使分析的信噪比大大提高。（1）激光亮度極強(qiáng)，可得到較強(qiáng)的拉曼射線。（2）激光的單色性極好，有利于得到高質(zhì)量的拉曼光譜圖。

（3）激光的準(zhǔn)直性可使激光束匯聚到試樣的微小部位以得到該部位的拉曼信息。

（4）激光幾乎完全是線偏振光，簡(jiǎn)化了去偏振度的測(cè)量。（5）激光的功率密度強(qiáng)，方向性好，使得光與物質(zhì)發(fā)生相互作用時(shí)散射截面（粒子與粒子的碰撞概率)增大，拉曼散射增強(qiáng)，從而得到較強(qiáng)的拉曼光譜信號(hào)。同時(shí)，我們還可以用譜線寬度窄的激光器，多波長(zhǎng)激光器一起使用，這樣拉曼效果才能出來比較好何謂瑞利散射、拉曼散射、斯托克斯散射、反斯托克斯散射？

瑞利散射當(dāng)一束激發(fā)光的光子與作為散射中心的分子發(fā)生相互作用時(shí)，大部分光子僅是改變了方向，發(fā)生散射，而光的頻率仍與激發(fā)光源一致，這種散射稱為瑞利散射。光通過介質(zhì)時(shí)由于入射光與分子運(yùn)動(dòng)相互作用而引起的頻率及方向發(fā)生變化的散射。其散射光的強(qiáng)度約占總散射光強(qiáng)度的10－3。拉曼散射的產(chǎn)生原因是光子與分子之間發(fā)生了能量交換，改變了光子的能量。拉曼效應(yīng)斯托克斯（Stokes）拉曼散射處于振動(dòng)基態(tài)的分子E0，被入射光激發(fā)到虛擬態(tài)，然后回到振動(dòng)激發(fā)態(tài)E1，產(chǎn)生能量為ΔE＝E1－E0

=h(v1-v0)拉曼散射，由此可以獲得相應(yīng)光子的頻率改變?chǔ)う停溅/h。這種散射光的能量比入射光的能量低此過程稱為斯托克斯散射。

反斯托克斯拉曼散射處于振動(dòng)激發(fā)態(tài)的分子，被入射光激發(fā)到虛擬態(tài)后躍遷會(huì)振動(dòng)基態(tài)，產(chǎn)生能量為h(v0+v1)的拉曼散射，稱為反斯托克斯散射。hnhn’n=n’n=n’Rayleighscattering:Iλ-4n=n’這種現(xiàn)象稱為拉曼散射RamanRayleighRamanscatteringantistokesstokes虛能級(jí)準(zhǔn)激發(fā)態(tài)基態(tài)激發(fā)態(tài)拉曼原理為何斯托克斯譜線強(qiáng)度比反斯托克斯譜線大？按照統(tǒng)計(jì)分布率，分子數(shù)在熱平衡下按能量的分布為玻耳茲曼分布，其中α為能級(jí)E的簡(jiǎn)并度，因此布居在較高能級(jí)上的