拉曼光譜中的散射光通常包含兩種類型的散射:斯托克斯散射和反斯托克斯散射。斯托克斯散射是光子損失能量的過程,而反斯托克斯散射是光子獲得能量的過程。拉曼光譜的應(yīng)用通常側(cè)重于斯托克斯散射,因為它通常更強,且能提供更多的分子信息。

1.激光照射樣品
先利用激光束照射樣品。激光的波長通常選擇在紫外、可見光或近紅外區(qū)域,因為這些波長的激光與分子的振動和旋轉(zhuǎn)模式匹配較好,能夠引發(fā)拉曼散射。
2.拉曼散射的發(fā)生
當激光光子與樣品中的分子相互作用時,大多數(shù)光子會發(fā)生彈性散射,稱為瑞利散射。而一小部分光子會發(fā)生非彈性散射,即拉曼散射。拉曼散射的光頻會發(fā)生偏移,這種偏移與分子的特定振動模式密切相關(guān)。
3.光譜采集與分析
拉曼散射光通過光譜儀收集,并經(jīng)過光學系統(tǒng)(如濾光片、光纖等)分離出拉曼信號。然后,使用光譜探測器(如CCD相機、PMT等)記錄散射光的強度和頻率信息,最終得到拉曼光譜。是通過改變激光的入射波長或者檢測不同波長的散射光來實現(xiàn)的。
4.數(shù)據(jù)處理與解讀
采集到的拉曼光譜會經(jīng)過數(shù)據(jù)處理,得到一系列峰值,峰的位置、強度和寬度都可以提供關(guān)于樣品化學成分、分子結(jié)構(gòu)以及物理狀態(tài)的信息。通過與標準光譜進行對比,可以對未知樣品進行定性和定量分析。
部分組成:
1.激光光源
激光是核心光源。常用的激光光源包括氦氖激光(He-Ne,波長632.8nm)、氬離子激光(Ar+,波長488nm、514nm)、二氧化碳激光(CO2,波長10.6μm)以及光纖激光等。選擇激光波長時,通常考慮樣品的激發(fā)特性及其與樣品的相互作用。
2.光學系統(tǒng)
光學系統(tǒng)包括聚光鏡、物鏡、光纖、濾光片等,主要用于激光束的聚焦、拉曼散射光的收集與傳輸。通過精確調(diào)節(jié)光學元件,可以確保拉曼信號的強度和光譜的分辨率。
3.光譜分辨儀
光譜分辨儀用于將拉曼散射光按照不同的頻率分解為光譜,常見的光譜分辨儀有光柵光譜儀和干涉儀。光柵光譜儀通過光柵反射和折射來分解不同波長的光,而干涉儀則通過干涉效應(yīng)來選擇性地提取某些頻率的信號。
4.探測器
探測器是用來記錄分解后的光譜信號的設(shè)備,常見的探測器包括光電二極管(PD)、光電倍增管(PMT)、以及基于CCD或CMOS技術(shù)的相機。探測器需要具有高靈敏度和低噪聲,以便捕捉微弱的拉曼信號。
5.計算與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
通常配備計算機及相應(yīng)的軟件系統(tǒng),用于數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理與分析。軟件系統(tǒng)能對光譜進行平滑、基線校正、峰值分析、定量分析等處理,以得到精確的實驗結(jié)果。
掃描拉曼光譜的優(yōu)勢:
1.無損分析
拉曼光譜是一種非破壞性的分析方法,適用于寶貴、脆弱或難以獲取的樣品,避免了樣品的污染或破壞。
2.高分辨率
具有高的空間分辨率和頻率分辨率,能夠細致地分析分子內(nèi)部的振動模式和結(jié)構(gòu)。
3.適用范圍廣
可用于固體、液體、氣體等各種狀態(tài)的樣品分析,尤其對水溶液中含有有機物和無機物的物質(zhì)具有良好的適應(yīng)性。