本文簡單地介紹了拉曼散射和拉曼光譜。

拉曼散射現(xiàn)象是印度物理學(xué)家拉曼(C.V.Raman)于1928年發(fā)現(xiàn)。當(dāng)光照射在介質(zhì)上，除被介質(zhì)反射、吸收和透射及瑞利散射外，還有一部分與入射光波長不同的散射光，稱之為拉曼散射光，瑞利散射散射光波長與入射光波長相同。 拉曼光譜是一種功能強(qiáng)大且用途廣泛的分析技術(shù)，用于研究分子和材料樣品。該技術(shù)基于光的非彈性散射，也稱為拉曼散射，可以識別和定量樣品中的化學(xué)鍵。 每個(gè)分子或材料都有一組獨(dú)特的化學(xué)鍵，這些鍵振動(dòng)的頻率取決于當(dāng)?shù)氐幕瘜W(xué)環(huán)境。這為每個(gè)分子提供了可用于識別的獨(dú)特拉曼“指紋”。 觀察到的轉(zhuǎn)變強(qiáng)度也可用于獲取有關(guān)樣品的定量信息。典型的拉曼光譜儀器由光源、光束處理光學(xué)器件和探測器組成。

了解拉曼散射

拉曼光譜最常見的方法是通過用光誘導(dǎo)分子的振動(dòng)轉(zhuǎn)變來監(jiān)測化學(xué)振動(dòng)。當(dāng)光照射到樣品上時(shí)，一些光子會(huì)受到彈性或非彈性散射。 由于在彈性散射中，入射光子和樣品之間沒有能量轉(zhuǎn)移，因此被測光的波長與輸入光相同。這種散射叫瑞利散射。 在非彈性散射事件中，樣品和光子之間存在能量轉(zhuǎn)移，進(jìn)而散射波長與入射波長不一樣。這種散射叫拉曼散射。 拉曼頻移（Raman shift）：拉曼光譜的橫坐標(biāo)稱作拉曼頻移。拉曼散射分為斯托克斯散射和反斯托克斯散射，通常的拉曼實(shí)驗(yàn)檢測到的是斯托克斯散射，拉曼散射光和瑞利光的頻率之差值稱拉曼頻移（Raman shift）：Δν=| ν 0 – ν s |，即散射光頻率與激發(fā)光頻之差。Δv取決于分子振動(dòng)能級的改變，所以他是特征的，并且拉曼光譜與入射光波長無關(guān)，適應(yīng)于分子結(jié)構(gòu)的分析。

圖片來自濱松光子。

拉曼光譜原理和儀器

測量拉曼光譜的困難之一是拉曼過程并不是唯一可能由光引發(fā)的過程。如果分子受到光源的電刺激，它可能會(huì)發(fā)出熒光，表明通過光子發(fā)射的能量弛豫。 熒光背景是拉曼光譜中的一個(gè)嚴(yán)重問題，因?yàn)檫@些背景信號具有更寬的能量范圍，并且比非彈性散射的拉曼信號更強(qiáng)大。拉曼信號自然較弱，強(qiáng)度標(biāo)度為 1/λ^4，其中 λ 是用于啟動(dòng)拉曼過程的激發(fā)波長。 在拉曼光譜中使用較短波長的激發(fā)源可以提高拉曼的強(qiáng)度，但也增加了有足夠的能量來激活樣品中的電子躍遷并啟動(dòng)熒光過程的可能性。 為了充分利用拉曼光譜在樣品鑒定中的強(qiáng)大功能，必須仔細(xì)布局拉曼光譜光譜，以盡量減少這些相互競爭的貢獻(xiàn)。 近年來，更長波長的激發(fā)和使用更靈敏的傅里葉變換拉曼光譜儀器，以及提高拉曼信號電平的表面增強(qiáng)方法已經(jīng)變得普遍。

審核編輯：黃飛