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拉曼光谱基本概述

光谱和光线

光与物质以不同的方式相互作用,光会透射通过某些物质,而在其他物质上会发生反射或散射。这种相互作用受到物质和光的颜色(波长)的影响。我们把这种对光的研究称为“光谱学”。可见光谱的哪些部分进入我们的眼睛决定了我们会感知到哪些颜色。

例如,如果一种物质吸收照射光谱中的红色部分,仅把蓝色部分反射(或散射)到我们的眼睛里,这种物质将显现蓝色。

拉曼光谱学关注散射光

如果将蓝色光(仅光谱的一部分)照射到物质上,您可能只能看到蓝色光被物质反射回来;或者如果它被完全吸收了,则完全没有光(即黑色材料)。

然而,使用拉曼光谱仪,您经常能看到散射光的极小部分具有不同的颜色。散射光的频率改变是因为,在散射过程中,它与分子振动相互作用,造成能量变化。这就是拉曼散射过程,以发现者 — 著名的印度物理学家C.V.Raman — 的名字命名。Raman因为这个伟大的发现获得了1930年诺贝尔物理学奖。

通过研究原子振动,我们能够发现物质的化学组成和其他有用的信息。

拉曼效应非常微弱;仅大约千万分之一的散射光会因为频率位移而发生颜色变化。这种效应太微弱,不能通过裸眼观察,所以我们需要借助高灵敏度光谱仪观察这部分散射光。

拉曼光谱仪

这些系统由以下部分组成:

  • 一个或多个单色光源(激光)
  • 透镜(用于把光聚焦到样品上,以及采集散射光)
  • 滤光片(用于滤掉反射光和散射光,这样只采集拉曼光)
  • 分光装置(一般是一块衍射光栅或棱镜)
  • 一个超高灵敏度探测器(用于检测弱光)
  • 一台计算机等类似设备,用于控制整个系统、显示光谱,以及分析信息

与其他分析技术相比,例如用X光探测材料或观察材料如何吸收光线(红外吸收或紫外吸收),拉曼散射在材料研究方面具有显著优势

下载《讲解拉曼光谱》手册