拉曼光谱仪

      拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼（Raman）所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。

分子能级与分子光谱

分子运动包括整体的平动、转动、振动及电子的运动。分子总能量可近似为这些运动的能量之和，分别是分子的平动能、振动能、转动能和电子运动能。除平动能外，其余三项都是量子化的，统称分子内部运动能。

分子光谱产生于分子内部运动状态的改变。分子有不同的电子能级，每个电子能级又有不同的振动能级。而每个振动能级又有不同的转动能级。一定波长的电磁波作用于分子，引起分子相应能级的跃迁，产生分子吸收光谱。引起分子电子能级跃迁的光谱称电子吸收光谱，其波长位于紫外-可见光区，故称紫外－可见光谱。电子能级跃迁伴有振动能级和转动能级的跃迁，引起分子振动能级跃迁的光谱称振动光谱，振动能级跃迁的同时伴有转动能级的跃迁。红外吸收和拉曼散射光谱是分子的振动－转动光谱。用远红外光波照射分子时，只会引起分子中转动能级的跃迁，得到纯转动光谱。近红外区伴随的是X-H或多键振动的倍频和合频。

拉曼光谱原理图

拉曼散射

拉曼散射是分子对光子的一种非弹性散射效应。当用一定频率的激发光照射分子时，一部分散射光的频率和入射光的频率相等。这种散射是分子对光子的一种弹性散射。只有分子和光子间的碰撞为弹性碰撞，没有能量交换时，才会出现这种散射。该散射称为瑞利散射。还有一部分散射光的频率和激发光的频率不等，这种散射成为拉曼散射。Raman散射的几率极小，最强的Raman散射也仅占整个散射光的千分之几，而最弱的甚至小于万分之一。

处于振动基态的分子在光子的作用下，激发到较高的、不稳定的能态（称为虚态），当分子离开不稳定的能态，回到较低能量的振动激发态时，散射光的能量等于激发光的能量减去两振动能级的能量差。

拉曼散射原理图

拉曼光谱仪主要适用于科研院所、高等院校物理和化学实验室、生物及医学领域等光学方面，研究物质成分的判定与确认；还可以应用于刑侦及珠宝行业进行毒品的检测及宝石的鉴定。该仪器以其结构简单、操作简便、测量快速高效准确，以低波数测量能力著称；采用共焦光路设计以获得更高分辨率，可对样品表面进行um级的微区检测，也可用此进行显微影像测量。

性能特点：

1. 共焦显微拉曼光学系统

2. 0.8um的影像分辨率

3. Czerny-Turner对称式结构单色仪

4. 实时非侵入与非破坏性检测

5. 无须或极少准备样品

6. 无消耗性化学废弃物

7. 高分辨率

8. 工作波数范围大，最低可探测波长可达538.9nm

9. 可对样品表面进行um级的微区检测

10. 可进行显微成像测量

11. 快速检测

12. 操作简便

工作原理

当一束频率为v0的单色光照射到样品上后，分子可以使入射光发生散射。大部分光只是改变光的传播方向，从而发生散射，而穿过分子的透射光的频率，仍与入射光的频率相同，这时，称这种散射称为瑞利散射；还有一种散射光，它约占总散射光强度的 10^-6～10^-10，该散射光不仅传播方向发生了改变，而且该散射光的频率也发生了改变，从而不同于激发光（入射光）的频率，因此称该散射光为拉曼散射。在拉曼散射中，散射光频率相对入射光频率减少的，称之为斯托克斯散射，因此相反的情况，频率增加的散射，称为反斯托克斯散射，斯托克斯散射通常要比反斯托克斯散射强得多，拉曼光谱仪通常大多测定的是斯托克斯散射，也统称为拉曼散射。

散射光与入射光之间的频率差v称为拉曼位移，拉曼位移与入射光频率无关，它只与散射分子本身的结构有关。拉曼散射是由于分子极化率的改变而产生的（电子云发生变化）。拉曼位移取决于分子振动能级的变化，不同化学键或基团有特征的分子振动，ΔE反映了指定能级的变化，因此与之对应的拉曼位移也是特征的。这是拉曼光谱可以作为分子结构定性分析的依据。

应用领域

1. 石油领域

检测石油产品质量、定性分析石油产品组成或种类

2. 食品领域

用于食品成分的“证实”，以及掺杂物的“证伪”

3. 农牧领域

农牧产品的分类及鉴定

4. 化学、高分子、制药及医学相关领域

过程控制；质量控制、成分鉴定、药物鉴别、疾病诊断

5. 刑侦及珠宝行业

毒品检测；珠宝鉴定

6.环境保护

环保部门水质污染监测、表面污染检测和其他有机污染物

7. 物理领域

光学器件和半导体元件研究

8.鉴定

古物古玩鉴定、公安刑事鉴定等其他领域。

9.地质领域

现场探矿、矿石成分的定量定性分析和包裹体的研究等。