探究拉曼散射光谱技术

图2-4 拉曼光谱能阶图

印度物理学家拉曼（Raman）在1928年发现了光的非弹性散射效应拉曼散射，单色光照射在分子表面会发生散射，小部分散射光因为会跟分子发生能量交换，光谱的波长会发生改变，这种光谱就是拉曼光谱。同年稍后在前苏联和法国也被观察到。在透明介质的散射光谱中，频率与入射光频率ν₀相同的成分称为瑞利散射；频率对称分布在ν₀两侧的谱线或谱带ν₀±ν₁即拉曼光谱，其中频率较小的成分ν₀-ν₁又称为斯托克斯线，频率较大的成分ν₀+ν₁又称为反斯托克斯线。靠近瑞利散射线两侧的谱线称为小拉曼光谱；远离瑞利线两侧出现的谱线称为大拉曼光谱。瑞利散射线的强度只有入射光强度的10^-3，拉曼光谱强度大约只有瑞利线的10^-3。小拉曼光谱与分子的转动能级有关，大拉曼光谱与分子振动-转动能级有关。拉曼光谱的理论解释是，入射光子与分子发生非弹性散射，分子吸收频率为ν₀的光子，发射ν₀-ν₁的光子（即吸收的能量大于释放的能量），同时分子从低能态跃迁到高能态（斯托克斯线）；分子吸收频率为ν₀的光子，发射ν₀+ν₁的光子（即释放的能量大于吸收的能量），同时分子从高能态跃迁到低能态（反斯托克斯线）。分子能级的跃迁仅涉及转动能级，发射的是小拉曼光谱；涉及振动-转动能级，发射的是大拉曼光谱。图2-4所示是拉曼光谱的能阶图，其可以更好地表示出不同的能阶相对应的拉曼信号（图中线的粗细大致与描述信号的强度成比例）。与分子红外光谱不同，极性分子和非极性分子都能产生拉曼光谱。拉曼光谱的应用范围遍及化学、物理学、生物学和医学等各个领域，对于纯定性分析、高度定量分析和测定分子结构都有很大价值。

随着拉曼光谱学、仪器学、激光技术的发展，拉曼光谱技术作为一种成熟的光谱分析技术，已发展了多种不同的分析技术，如傅里叶变换-拉曼（FT-Raman）光谱、表面增强拉曼光谱（Surface Enhanced Raman Spectroscopy，SERS）、激光共振拉曼光谱（Resonance Raman Spectrome-try）、共焦显微拉曼光谱等。表2-1列出了各种拉曼光谱技术的原理、优缺点及主要的应用领域。(www.xing528.com)

表2-1 典型拉曼光谱技术