拉曼光谱仪是测什么的它的原理是什么

拉曼光谱仪是一种光谱仪系列的简称，基于印度科学家CV拉曼(Raman)发现拉曼散射效应。拉曼光谱仪的原理是什么？又能测什么物质呢？

1 拉曼光谱基本原理

当一束频率为V0的单色光照射到样品上后，分子(或原子)可以使入射光发生散射或者反射。大部分光只是改变方向发生散射，而光的频率仍与激发光的频率(即V0)相同，这种散射称为瑞利散射(，大约占据99%左右;约占总散射光强度的 10E-6～10E-10的散射，不仅改变了光的传播方向，而且散射光的频率也改变了，不同于激发光的频率，称为拉曼散射。拉曼散射中频率减少的，即V1V0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，拉曼光谱仪通常测定的大多是斯托克斯散射，也统称为拉曼散射。拉曼光谱可以作为分子结构定性分析。激光入射到样品，产生散射光：散射光为弹性散射，频率不发生改变为瑞丽(Rayleigh)散射;散射光为非弹性散射，频率发生改变为拉曼(Raman)散射。如图：Rayleigh散射(左)： 弹性碰撞;无能量交换，仅改变方向;Raman散射(右)： 非弹性碰撞;方向改变且有能量交换。其中，E0基态，E1振动激发态;E0+ hν0，E1+ hν0激发虚态;获得能量后，跃迁到激发虚态。

2拉曼光谱仪组成和使用

散射光相对于入射光频率位移与散射光强度形成的光谱称为拉曼光谱。拉曼光谱仪一般由光源、外光路、色散系统、及信息处理与显示系统五部分组成。那么拉曼光谱仪能够测什么呢？

拉曼光谱仪的使用，首先要具有激发波长，一般使用的激发波长都是几个固定的，如785nm,532nm, 1064nm等等。其次要有接收器，由于拉曼散射的信号无方向性，所以要使用如积分球、准直透镜等采样附件。由于拉曼光谱具有分辨率较高等特点，故其可以广泛应用于有机物、无机物以及生物样品的应用分析中。

3拉曼光谱仪谱图提供丰富的物质信息

拉曼谱线的数目、拉曼位移、和谱线强度等参量提供了被散射分子及晶体结构的有关信息，能够揭示原子的空间排列和相互作用。

综上所述，拉曼光谱仪凭借其优势能够很好地提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性分析，它无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量；目前，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

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。大部分光只是改变方向发生散射，而光的频率仍与激发光的频率相同，这种散射称为瑞利散射；约占总散射光强度的 10-6～10-10的散射，不仅改变了光的传播方向，而且散射光的频率也改变了，不同于激发光的频率，称为拉曼散射。拉曼散射中频率减少的称为斯托克斯散射，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，拉曼光谱仪通常测定的大多是斯托克斯散射，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。拉曼位移取决于分子振动能及的变化，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。

根据现代光谱仪器的工作原理,光谱仪可以分为两大类:经典光谱仪和新型 光谱仪经典光谱仪器是建立在空间色散原理上的仪器;新型光谱仪器是建立在 调制原理上的仪器经典光谱仪器都是狭缝光谱仪器调制光谱仪是非空间分光 的,它采用圆孔进光根据色散组件的分光原理,光谱仪器可分为:棱镜光谱仪, 衍射光栅光谱仪和干涉光谱仪 光学多道分析仪OMA (Optical Multi-channel Analyzer)是近十几年出现的采 用光子探测器(CCD)和计算机控制的新型光谱分析仪器,它集信息采集,处理, 存储诸功能于一体由于OMA不再使用感光乳胶,避免和省去了暗室处理以及 之后的一系列繁琐处理,测量工作,使传统的光谱技术发生了根本的改变,大大 改善了工作条件,提高了工作效率;使用OMA分析光谱,测盆准确迅速,方便, 且灵敏度高,响应时间快,光谱分辨率高,测量结果可立即从显示屏上读出或由 打印机,绘图仪输出目前,它己被广泛使用于几乎所有的光谱测量,分析及研 究工作中,特别适应于对微弱信号,瞬变信号的检测 42光谱仪色散组件的选择和光学参数的确定 42 1光谱分析仪色散组件的选择 在成像光谱仪设计中,选择色散组件是关键问题,应全面的权衡棱镜和光棚 色散组件的优缺点[140-al) 直读光谱分析仪是“汉化”了的光谱分析仪，操作更加简便明了。 原子吸收光谱的发展历史 第一阶段 原子吸收现象的发现与科学解释 早在1802年，伍朗斯顿（WHWollaston）在研究太阳连续光谱时，就发现了太阳连续光谱中出现的暗线。1817年，弗劳霍费（JFraunhofer）在研究太阳连续光谱时，再次发现了这些暗线，由于当时尚不了解产生这些暗线的原因，于是就将这些暗线称为弗劳霍费线。1859年，克希荷夫（GKirchhoff）与本生（RBunson）在研究碱金属和碱土金属的火焰光谱时，发现钠蒸气发出的光通过温度较低的钠蒸气时，会引起钠光的吸收，并且根据钠发射线与暗线在光谱中位置相同这一事实，断定太阳连续光谱中的暗线，正是太阳外围大气圈中的钠原子对太阳光谱中的钠辐射吸收的结果。 第二阶段 原子吸收光谱仪器的产生 原子吸收光谱作为一种实用的分析方法是从1955年开始的。这一年澳大利亚的瓦尔西(AWalsh)发表了他的著名论文'原子吸收光谱在化学分析中的应用'奠定了原子吸收光谱法的基础。50年代末和60年代初，Hilger, Varian Techtron及Perkin-Elmer公司先后推出了原子吸收光谱商品仪器，发展了瓦尔西的设计思想。到了60年代中期，原子吸收光谱开始进入迅速发展的时期。参阅参考文献〔1〕 第三阶段 电热原子吸收光谱仪器的产生 1959年,苏联里沃夫发表了电热原子化技术的第一篇论文。电热原子吸收光谱法的绝对灵敏度可达到10-12-10-14g,使原子吸收光谱法向前发展了一步。近年来,塞曼效应和自吸效应扣除背景技术的发展,使在很高的的背景下亦可顺利地实现原子吸收测定。基体改进技术的应用、平台及探针技术的应用以及在此基础上发展起来的稳定温度平台石墨炉技术(STPF)的应用,可以对许多复杂组成的试样有效地实现原子吸收测定。参阅参考文献〔2〕 第四阶段 原子吸收分析仪器的发展 随着原子吸收技术的发展，推动了原子吸收仪器的不断更新和发展，而其它科学技术进步，为原子吸收仪器的不断更新和发展提供了技术和物质基础。近年来，使用连续光源和中阶梯光栅，结合使用光导摄象管、二极管阵列多元素分析检测器，设计出了微机控制的原子吸收分光光度计，为解决多元素同时测定开辟了新的前景。微机控制的原子吸收光谱系统简化了仪器结构，提高了仪器的自动化程度，改善了测定准确度，使原子吸收光谱法的面貌发生了重大的变化。联用技术(色谱-原子吸收联用、流动注射-原子吸收联用)日益受到人们的重视。色谱-原子吸收联用，不仅在解决元素的化学形态分析方面，而且在测定有机化合物的复杂混合物方面，都有着重要的用途，是一个很有前途的发展方向 原子吸收光谱法的优点与不足 <1> 检出限低，灵敏度高。火焰原子吸收法的检出限可达到ppb级，石墨炉原子吸 收法的检出限可达到10-10-10-14g。 <2> 分析精度好。火焰原子吸收法测定中等和高含量元素的相对标准差可<1%，其准 确度已接近于经典化学方法。石墨炉原子吸收法的分析精度一般约为3-5%。 <3> 分析速度快。原子吸收光谱仪在35分钟内，能连续测定50个试样中的6种元素。 <4> 应用范围广。可测定的元素达70多个，不仅可以测定金属元素,也可以用间接 原子吸收法测定非金属元素和有机化合物。 <5> 仪器比较简单，操作方便。 <6> 原子吸收光谱法的不足之处是多元素同时测定尚有困难,有相当一些元素的测 定灵敏度还不能令人满意。

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1原子吸收是利用原子或者离子外层电子对特定波长的光可以吸收，从而发生能级跃迁的原理。因为不同原子或者离子的不同的电子跃迁要吸收特定波长的光，所以发射光经过分光以后形成的单色光如果被吸收，则溶液中含有特定的原子或者离子。吸收的强度可以用来标定溶液的浓度。

2紫外分光光度计的原理利用分子轨道上电子的能级跃迁。分子轨道上的电子能级跃迁也要吸收一定波长的光。因而将入射光分光以后检测吸光的波长和吸光强度就可以用来定性和定量分析含有什么分子。

3利用的是分子轨道上电子的振动和转动能级的跃迁。一般只用来定性分析，定量分析效果不好。原理就是说分子轨道上电子的振动和转动能级的跃迁要吸收特定波长的光。。。

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光谱仪分光原理

光谱仪 光谱仪 spectrometer 将复色光分离成光谱的光学仪器。光谱仪有多种类型，除在可见光波段使用的光谱仪外，还有红外光谱仪和紫外光谱仪。按色散元件的不同可分为棱镜光谱仪、光栅光谱仪和干涉光谱仪等。按探测方法分，有直接用眼观察的分光镜，用感光片记录的摄谱仪，以及用光电或热电元件探测光谱的分光光度计等。单色仪是通过狭缝只输出单色谱线的光谱仪器，常与其他分析仪器配合使用。 图中所示是三棱镜摄谱仪的基本结构。狭缝S与棱镜的主截面垂直，放置在透镜L的物方焦面内，感光片放置在透镜L的像方焦面内。用光源照明狭缝S， S的像成在感光片上成为光谱线，由于棱镜的色散作用，不同波长的谱线彼此分开，就得入射光的光谱。棱镜摄谱仪能观察的光谱范围决定于棱镜等光学元件对光谱的吸收。普通光学玻璃只适用于可见光波段，用石英可扩展到紫外区，在红外区一般使用氯化钠、溴化钾和氟化钙等晶体。目前普遍使用的反射式光栅光谱仪有较宽的光谱范围。 表征光谱仪基本特性的参量有光谱范围、色散率和分辨本领等。基于干涉原理设计的光谱仪（如法布里-珀罗干涉仪）具有很高的色散率和分辨本领，常用于光谱精细结构的分析。 >

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