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第3章激光拉曼散射光谱法laserRamanspectroscopy拉曼散射光谱的基本概念拉曼散射：拉曼光谱为散射光谱。当一束频率为0的入射光照射到气体、液体或透明晶体样品上时，绝大部分可以透过，大约有0.1％的入射光与样品分子之间发生非弹性碰撞，即在碰撞时有能量交换，这种光散射称为拉曼散射；瑞利散射：若入射光与样品分子之间发生弹性碰撞，即两者之间没有能量交换，这种光散射称为瑞利散射。一、激光拉曼光谱基本原理principleofRamanspectroscopy处于振动基态E0的分子受入射光hν0的作用激发而跃迁到一个受激虚态。因为这个受激虚态是不稳定的能级（实际上是不存在的），所以分子立即跃迁回基态E0，此过程对应于弹性碰撞，为瑞利射线。同样处于激发态E1的分子受入射光子hν0的激发而跃迁到受激虚态，因为虚态是不稳定的而立即跃迁回到激发态E1，此过程对应于弹性碰撞，为瑞利射线。处于虚态的分子也可能跃迁回到激发态E1，此过程对应于非弹性碰撞，光子的部分能量传递给分子，使光子的频率降低，为拉曼散射的斯托克斯线。处于虚态的分子也可能跃迁回到基态E0，此过程对应于非弹性碰撞，光子从分子的振动得到部分能量，使其频率增加，为拉曼散射的反斯托克斯线。1.Raman位移对于同一分子能级，斯托克斯线和反斯托克斯线的拉曼位移应该相等，而且跃迁的几率也相等。斯托克斯线的频率比入射光的低，而反斯托克斯线的频率比入射光的高，二者分布在瑞利线的两侧。常温下分子大多处于振动基态，处于激发态的分子很少，因此，斯托克斯线强于反斯托克斯线。所以在一般拉曼光谱分析中，都采用斯托克斯线研究拉曼位移。3.退偏振比式中I⊥和I//——分别代表与激光电矢量相垂直和相平行的谱线的强度。＜3/4的谱带称为偏振谱带，表示分子有较高的对称振动模式；=3/4的谱带称为退偏振谱带，表示分子的对称振动模式较低，即分子是不对称的。在光的传播方向上，光矢量只沿一个固定的方向振动，这种光称为平面偏振光，由于光矢量端点的轨迹为一直线，又叫做线偏振光。光矢量的方向和光的传播方向所构成的平面称为振动面。线偏振光的振动面固定不动，不会发生旋转。晶体的各向异性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，这就是晶体的各向异性。1.红外活性和拉曼活性振动条件非极性分子在外电场作用下会产生偶极，成为极性分子；极性分子在外电场作用下本来就具有的固有偶极会增大，分子极性进一步增大。这种在外电场作用下，正、负电荷中心不重合程度增大的现象，称为变形极化，变形极化所致的偶极称为诱导偶极(induceddipole)。红外光谱：基团；拉曼光谱：分子骨架测定；拉曼光谱中：芳环的C-C伸缩振动；红外光谱中：C=O和C-O拉曼光谱的低频区出现了较为丰富的谱带信号，而红外光谱的同一区域中的谱带信息却很弱。拉曼：C-C振动；红外：C=O和C-ORamanandInfraredSpectraofH-C≡C-H与FTIR相比，Raman具有如下优点：(1)拉曼光谱是一个散射过程，因而任何尺寸、形状、透明度的样品，只要能被激光照射到，就可直接用来测量。由于激光束的直径较小，且可进一步聚焦，因而极微量样品都可测量。(2)水是极性很强的分子，因而其红外吸收非常强烈。但水的拉曼散射却极微弱，因而水溶液样品可直接进行测量，这对生物大分子的研究非常有利。此外，玻璃的拉曼散射也较弱，因而玻璃可作为理想的窗口材料，例如液体或粉末固体样品可放于玻璃毛细管中测量。(3)对于聚合物及其他分子，拉曼散射的选择定则的限制较小，因而可得到更为丰富的谱带。S-S，C-C，C=C，N=N等红外较弱的官能团，在拉曼光谱中信号较为强烈。3.激光拉曼光谱与红外光谱分析方法比较3.2实验方法1.激光光源激光是原子或分子受激辐射产生的。激光和普通光源相比，具有以下几个突出的优点：(1)具有极好的单色性。激光是一种单色光，如氦氖激光器发出的6328Å的红色光，频率宽度只有910-2Hz。(2)具有极好的方向性。激光几乎是一束平行光，例如，红宝石激光器发射的光束，其发射角只有3分多。激光是非常强的光源。由于激光的方向性好，所以能量能集中在一个很窄的范围内，即激光在单位面积上的强度远远高于普通光源。由于激光的这些特点，它是拉曼散射光谱的理想光源，激光拉曼谱仪比用汞弧灯作光源的经典拉曼光谱仪具有明显的优点：（1）被激发的拉曼谱线比较简单，易于解析；（2）灵敏度高，样品用量少，普通拉曼光谱液体样品需50ml左右，而激光拉曼光谱只要1l即可，固体0.5g，气体只要1011个分子；（3）激光是偏振光，测量偏振度比较容易。光源：Nd-YAG钇铝石榴石激光器（1.064m）；检测器：高灵敏度的铟镓砷探头；特点：（