拉曼光谱仪工作原理

一、拉曼光谱的产生

当激光照射在样品表面，其散射光的绝大部分是瑞利散射光，同时还有少量的各种波长的斯托克斯散射光和更少量的各种波长的反斯托克斯散射光，后两者被称为拉曼散射。这些散射光由反射镜等样品外光路系统收集后经人射狭缝照射在光栅上被色散，色散后不同波长的光依次通过出射狭缝进入光电探测器件，经信号放大处理后记录得到拉曼光谱数据。

二、定性分析

因为拉曼位移与激发光的频率无关，它所对应的只是分子的转动、振动能级。理论和实验证明不同分子或不同的分子结构有不同的转动、振动能级，所以不同的分子或结构应有特征的拉曼峰，可以通过光谱进行定性分析。对纯化合物的定性分析，主要是对照标准拉曼谱图或已知标准物质的拉曼谱来判定未知试样；化合物中基团的鉴别，主要是利用已发表的各种化合物基团的特征拉曼位移表进行对照分析来鉴别化合物的基团；分子结构的分析，主要是利用拉曼光谱的位移、谱峰强度、数目、相对强度及退偏比等与分子结构、对称性及分子其它参量相关的特征来对分子结构做出判断，也可利用上述结果间接测量一些物理参量。

三、定量分析

因为拉曼强度与处于基态的分子数目有关，所以在具有内标的条件下可利用拉曼强度进行定量分析。拉曼光谱的定量分析以下式为基础：

Φk=Φ₀S_k NHL×4πsin²(α／2)

式中Φk——收集到的拉曼散射光通量，正比于拉曼强度；

Φ0——激发光的光通量；

S_k——拉曼散射系数；

N——单位体积内的分子数；

H——样品的有效长度；

L——考虑到折射率和样品内场效应等因素影响的系数；

α——散射光对聚焦透镜的半张角。

由上式可知拉曼强度与样品的浓度成正比，但直接比较不同浓度样品间的拉曼强度去进行定量分析是非常困难的，有效的方法是利用内标法(即在被测样品中加入少量已知浓度的物质，均匀混合后制样)，选内标物质的一条拉曼谱线作基准，比较样品的拉曼谱线与内标拉曼谱线峰的强度或积分面积，以此为基础即可对不同浓度的样品做出定量分析。

注意选择内标要满足以下几个条件：①化学性质稳定，不与样品发生反应；②内标的拉曼线和被分析的样品拉曼线互不干扰；③内标物质纯度高，不含被测物质成分。

拉曼光谱用于定量分析的灵敏度较低，准确度相对较差，一般情况不采用。但最近表面增强拉曼(SERS)光谱和针尖增强拉曼光谱(TERS)在超高灵敏度检测方面取得了长足的进步，该技术在痕量分析中的应用有推广的趋势，它的检测极限理论上可达单个分子。