拉曼光譜儀工作原理

一、拉曼光譜的產生

當激光照射在樣品表面，其散射光的絕大部分是瑞利散射光，同時還有少量的各種波長的斯托克斯散射光和更少量的各種波長的反斯托克斯散射光，后兩者被稱為拉曼散射。這些散射光由反射鏡等樣品外光路系統收集后經人射狹縫照射在光柵上被色散，色散后不同波長的光依次通過出射狹縫進入光電探測器件，經信號放大處理后記錄得到拉曼光譜數據。

二、定性分析

因為拉曼位移與激發光的頻率無關，它所對應的只是分子的轉動、振動能級。理論和實驗證明不同分子或不同的分子結構有不同的轉動、振動能級，所以不同的分子或結構應有特征的拉曼峰，可以通過光譜進行定性分析。對純化合物的定性分析，主要是對照標準拉曼譜圖或已知標準物質的拉曼譜來判定未知試樣；化合物中基團的鑒別，主要是利用已發表的各種化合物基團的特征拉曼位移表進行對照分析來鑒別化合物的基團；分子結構的分析，主要是利用拉曼光譜的位移、譜峰強度、數目、相對強度及退偏比等與分子結構、對稱性及分子其它參量相關的特征來對分子結構做出判斷，也可利用上述結果間接測量一些物理參量。

三、定量分析

因為拉曼強度與處于基態的分子數目有關，所以在具有內標的條件下可利用拉曼強度進行定量分析。拉曼光譜的定量分析以下式為基礎：

Φk=Φ₀S_k NHL×4πsin²(α／2)

式中Φk——收集到的拉曼散射光通量，正比于拉曼強度；

Φ0——激發光的光通量；

S_k——拉曼散射系數；

N——單位體積內的分子數；

H——樣品的有效長度；

L——考慮到折射率和樣品內場效應等因素影響的系數；

α——散射光對聚焦透鏡的半張角。

由上式可知拉曼強度與樣品的濃度成正比，但直接比較不同濃度樣品間的拉曼強度去進行定量分析是非常困難的，有效的方法是利用內標法(即在被測樣品中加入少量已知濃度的物質，均勻混合后制樣)，選內標物質的一條拉曼譜線作基準，比較樣品的拉曼譜線與內標拉曼譜線峰的強度或積分面積，以此為基礎即可對不同濃度的樣品做出定量分析。

注意選擇內標要滿足以下幾個條件：①化學性質穩定，不與樣品發生反應；②內標的拉曼線和被分析的樣品拉曼線互不干擾；③內標物質純度高，不含被測物質成分。

拉曼光譜用于定量分析的靈敏度較低，準確度相對較差，一般情況不采用。但最近表面增強拉曼(SERS)光譜和針尖增強拉曼光譜(TERS)在超高靈敏度檢測方面取得了長足的進步，該技術在痕量分析中的應用有推廣的趨勢，它的檢測極限理論上可達單個分子。