拉曼光谱是一种分析技术,利用散射光测量样品的振动能量方式。这是以印度物理学家 CVRaman 命名的,在1928 年1月,c.v.拉曼和他的研究伙伴 k . s .克里希,是最 早观察到拉曼散射现象。拉曼光谱可以提供化学和结构的信息,以及通过特征拉曼“指纹”特征进行物质的识别。拉曼光谱可以通过检测样品中的拉曼散射来提取这些信息。
当光被分子散射时,光子的振荡电磁场会诱导分子电子云的极化,从而是分子处于较高的能量状 态,而光子的能量则转移到分子上。这可以被认为是光子与分子之间非常短暂的复合物的形成,通常被 成为分子的虚拟状态,虚拟状态非常不稳定,光子几乎立即会作为散射光被重新发射。
图1.当光与分子相互作用时,会发生三种类型的散射过程
绝大多数的散射中,分子与光子相互作用后的能量不变。散射光子的能量和波长等于入射光子的波长。这称为弹性(散射粒子的能量是守恒的)或瑞利散射,是主要过程。
拉曼散射的发生是一个非常小概率的事件(大约一千万个光子中有一个)2:,这是一种非弹性散射过程,在分子和散射光子之间转移了能量。如果分子在散射过程中从光子获得能量(激发到更高的振 动水平),则散射的光子会损失能量,其波长会增加,这称为斯托克斯拉曼散射(在G.G.斯托克斯之 后)。
相反,如果分子通过降低到更低的振动能级而损失能量,则散射光子会获得相应的能量,并且波长会减小;这称为反斯托克斯位移拉曼散射。